專利名稱：雙模光子晶體光纖及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及雙模光子晶體光纖結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
雙模光纖具有廣泛的應(yīng)用，例如模轉(zhuǎn)換器、模式選擇耦合器、聲光移頻器、聲光可調(diào)濾波器、波長可調(diào)光開關(guān)、分插復(fù)用器以及干涉型光纖傳感器等等。在傳統(tǒng)的圓對(duì)稱單模步長指數(shù)光纖中通常存在截止波長。對(duì)于低于截止波長的合適的工作波長，在這樣的傳統(tǒng)單模光纖中能夠?qū)崿F(xiàn)雙模操作。另外，兩個(gè)都轉(zhuǎn)讓給斯坦福大學(xué)董事會(huì)的1989年5月23日發(fā)布的名稱為“纖維光學(xué)模式間耦合單邊帶移頻器”的美國專利號(hào)4,832,437和1990年4月10日發(fā)布的名稱為“使用具有非圓形核心的雙模光波導(dǎo)管的設(shè)備”的美國專利號(hào)4,915,468，披露了使用橢圓形核心光纖的雙模應(yīng)用，并且在此并入作為參考。
然而，使用傳統(tǒng)的圓形或橢圓形核心光纖的缺點(diǎn)在于，這些傳統(tǒng)的光纖通常只在非常有限的波長范圍內(nèi)支持雙模操作。為了開發(fā)適合于更寬范圍之上的不同工作波長的雙模裝置，需要不同的雙模光纖或具有不同參數(shù)的光纖。這不可避免地增加了光纖設(shè)計(jì)和制造工藝的復(fù)雜性。
因此，本發(fā)明的目的是提供具有相對(duì)較寬的工作波長范圍的改進(jìn)的雙模光纖及其應(yīng)用，或者至少向公眾提供有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，雙模光子晶體光纖包括基本透明的核心材料的核心。所述核心材料具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑。所述光纖還包括包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域。所述覆層區(qū)域具有第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率。所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開。所述孔具有第二折射率，其小于所述第一折射率。對(duì)于大約0.45-0.65范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，孔直徑d和節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，高度雙折射雙模光子晶體光纖包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，干涉型傳感器包括預(yù)定長度的高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播；光源，用于將光引進(jìn)到所述光子晶體光纖中，以便以基本的和二階的兩種模式并且以每個(gè)所述模式之內(nèi)的全部兩種偏振在所述光子晶體光纖中傳播，其中每種偏振的兩種模式之間或每種模式的兩種偏振之間的干涉依據(jù)外部干擾而變化；以及檢測器，用于檢測所述光的干涉圖中的所述變化，以便確定所述光子晶體光纖上的所述干擾。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，用于將光信號(hào)的光頻從第一光頻轉(zhuǎn)移到第二光頻的光移頻器包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸合作，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且被選擇用來使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中耦合模式的光頻轉(zhuǎn)移量等于聲彎曲波的頻率，并且其中非耦合模式的頻率未被轉(zhuǎn)移。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，用于將光信號(hào)的光頻從第一光頻轉(zhuǎn)移到第二光頻的光移頻器包括高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且被選擇用來使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中耦合模式的光頻轉(zhuǎn)移量等于聲彎曲波的頻率，并且其中非耦合模式的頻率未被轉(zhuǎn)移。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，用于濾波至少兩種光波長的光信號(hào)的光波長濾波器包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，用于濾波至少兩種光波長的光信號(hào)的光波長濾波器包括
