一種高雙折射光纖的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種高雙折射光纖，由纖芯和包層組成，所述纖芯由兩個并排放置的高折射率介質(zhì)柱組成，所述包層由基質(zhì)材料和排布于纖芯兩側(cè)的兩個空氣孔的所組成；兩個空氣孔的中心位于兩個高折射率介質(zhì)柱的中心連線的垂直平分線上。本實用新型采用簡單的兩個空氣孔和兩個高折射率介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)，獲得高雙折射。通過合適的纖芯參數(shù)選擇，并經(jīng)彎曲，實現(xiàn)單偏振傳輸?shù)男Ч瑥亩行U大了光纖單偏振傳輸?shù)墓ぷ鲙捄驮试S的彎曲半徑，并使光纖具有較大的模場面積，適合于光信號的輸入與輸出。
【專利說明】一種高雙折射光纖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光纖通信領(lǐng)域，具體分為可實現(xiàn)高雙折射和單偏振傳輸?shù)奈⒔Y(jié)構(gòu)光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖的這種雙折射現(xiàn)象會導(dǎo)致偏振模之間的耦合以及由于兩偏振模傳播常數(shù)的不同而導(dǎo)致的偏振模色散問題、偏振模耦合問題，常見的解決方法是采用保偏光纖。保偏光纖在通信、傳感等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]為了獲得更好的傳輸性能，可以采用單偏振光纖。單偏振光纖中只有一個偏振模能夠在光纖中傳輸，這樣就完全避免了普通單模光纖中存在的偏振模耦合以及偏振模色散等問題。傳統(tǒng)的單偏振光纖比較典型的為W型單偏振光纖。光子晶體光纖的出現(xiàn)為單偏振光纖的實現(xiàn)提供了新途徑，通過調(diào)整光纖中空氣孔的排布及尺寸，就可以獲得單偏振傳輸?shù)墓庾泳w光纖。例如，利用光纖兩偏振模在有效折射率上的差異，使其中一個偏振模式因其有效折射率小于包層的有效折射率，從而無法在光纖的傳輸(IEEE Photonics TechnologyLetters, 2003, 15(10): 1384-1386)。但這種方法會導(dǎo)致另一個偏振模的傳輸損耗也較大。專利“一種高非線性的單偏振單模光子晶體光纖(申請?zhí)?200810225319.9)”提出在纖芯中引入幾個橢圓空氣孔，利用兩偏振基模截止波長不同的特點，可以實現(xiàn)寬帶、單偏振的傳輸。專利“一種微結(jié)構(gòu)保偏光纖(專利號=ZL 200710022275.5)”，在纖芯中引入矩形結(jié)構(gòu)高折射率介質(zhì)柱，可以實現(xiàn)寬帶的單偏振光傳輸。以上光纖往往為了獲得單偏振傳輸而采用小纖芯結(jié)構(gòu)，模 場面積較小，或者模場面積較大，但單偏振性能弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種新型高雙折射光纖。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是，一種高雙折射光纖，由纖芯和包層組成，所述纖芯由兩個并排放置的高折射率介質(zhì)柱組成，所述包層由基質(zhì)材料和排布于纖芯兩側(cè)的兩個空氣孔的所組成；兩個空氣孔的中心位于兩個高折射率介質(zhì)柱的中心連線的垂直平分線上。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，要求高折射率介質(zhì)柱的直徑?/。應(yīng)滿足:
0—4252
<<7θ=?3=，這里λ為光波長和&lad分別為高折射率介質(zhì)柱和包層的折射率。高折射率介質(zhì)柱與基質(zhì)材料的折射率差Λ =Z7c^-Z7dad滿足Λ >0.01。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，要求空氣孔的直徑滿足daYldc,空氣孔與相鄰高折射率介質(zhì)柱的中心距離L滿足:L〈i/a+i4+0.4 μ m。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，要求光纖的彎曲半徑為0.05^0.25 m。
[0009]本實用新型的有益效果是:采用簡單的兩個空氣孔和兩個高折射率介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)單偏振傳輸?shù)男ЧＭㄟ^合適的纖芯參數(shù)選擇，并經(jīng)彎曲，實現(xiàn)單偏振傳輸?shù)男Ч?，從而有效擴大了光纖單偏振傳輸?shù)墓ぷ鲙捄驮试S的彎曲半徑，并使光纖具有較大的模場面積，適合于光信號的輸入與輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的一種實施例的橫截面示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明光纖基模的模場分布圖；
[0012]圖3為圖1所示實施例的模式有效折射率隨纖芯折射率的變化曲線；
[0013]圖4為圖1所示實施例的模式雙折射隨纖芯折射率的變化曲線；
