專利名稱：一種混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于偏振分束器的具有混合導(dǎo)光機(jī)制的橢圓形雙芯光子晶體光纖。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers, PCFs)是近年來悄然興起的一個(gè)研究領(lǐng)域，不僅具有重要的理論研究價(jià)值，而且具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性和獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，自從上世紀(jì)末問世以來便引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。由于光子晶體光纖設(shè)計(jì)的靈活性，通過選擇合適的纖芯和包層結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)出全內(nèi)反射雙芯光子晶體光纖、帶隙型雙芯光子晶體光纖以及基于全內(nèi)反射和帶隙效應(yīng)的混合型雙芯光子晶體光纖。普通全內(nèi)反射圓形雙芯光子晶體光纖用于制作偏振分束器的光纖長度長，分光比低，帶寬范圍窄；帶隙型圓形雙芯光子晶體光纖用于制作偏振分束器的光纖長度長，分光比高，帶寬范圍窄，而且設(shè)計(jì)的光纖參數(shù)多，不便于設(shè)計(jì)制造。上述兩種用于制作偏振分束器的光纖都存在分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時(shí)兼顧的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時(shí)兼顧的問題，提供一種混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖。本發(fā)明所涉及的一種混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖，包括高折射率柱1、小氣孔2，背景材料3、大氣孔4、纖芯A5、纖芯B6 ；其特征是在光纖截面中心點(diǎn)的兩邊沿χ軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱1，高折射率柱1的有效折射率η2為 1. 59 1. 65，在中心點(diǎn)的兩邊各去掉兩個(gè)高折射率柱1形成兩個(gè)橢圓形纖芯，即纖芯Α5和纖芯Β6，氣孔包層由4個(gè)大氣孔4和若干小氣孔2構(gòu)成，所有的氣孔間距和高折射率柱1之間的間距Λ均為3. 0 μ m 4. 0 μ m，大氣孔4的直徑(I1為2. 0 μ m 3. 0 μ m，小氣孔2的直徑d為2. 0 μ m 2. 5 μ m，4個(gè)大氣孔4分布在纖芯A5和纖芯B6周圍，小氣孔2和大氣孔4 的有效折射率為1，背景材料3為硅玻璃材料或聚合體材料，其有效折射率ns為1. 45。本發(fā)明通過改變混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖中大氣孔直徑以及孔間距可以方便調(diào)節(jié)耦合長度的大小；通過改變高折射率柱直徑以及高折射率柱的有效折射率可以方便調(diào)節(jié)帶隙范圍以及極大值的位置，有效的解決了分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時(shí)兼顧的問題。本發(fā)明所述的雙芯光纖具有新穎的耦合特性，存在極大值。本發(fā)明具有較少的設(shè)計(jì)參數(shù)，便于設(shè)計(jì)和制造。


圖1是本發(fā)明所述混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖的橫截面示意圖；其中，1為高折射率柱，2為小氣孔，3為背景材料，4為大氣孔，5為橢圓形纖芯A，6 為橢圓形纖芯B。
圖2是圖1示例的模場(chǎng)分布圖；圖3是圖1示例中不同Cl1條件下耦合長度的變化關(guān)系；圖4是圖1示例中不同d條件下耦合長度的變化關(guān)系；圖5是圖1示例中不同n2條件下耦合長度的變化關(guān)系；圖6是圖1示例中不同Λ條件下耦合長度的變化關(guān)系；圖7是圖1示例中光子晶體光纖經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后得到的耦合長度曲線；圖8是圖1示例中優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)后制作偏振分束器的歸一化能量分布；圖9是圖1示例中經(jīng)過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)后制作分束器的分光比(圖a)和串音干擾 (圖 b)；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明如下圖1是本發(fā)明所述混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖的橫截面示意圖。如圖1所示光纖背景材料為硅玻璃材料，高折射率柱為摻雜的介質(zhì)材料，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為Λ =4μπι， d/ A = 0. 5, n2 = 1. 65, ns = 1. 45, nair = 1. 0, Cl1 = 3 μ m?；旌蠈?dǎo)光雙芯光子晶體光纖的模場(chǎng)分布如圖2所示，當(dāng)波長λ = 1.陽μ m，紅色箭頭表示電場(chǎng)的方向，其中能量絕大部分集中在橢圓形纖芯中。由雙芯光纖可以知道，由于模式耦合而激起對(duì)稱的偶模式和非對(duì)稱的奇模式，圖中所示的為y_偏振方向上的奇模式。圖3表示的是改變大氣孔直徑Cl1時(shí)，使Cl1 = 2 μ m，Cl1 = 2. 