高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸合作，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，用于切換至少第一和第二波長的光信號(hào)的光波長可調(diào)開關(guān)包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，用于切換至少第一和第二波長的光信號(hào)的光波長可調(diào)開關(guān)包括高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波的能量被限制在所述光纖，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
從下面詳述的說明中，連同借助于示范本發(fā)明的原理來顯示說明的附圖，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1是本發(fā)明的示范性實(shí)施例的雙模光子晶體光纖的截面圖；圖2是顯示圖1的光子晶體光纖的雙模工作范圍的Λ/λcut-d/Λ圖的示意性表示；圖3顯示了圖1的光子晶體光纖中傳播的光信號(hào)的模式場圖；圖4顯示了圖1的光子晶體光纖的基本和二階模式之間的拍頻長度；圖5a是本發(fā)明的光子晶體光纖的第二實(shí)施例的截面圖；圖5b是圖5a的光纖的局部放大圖；圖6顯示了圖5a和5b的光子晶體光纖中傳播的光信號(hào)的模式場圖；圖7顯示了對(duì)于圖5a和5b的光子晶體光纖的一種偏振的基本和二階模式之間的拍頻長度；圖8a是顯示干涉型傳感器的示意圖，其中能夠使用圖5a和5b的光子晶體光纖；圖8b顯示了圖8a中的光子晶體光纖的輸出的輸出空間強(qiáng)度分布；圖8c顯示了以對(duì)于三個(gè)不同輸入偏振方向施加應(yīng)變的方式的圍繞圖8b的強(qiáng)度分布圖的尖峰的強(qiáng)度變化；圖8d顯示了在兩種模式之間產(chǎn)生2π相變所需的延長，其中圓圈表示x偏振，而三角表示y偏振；圖9是聲光移頻器的示意圖，其中能夠使用圖1或5a的光子晶體光纖；圖10是聲光可調(diào)光濾波器的示意圖，其中能夠使用圖1或5a的光子晶體光纖；以及圖11是聲光波長可調(diào)開關(guān)的示意圖，其中能夠使用圖1或5a的光子晶體光纖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了折射率導(dǎo)向(index-guiding)的光子晶體光纖100(在下文中被稱作PCF)。通過以六角密堆陣列周期性地堆疊二氧化硅毛細(xì)管，并且用和本領(lǐng)域通常理解相同的外部尺寸的固體二氧化硅桿替換中心的毛細(xì)管，能夠制造PCF。PCF 100具有基本透明的核心材料的固體核心101，其具有核心折射率n和長度1，并且具有優(yōu)選地至少為3μm的核心直徑。PCF 100還包括包圍核心材料的長度的覆層區(qū)域103。覆層區(qū)域包括具有第一折射率的第一基本透明的覆層材料，并且第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔105，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開?？?05具有小于第一折射率的第二折射率。折射率導(dǎo)向的光子晶體光纖及其制造在本領(lǐng)域是已知的，并且已在例如下述專利文獻(xiàn)中披露轉(zhuǎn)讓給英國國防部的2001年12月25日發(fā)布的名稱為“單模光纖”的美國專利號(hào)6,334,019和轉(zhuǎn)讓給Qinetiq Limited的2003年8月5日發(fā)布的名稱為“具有大錐形光子晶體的單模光纖”的美國專利號(hào)6,603,912。這兩個(gè)專利文獻(xiàn)都在此并入作為參考。