[0014]圖5為圖1所示實施例的彎曲損耗曲線圖；
[0015]圖6為圖1所示實施例在彎曲半徑為0.2 m時，光纖的彎曲損耗隨波長的變化曲線。
[0016]圖中，1，基質(zhì)材料；2，高折射率介質(zhì)柱；3，空氣孔。
【具體實施方式】
[0017]本實用新型提出采用兩個高折射率介質(zhì)柱組成纖芯，由兩個空氣孔組成束縛機制的微結(jié)構(gòu)光纖，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。這種具有二重對稱性的纖芯結(jié)構(gòu)和包層折射率分布，導(dǎo)致光纖兩個偏振模的雙折射增大。同時，通過彎曲光纖的方法，使其中一個偏振模產(chǎn)生泄露，而另一偏振保持低損耗，從而實現(xiàn)單偏振傳輸?shù)哪康?。這種結(jié)構(gòu)同時利用具有二重對稱性的纖芯(兩個高折射率介質(zhì)柱組成的纖芯)和具有二重對稱性的包層(兩個大空氣孔組成的包層)結(jié)構(gòu)，獲得高雙折射，同時增大光纖兩偏振模的損耗差別，從而實現(xiàn)單偏振傳輸?shù)哪康?。雖然采用橢圓形高折射率纖芯也可實現(xiàn)類似于這種纖芯的效果，但本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用圓對稱的高折射率介質(zhì)柱，避免了橢圓形高折射率纖芯制作時需要復(fù)雜的拋磨等工藝，因而更易于制作和實現(xiàn)，也可有效減小纖芯側(cè)面光滑度對光纖傳輸損耗的影響。圖2為本發(fā)明光纖基模的模場分布圖，由圖可見，雖然兩個高折射率介質(zhì)柱之間存在空隙，但仍可形成連續(xù)模場。
[0018]對于這種光纖來說，即使空氣孔不存在，由于纖芯由高折射率介質(zhì)柱組成，其也可以形成全內(nèi)反射傳導(dǎo)機制。即纖芯模式的有效折射率高于光纖包層基質(zhì)材料的折射率，而低于高折射率介質(zhì)柱(即纖芯)的折射率?？諝饪椎某霈F(xiàn)，使光纖兩偏振基模的有效折射率都減小，由于模場分布的不同，其中一個偏振模的有效折射率減小較多，從而導(dǎo)致光纖具有較高的雙折射。當(dāng)其中一個偏振模的有效折射率低至基質(zhì)材料折射率以下時，其不再滿足全內(nèi)反射條件，雖然空氣孔也可起到一定的束縛光作用，但由于空氣孔較少，且在出現(xiàn)在纖芯兩側(cè)，無法形成有效的傳導(dǎo)機制，因此，這個偏振模將無法在纖芯中傳輸，從而只留下一個偏振模，使光纖以單偏振形式傳輸。若空氣孔進一步增大或者高折射率介質(zhì)柱折射率減小，則最終另一個偏振模的有效折射率也會低至基質(zhì)材料折射率以下。此時，光纖無法傳導(dǎo)基模。對于參數(shù)一定的這種光纖，將存在兩個偏振模截止的兩個波長點。則這兩個波長點之差即為光纖的單偏振工作帶寬。這種方法下單偏振傳輸?shù)膸捿^窄，原因是當(dāng)其中一個偏振模的有效折射率較低時，即空氣孔使光纖模式受到擠壓，從而向無空氣孔的基質(zhì)材料區(qū)域擴展。這樣，另一個偏振模的有效折射率也會降低。即在兩偏振模都存在時，其雙折射較高，而當(dāng)其中一個偏振模不存在或接近不存在時，其雙折射會快速減小。圖3和圖4給出其它參數(shù)一定，高折射率介質(zhì)柱的折射率變化時，光纖兩偏振模的有效折射率和雙折射值。由圖可見，隨著高折射率介質(zhì)柱的折射率的減小，其雙折射也減小。因此，即使實現(xiàn)了將其中一個偏振模截止(即有效折射率降至基質(zhì)材料折射率以下)，另一個偏振模與基質(zhì)材料的折射率差也較小，從而隨著波長的增大，其有效折射率進一步減小，最終導(dǎo)致這個偏振模也截止。
[0019]另一方面，即使在直光纖時兩個偏振模都存在，當(dāng)其中一個偏振模的有效折射率較低，接近于基質(zhì)材料折射率時，若將光纖彎曲，則亦很容易將這個偏振模泄露掉，從而形成單偏振傳輸。由圖5可見，當(dāng)發(fā)生彎曲時，其中一個偏振模的彎曲損耗明顯增大，而另一個偏振模的彎曲損耗仍可保持在較低的水平。這種方法更容易形成單偏振傳輸，原因是在直光纖時兩個偏振模的有效折射率都大于基質(zhì)材料的折射率，從而其雙折射可以較大。而通過彎曲的方法使其中一個偏振模去除以后，另一個偏振模仍可保持較低損耗的光傳輸。由圖6可見，在一定的彎曲半徑下，其兩個偏振模具有較大的彎曲損耗差別。因此，光纖可在寬帶范圍內(nèi)實現(xiàn)單偏振傳輸。
[0020]顯然單偏振光纖須為單模光纖，即不存在高階模，由光纖模式理論
【權(quán)利要求】
1.一種高雙折射光纖，包括纖芯和包層，其特征在于，所述纖芯由兩個并排放置的高折射率介質(zhì)柱組成，所述包層由基質(zhì)材料和排布于纖芯兩側(cè)的兩個空氣孔的所組成；兩個空氣孔的中心位于兩個高折射率介質(zhì)柱的中心連線的垂直平分線上,高折射率介質(zhì)柱的直徑
【文檔編號】G02B6/024GK203759291SQ201320826434
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】王 華, 陳明陽, 祝遠鋒, 李路明, 孫欣, 楊濟海, 陳磊, 陳健, 陳鹍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力公司信息通信分公司