5 μ m，Cl1 = 3 μ m時(shí)的耦合長度隨波長的變化關(guān)系，從圖中可以看出，Cl1不同時(shí)，帶隙范圍沒有變化，耦合長度的變化趨勢(shì)一致，存在極大值，在極大值的左側(cè)呈現(xiàn)單調(diào)上升趨勢(shì)，在極大值的右側(cè)呈現(xiàn)單調(diào)下降趨勢(shì)。圖4所示的是改變小氣孔直徑及高折射率柱的直徑d時(shí)，使d = 2μπι，d = 2. 25 μ m，d = 2. 5 μ m其耦合長度隨波長的變化關(guān)系，從圖中可以看出，改變小氣孔和高折射率柱直徑d，光子帶隙范圍會(huì)發(fā)生變化。隨著的d增加，帶隙范圍變窄并向短波長移動(dòng)，極大值會(huì)向短波長方向移動(dòng)，且極大值越來越大。改變高折射率柱的有效折射率n2,使n2 = 1. 59，n2 = 1. 62，n2 = 1. 65，其耦合長度如圖5所示。從圖中可以看出，高折射率柱的有效折射率對(duì)光子帶隙有明顯的影響，隨著 n2的增大，帶隙范圍變寬且向長波長方向移動(dòng)，耦合長度的極大值點(diǎn)也向長波長方向移動(dòng)， 且耦合長度變短，耦合效應(yīng)增強(qiáng)，極大值逐漸減小。改變孔間距人，使Λ = 3 μ m，Λ = 3. 5 μ m, Λ = 4 μ m,耦合長度隨波長的變化關(guān)系如圖6所示。當(dāng)孔間距Λ增大時(shí)，混合導(dǎo)光雙芯光子晶體光纖的帶隙位置保持不變，但耦合長度隨著Λ的增大而逐漸增大。由上述分析可知，當(dāng)高折射率柱的直徑及小氣孔的直徑d = 2 μ m，大氣孔Cl1 = 3 μ m，孔間距Λ = 3 μ m, η2 = 1.65，ns = 1.45，nair = 1. 0時(shí)，耦合長度最小，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的耦合長度如圖7所示y_偏振方向上的耦合長度最大為450 μ m，具有最短耦合長度。圖8為本發(fā)明利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的雙芯光子晶體光纖制作偏振分束器的一個(gè)實(shí)施例，其歸一化能量分布如圖8所示從圖中可以看出，當(dāng)光纖長度L = 5. 2mm時(shí)，纖芯A中的能量全部轉(zhuǎn)移到纖芯B中。
圖9為用長度為5. 2mm的本發(fā)明光纖制作的分束器的實(shí)施例，其分光比如圖9 (a) 所示從圖中可以看出，在波長λ = 1. 55 μ m, ERa = -27. 93115dB, λ = 1. 524 μ m 1. 578 μ m，達(dá)到的帶寬范圍內(nèi)分光比EI A < -20dB。在波長λ = 1. 54 μ m, ERb =-:35. 7!3558dB，波長范圍從λ = 1. 515 μ m 1. 575 μ m，達(dá)到60nm的帶寬范圍內(nèi)分光比
<-20dB，其中波長范圍從λ = 1.527μπι 1.558μπι達(dá)到31nm的帶寬范圍內(nèi)分光比 ERb < -30dB。偏振串音干擾如圖9(b)所示，在λ = 1. 55 μ m時(shí)，CTx = 35. 74485dB ；在波長 λ = 1. 54 μ m, CTy = 27. 925668dB。上述實(shí)施例表明利用本發(fā)明的混合導(dǎo)光雙芯光子晶體光纖新穎的耦合特性，制作的偏振分束器，其長度為5. 2mm，分光比最大為-35. 73558dB，具有很好的分束效果，而且具有大分光比寬帶效果。
權(quán)利要求
1. 一種混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖，包括高折射率柱(1)、小氣孔0)，背景材料(3)、大氣孔G)、纖芯A(5)、纖芯B(6)；其特征是在光纖截面中心點(diǎn)的兩邊沿X軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱(1)，高折射率柱(1)的有效折射率n2 為1.59 1.65，在中心點(diǎn)的兩邊各去掉兩個(gè)高折射率柱(1)形成兩個(gè)橢圓形纖芯，即纖芯 A(5)和纖芯B(6)，氣孔包層由4個(gè)大氣孔(4)和若干小氣孔(2)構(gòu)成，所有的氣孔間距和高折射率柱(1)之間的間距Λ均為3. O μ m 4. O μ m，大氣孔(4)的直徑(I1為2. O μ m 3. Oym,小氣孔(2)的直徑d為2. Oym 2. 5μπι，4個(gè)大氣孔(4)分布在纖芯A (5)和纖芯 B (6)周圍，小氣孔(2)和大氣孔⑷的有效折射率為1，背景材料3為硅玻璃材料或聚合體材料，其有效折射率ns為1. 45。
全文摘要
一種混合導(dǎo)光橢圓形雙芯光子晶體光纖，其包層按照三角晶格排列，包括高折射率柱(1)、小氣孔(2)、背景材料(3)、大氣孔(4)、纖芯A(5)、纖芯B(6)；其特征是在光纖截面中心點(diǎn)的兩邊沿x軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱(1)，其有效折射率n2為1.59～1.65，在中心點(diǎn)的兩邊各去掉兩個(gè)高折射率柱(1)形成兩個(gè)橢圓形纖芯，即纖芯A(5)，纖芯B(6)，所有的氣孔間距Λ均為3.0μm～4.0μm，大氣孔(4)的直徑d1為2.0μm～3.0μm，小氣孔(2)的直徑d為2.0μm～2.5μm，所有氣孔的有效折射率nair為1，背景材料(3)的有效折射率ns為1.45。本發(fā)明的光纖制作分束器，有效解決了分光比、分束器長度以及帶寬之間無法同時(shí)兼顧的問題。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102279437SQ20111012697
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉敏, 董傳培 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)