在圖1的示范性實(shí)施例中，設(shè)計(jì)d/Λ比率以落入如圖2所示的0.45-0.65的范圍內(nèi)。用這種方法，對(duì)于0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，PCF 100支持獨(dú)立于輸入輻射波長的在其中的雙模傳播，亦即基本模式和二階模式。為了顯示起見，在圖3中顯示了這些模式的模式場圖。在圖3(a)中，顯示了基本模式的兩種偏振的模式場。從傳統(tǒng)的步長指數(shù)光纖類推，基本模式在本申請(qǐng)中被稱作LP01。在圖3b中，顯示了四種二階混和模式的模式場。類似于傳統(tǒng)的圓形光纖，這四種模式被近似簡并(degenerate)并且在本申請(qǐng)中被稱作LP11。
在圖1的示范性實(shí)施例中，對(duì)于具有0.45-0.65的范圍之內(nèi)的d/Λ比率的特殊PCF，雙模操作工作波長λ由二階混和LP11的截止波長λcut決定，具體地即λ＜λcut。在圖2中，λcut由單模和雙模區(qū)域之間的邊界表示。例如，對(duì)于d/Λ＝0.55，PCF 100支持波長滿足Λ/λ＞Λ/λcut＝1.6，或λ＜λcut＝Λ/1.6的光信號(hào)的基本LP01和二階混和LP11模式。在選擇節(jié)距Λ為3μm的情況下，PCF 100對(duì)于所有的小于λcut＝1.9μm的波長都支持兩種模式，亦即LP01和LP11。在選擇節(jié)距Λ為5μm的情況下，對(duì)于同樣的d/Λ＝0.55，PCF 100對(duì)于所有的小于λcut＝3.1μm的波長都支持兩種模式，亦即LP01和LP11。簡而言之，對(duì)于0.45-0.65的范圍之內(nèi)的固定d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，對(duì)于小于λcut的任何輸入輻射波長，PCF都支持PCF之內(nèi)的雙模傳播。因此，這個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對(duì)寬范圍的工作波長的雙模操作。
圖4顯示了四種二階模式和基本模式之間的拍頻長度，其中拍頻長度被規(guī)定為在其上指定的兩種模式之間的相位差變化2π的光纖的長度。四條曲線相互非常接近。這表明了四種二階模式的近似簡并性質(zhì)。
圖5a和5b顯示了另一個(gè)示范性的PCF 500，其具有近似對(duì)稱于PCF的中心軸503的一對(duì)較大的孔501。較大的孔501具有大于較小的孔505的直徑d1的直徑d2。節(jié)距Λ被規(guī)定為兩個(gè)相鄰的較小的孔505之間的間隔。
在示范性的例子中，設(shè)計(jì)d1/A比率以落入0.5-0.65的范圍內(nèi)，并且與d2和Λ配合，以便PCF 500支持在適當(dāng)工作波長范圍之上的在其中的雙模傳播，亦即基本模式LP01和二階模式LP11傳播。當(dāng)d2具有接近于d1的值時(shí)，混和LP11由類似于圖1的PCF的四種模式組成。隨著d2增加，PCF變得高度雙折射，并且形成混和二階LP11模式的模式的數(shù)目和場圖減少。當(dāng)d2/Λ落入大約0.9-1.2的范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)于適當(dāng)?shù)牟ㄩL范圍，混和二階LP11模式僅由兩種模式組成，所述兩種模式沿著x或y方向被近似線性且正交地偏振，如圖6所示。這些模式很好地規(guī)定了如圖6所示的沿著y方向的穩(wěn)定的步伐(lope)取向，并且被稱作LP11(平滑)模式。
在第二示范性例子中，d1/A比率落入大約0.5-0.65的范圍之內(nèi)，d2/A比率落入大約0.9-1.2的范圍之內(nèi)，并且Λ落入大約4-7μm的范圍之內(nèi)。在這個(gè)例子中，取決于d1/A、d2/Λ和Λ的確切值，高度雙折射的PCF支持500nm-2000nm的更廣范圍之內(nèi)的輸入輻射波長范圍之上的兩種模式。另外，在第三例子中，選擇Λ的范圍以將4.18-4.4μm的范圍排除在外。
在又一個(gè)示范性例子中，d1/A比率落入大約0.52-0.54的范圍之內(nèi)，d2/A比率落入大約0.97-1.2的范圍之內(nèi)，并且Λ落入大約5.5-6μm的范圍之內(nèi)。在這個(gè)例子中，高度雙折射的PCF支持600nm-2000nm的范圍之內(nèi)的輸入輻射波長之上的兩種模式。
工業(yè)實(shí)用性
