一種高雙折射混合型光子晶體光纖制造技術

本發明專利技術公開了一種高雙折射混合型光子晶體光纖，包括纖芯和包層，纖芯采用橢圓棒填充，包層背景材料折射率小于纖芯折射率，因此該結構光纖不具備對稱性，不存在簡并模式，可以表現出很高的雙折射，同時較高的纖芯與包層之間的折射率差使得該光纖還具備高非線性及低限制損耗特性。通過改變包層空氣孔的直徑和橢圓纖芯的面積，該光子晶體光纖可在很寬范圍內保持單模傳輸，模式雙折射比普通光纖高兩個數量級，非線性系數比普通光纖高四個數量級，同時具有低的限制損耗。該發明專利技術的光子晶體光纖采用傳統包層結構和固體纖芯，結構簡單，性能優秀，這種結構的PCF可用于光學通信系統及相關光纖器件。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光纖領域，具體是一種高雙折射混合型光子晶體光纖。
技術介紹
近年來，由于光子晶體光纖(photoniccrystalfibers，PCFs)可以通過靈活變動橫截面結構來實現很多傳統光纖不具備的特性，越來越多的科研工作者開始從事光子晶體光纖的研究。PCFs可實現無限單模傳輸、高雙折射、高非線性、超平坦色散、低限制損耗和大有效模場面積等特性。目前，PCFs被廣泛用于光通信、非線性光學及光纖傳感等領域。高雙折射的PCFs在制作保偏光纖及高性能激光器等方面具有重要的應用，然而傳統保偏光纖僅能獲得10-4數量級的雙折射，已無法滿足光通信高速發展的需求，因此探尋高雙折射的光纖成為PCFs領域的一個熱點。高雙折射光子晶體可由純石英材料制作，并可設計不同的結構改進光纖的性能，具有傳統高雙折射光纖無法比擬的優越性。高雙折射光子晶體光纖的結構設計靈活，通過在包層中引入大小不一的空氣孔、改變纖芯或者包層空氣孔的形狀，都可以獲得性能優越的高雙折射光子晶體光纖。一般情況下，光子晶體光纖主要是由三角晶格構成的六重對稱結構，在理論上此類結構的PCFs的基模是簡并的，因此通過破壞包層或纖芯對稱性可以提高PCFs的雙折射，其數值達10-3數量級。為了進一步提高PCFs的雙折射，M.J.Steel（文獻SteelMJ,OsgoodRM.Elliptical-holephotoniccrystalfibers[J].Opt.Lett.200126(4):229-231、文獻SteelMJ,OsgoodRM.Polarizationanddispersivepropertiesofellipticalholephotoniccrystalfiber[J].J.Lightw.Tech.200119(4):495-503）提出了橢圓空氣孔光子晶體光纖(Elliptical-holephotoniccrystalfibers，EPCFs),使得雙折射達到了10-2數量級，但是光纖的束光能力不強，限制損耗較大。為了克服這個缺點，有人提出了包層采用圓形孔，纖芯引入橢圓孔的混合結構，雖然這種結構的PCFs可以同時獲得高雙折射和低限制損耗，但是制備難度較高，無法輕易實現。近年來，軟玻璃(亞碲酸鹽、硫族化物、氟化物)材料制作的PCF被人們廣泛地研究，因為這種PCF具有更高的等效折射率，超高的非線性系數，在中紅外波段具有很寬的透射帶等等。其中，硫族化物具有優良的機械穩定性和熱膨脹系數。雖然第一根硫族化物PCF誕生于2000年，但是卻無法導光。從那以后，如何獲得可接受的限制損耗便成為設計硫族化物PCF的一個無法避免的難題。堆積拉制法、鉆孔法、磨具鑄造法都被用來研制這種光線。13dB/m(文獻Desevedavy,Frederic,Renversez,Gilles,Brilland,Laurent,ouizeot,Patrick,Troles,Johann,Coulombier,Quentin,Smektala,Frederic,Traynor,Nicholas,andAdam,Jean-Luc,“Small-corechalcogenidemicrostructuredfibersfortheinfrared,”Appl.Opt.200847(32),6014-6021)、9dB/m(文獻Desevedavy,Frederic,Renversez,Gilles,Troles,Johann,Brilland,Laurent,Houizeot,Patrick,Coulombier,Quentin,Smekatala,Frederic,Traynor,NicholasandAdam,Jean-Luc,“Te-As-Seglassmicrostructuredopticalfiberforthemiddleinfrared,”Appl.Opt.200948(19),3860-3865)、1dB/m(文獻Q.Coulombier,L.Brilland,P.Houizot,T.N.N’Guyue,T.Chartier,G.Renversez,A.Monteville,J.Fatome,F.Smektala,T.Pain,H.Orain,J.C.Sangleboeuf,andJ.Troles,“Fabricationoflowlosseschalcogenidephotoniccrystalfibermoldingprocess”Proc.SPIE20107598,75980O)的硫族化物PCF都已被研制出來。此外，一些特殊設計的微結構光纖也被提出，如，Toupin等人(文獻P.Toupin,L.Brilland,G.Renversez,andJ.Troles,“All-solidall-chalcogenidemicrostructuredopticalfiber,”Opt.Express201321(12),14643–14648)制作全固體的硫族化物光纖，TongleiCheng等人(文獻T.L.Cheng,Y.Kanou,D.Deng,X.J.Xue,M.Matsumoto,T.Misumi,T.Suzuki,andY.Ohishi,“Fabricationandcharacterizationofahybridfour-holeAsSe-2-As2S5microstructuredopticalfiberwithalargerefractiveindexdifference,”Opt.Express201422(11),13322–13329)以As2S5為包層背景材料，AsSe2為纖芯制作了固體纖芯的微結構光纖。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種高雙折射混合型光子晶體光纖，以解決現有技術光子晶體光纖雙折射低下的問題。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案為：一種高雙折射混合型光子晶體光纖，包括有包層和設置在包層中心的纖芯，其特征在于：所述包層由包圍纖芯的背景材料和呈周期分布在背景材料中的多個空氣孔構成，每相鄰的三個空氣孔構成一個正三角形，且包層中各個空氣孔直徑相同，所述纖芯為填充入包層背景材料中心的實芯橢圓棒，制成纖芯的材料其折射率高于包層背景材料的折射率。所述的一種高雙折射混合型光子晶體光纖，其特征在于：所述包層的背景材料其折射率大于空氣折射率。本專利技術的優點：本專利技術提出了一種結構簡單且具有高雙折射高非線性低限制損耗特性的光子晶體光纖結構，通過以折射率低于纖芯材料折射率的材料為包層背景材料，采用高折射率的材料制作的橢圓棒填充纖芯，因此該結構光纖不具備旋轉對稱性，不存在簡并的正交偏振模，表現出很高的雙折射，同時纖芯與包層之前較高的折射率差不僅提高了光纖的雙折射，還使得該光纖還具備高非線性及低限制損耗特性。該光子晶體光纖可在很寬范圍內保持單模傳輸，模式雙折射比普通光纖高兩個數量級，非線性系數比普通光纖高四個數量級，同時具有較低的限制損耗。因此，這種結構的光子晶體光纖可用于光學通信系統及相關光纖器件，并且由于光纖的雙折射是通過改變空氣孔的幾何尺寸實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高雙折射混合型光子晶體光纖，包括有包層和設置在包層中心的纖芯，其特征在于：所述包層由包圍纖芯的背景材料和呈周期分布在背景材料中的多個空氣孔構成，每相鄰的三個空氣孔構成一個正三角形，且包層中各個空氣孔直徑相同，所述纖芯為填充入包層背景材料中心的實芯橢圓棒，制成纖芯的材料其折射率高于包層背景材料的折射率。

【技術特征摘要】
1.一種高雙折射混合型光子晶體光纖，包括有包層和設置在包層中心的纖芯，其特征在于：所述包層由包圍纖芯的背景材料和呈周期分布在背景材料中的多個空氣孔構成，每相鄰的三個空氣孔構成一個正三角形，且包層中各個空氣孔直徑相同，所述纖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊天宇，姜海明，謝康，王二壘，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34