1.干涉型傳感器這樣的干涉型傳感器可以包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器以及用于測量這兩者的傳感器。圖8a顯示了使用圖5a和5b的雙模高度雙折射PCF的應(yīng)變傳感器的示意圖。通過具有一對(duì)透鏡805、807和偏振器809的發(fā)射系統(tǒng)將來自激光器801或其他光源的光耦合到PCF 803中。聚焦光束從PCF 803的中心輕微偏移，以強(qiáng)度近似相等地激發(fā)基本LP01和二階LP11(平滑)。如本領(lǐng)域中理解的那樣，光以每種模式之內(nèi)的兩種偏振傳播，并且在每種偏振的兩種模式之間或每種模式的兩種偏振之間發(fā)生干涉。這樣的干涉依據(jù)外部干擾而變化。鄰近PCF的輸出安置的紅外攝像機(jī)811監(jiān)視來自PCF 803的干涉圖。圖8b顯示了Δφ＝2mπ、Δφ＝2mπ+/2和Δφ＝2mπ+π(m＝0，1，2，…)的兩種模式之間的相位差的強(qiáng)度分布。PCF 803遭受的任何施加的應(yīng)變或溫度變化都將導(dǎo)致相位差Δφ變化，并從而造成輸出的(一幅或多幅)干涉圖。圖8c顯示了在靠近作為施加的應(yīng)變下的結(jié)果的圖8b中顯示的尖峰813中的一個(gè)的位置處的輸出光強(qiáng)度的變化。圖8c中顯示的三條曲線從上到下分別對(duì)應(yīng)于偏振器809對(duì)準(zhǔn)x軸、y軸和關(guān)于x軸45度的情況。圖8d顯示了特定的雙模高度雙折射PCF關(guān)于在兩種模式(LP01和LP11(平滑))之間產(chǎn)生2π相移所需的應(yīng)變的應(yīng)變敏感度的測量結(jié)果。用圓圈和三角標(biāo)記的兩條曲線分別對(duì)應(yīng)于x和y偏振。
能夠進(jìn)行替換。例如，偏移對(duì)準(zhǔn)PCF 803的導(dǎo)入光纖能夠用于替換發(fā)射系統(tǒng)以近似相等地激發(fā)兩種模式。為了收集部分的來自兩種模式的光，能夠?qū)?dǎo)出光纖連接到PCF 803的輸出，并且由光檢測器通過導(dǎo)出光纖檢測或監(jiān)視引起干涉的輸出強(qiáng)度變化。在這種情況下，導(dǎo)出光纖同樣偏移對(duì)準(zhǔn)PCF的中心。進(jìn)而，在這兩種情況下，導(dǎo)入和導(dǎo)出光纖在工作波長下是單一模式，或者，可選擇地，能夠永遠(yuǎn)是單一模式PCF，其對(duì)于所有的工作波長都是單一模式。導(dǎo)入和導(dǎo)出光纖同樣能夠是在工作波長下的保持單一模式偏振的光纖，或者是保持永遠(yuǎn)的單一模式偏振的PCF。
2.聲光移頻器如本領(lǐng)域中通常理解的那樣，通過傳播由聲波在光纖之內(nèi)傳播引起的微小彎曲，基于基本和二階空間模式的耦合，能夠建造聲光移頻器。這已由’437和’468專利披露，所述專利在本申請(qǐng)中并入作為參考。
在圖9的示范性聲光移頻器900中，頻率ω的輸入光典型地在能夠是圖1或5a的PCF的雙模PCF 901之內(nèi)激發(fā)基本模式LP01和二階模式LP11兩者。例如通過急彎形成的脫模機(jī)903去除二階模式，并且僅留下LP01模式以繼續(xù)沿著雙模PCF 901傳播。具有PZT 907和射聲器909的聲光轉(zhuǎn)換器905激發(fā)了彎曲的聲波，其導(dǎo)致傳播微小彎曲，并從而造成從基本LP01向二階LP11模式的功率耦合，如果聲波長匹配工作波長下的兩種模式之間的拍頻長度的話。進(jìn)而，如本領(lǐng)域中理解的那樣，二階LP11模式中的光具有由聲波的頻率從輸入光頻中篩選的光頻。
在圖9的示范性實(shí)施例中，射聲器909正交于PCF 901的縱軸，并且在射聲器尖端處產(chǎn)生縱向聲波?？蛇x擇地，射聲器能夠和光纖901同軸，并且工作在橫振動(dòng)模式上以在光纖中激發(fā)彎曲波，如圖10所示。
一對(duì)消聲器911、913用于將彎曲波限制在它們之間的特定互作用區(qū)之內(nèi)。在PCF 901的輸出處，光具有LP11模式的頻移成分和LP01模式的保持未轉(zhuǎn)移的成分。如本領(lǐng)域中已知的那樣，兩種成分的相對(duì)幅度取決于耦合效率，其受到幾種因素的影響，例如光纖特性、工作波長、聲光互作用長度以及彎曲聲波的幅度和頻率。通過控制激發(fā)聲波的幅度，在特定的工作波長下，能夠?qū)?到100％的選擇的百分比的光功率從LP01模式耦合到LP11模式。模式選擇器(未顯示)能夠用于將頻移和未頻移的成分分開。
通過使用本申請(qǐng)的雙模PCF，和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，移頻器900能夠具有擁有可設(shè)計(jì)的模式場區(qū)的大得多的工作波長范圍。
3.聲光可調(diào)濾波器能夠?qū)D9的移頻器900進(jìn)一步開發(fā)成如圖10所示的可調(diào)光濾波器1000。類似于圖9的移頻器，可調(diào)光濾波器1000同樣具有脫模機(jī)1003和聲光轉(zhuǎn)換器1005，它們分別類似于圖9的相應(yīng)組件運(yùn)行。聲光轉(zhuǎn)換器1005控制生成的聲波的幅度，以便在預(yù)先選擇的光波長下，將幾乎100％的光功率從LP01模式耦合到LP11模式，在所述預(yù)先選擇的光波長中，模式拍頻長度與聲彎曲波匹配。靜態(tài)模轉(zhuǎn)換器1007在相對(duì)寬闊的波長范圍內(nèi)將LP11模式轉(zhuǎn)換到LP01模式，并且另一個(gè)脫模機(jī)1009去除LP11模式中的剩余的不需要的光。用這種方法，就形成了光帶通濾波器。
由于模式拍頻長度是非常廣闊的波長范圍之上的波長的單值函數(shù)，如圖4和7所示，所以改變聲頻將轉(zhuǎn)移濾波器的中心波長。從而能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)濾波器。
另外，通過去除靜態(tài)模轉(zhuǎn)換器1007，能夠?qū)V波1000轉(zhuǎn)換成帶阻濾波器。同樣能夠理解，通過調(diào)整聲彎曲波的頻率，能夠調(diào)整預(yù)先選擇的波長。
雙模PCF的使用為聲光濾波器提供了大得多的工作波長范圍或調(diào)整范圍，并且使其具有可設(shè)計(jì)的模式場區(qū)，以便允許對(duì)其他光纖或波導(dǎo)管的低損耗耦合。
4.聲光波長可調(diào)開關(guān)在圖11中，通過結(jié)合圖9的聲光移頻器900和耦合到移頻器900中的PCF 1101的輸出的模式選擇耦合器1103，形成了聲光波長可調(diào)開關(guān)1100。在輸入端，脫模機(jī)(圖11中未顯示)去除了LP11模式。由于模式拍頻長度的波長依賴性，所以在特定的聲頻下，只有其模式拍頻長度匹配聲彎曲波的波長的一個(gè)光波長，例如λ2，才被從LP01模式耦合到LP11模式。在模式選擇耦合器1103處，LP01模式中的光成分仍然在LP01模式中引導(dǎo)以在雙模光纖1105中傳播，而LP11模式中的光成分則被耦合到單模光纖1107的基本LP01模式。通過控制聲波的頻率，每個(gè)單獨(dú)的波長成分都能夠被選擇性地耦合或切換到單模光纖1107。
能夠理解，聲彎曲波的頻率能夠控制光從一個(gè)空間模式耦合到另一個(gè)空間模式的波長。
權(quán)利要求
1.一種雙模光子晶體光纖，包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有第二折射率，其小于所述第一折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于所述節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
2.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述核心直徑至少為3μm。
3.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述排列中的至少一個(gè)孔是不存在的，以便其形成所述光子晶體光纖的所述核心。
4.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述第一基本透明的覆層材料具有基本一致的第一折射率。
5.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述核心材料具有基本一致的核心折射率。
6.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述核心材料和所述第一基本透明的覆層材料是相同的。
7.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中所述核心材料和所述第一基本透明的覆層材料是二氧化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其中以基本六角形圖案的方式布置所述孔。
9.一種雙模高度雙折射光子晶體光纖，包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
10.如權(quán)利要求9所述的光子晶體光纖，其中所述d2/Λ比率落在大約0.9-1.2的范圍之內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的光子晶體光纖，其中所述Λ落在大約4-7μm的范圍之內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的光子晶體光纖，其中所述Λ的范圍將4.18-4.4μm的范圍排除在外。
13.如權(quán)利要求9所述的光子晶體光纖，其中所述d1/Λ比率落在大約0.52-0.54的范圍之內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的光子晶體光纖，其中所述d2/Λ比率落在大約0.97-1.2的范圍之內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的光子晶體光纖，其中所述Λ落在大約5.5-6μm的范圍之內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的光子晶體光纖，其中所述輸入輻射波長落在600nm-2000nm的范圍之內(nèi)。
17.一種干涉型傳感器，包括預(yù)定長度的高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播；光源，用于將光引進(jìn)到所述光子晶體光纖中，以便以基本和二階兩種模式并且以每個(gè)所述模式之內(nèi)的全部兩種偏振在所述光子晶體光纖中傳播，其中每種偏振的兩種模式之間或每種模式的兩種偏振之間的干涉依據(jù)外部干擾而變化；以及檢測器，用于檢測所述光的干涉圖中的所述變化，以便確定所述光子晶體光纖上的所述干擾。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述干擾是造成所述光子晶體光纖的所述長度變化的施加到所述光子晶體光纖的應(yīng)變。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述光的強(qiáng)度響應(yīng)所述光子晶體光纖的溫度的變化而變化，溫度變化造成的強(qiáng)度變化不同于應(yīng)變造成的強(qiáng)度變化，所述裝置進(jìn)一步包括用于處理所述第一和第二輸出信號(hào)以確定所述應(yīng)變的幅度和所述溫度變化的幅度的裝置。
20.如權(quán)利要求17所述的光子晶體光纖，其中所述d1/Λ比率落在大約0.52-0.54的范圍之內(nèi)。
21.如權(quán)利要求20所述的光子晶體光纖，其中所述d2/Λ比率落在大約0.97-1.2的范圍之內(nèi)。
22.如權(quán)利要求21所述的光子晶體光纖，其中所述Λ落在大約5.5-6μm的范圍之內(nèi)。
23.如權(quán)利要求22所述的光子晶體光纖，其中所述輸入輻射波長落在600nm-2000nm的范圍之內(nèi)。
24.如權(quán)利要求17所述光子晶體光纖，其中所述Λ的范圍將4.18-4.4μm的范圍排除在外。
25.一種用于將光信號(hào)的光頻從第一光頻轉(zhuǎn)移到第二光頻的光移頻器，包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且被選擇用來使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中耦合模式的光頻轉(zhuǎn)移量等于聲彎曲波的頻率，并且其中非耦合模式的頻率未被轉(zhuǎn)移。
26.一種用于將光信號(hào)的光頻從第一光頻轉(zhuǎn)移到第二光頻的光移頻器，包括高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且被選擇用來使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中耦合模式的光頻轉(zhuǎn)移量等于聲彎曲波的頻率，并且其中非耦合模式的頻率未被轉(zhuǎn)移。
27.如權(quán)利要求26所述的光移頻器，進(jìn)一步包括光源，用于將所述第一光頻的光信號(hào)引進(jìn)到所述光子晶體光纖中；以及脫模機(jī)，其在所述光傳播的方向上在所述發(fā)生器之前沿著所述光纖建造，用于去除所述基本和二階模式中的一個(gè)。
28.如權(quán)利要求26所述的光移頻器，其中所述發(fā)生器包括聲光轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述光子晶體光纖，用于生成聲波，所述聲波的聲頻等于所述第一光頻和所述第二光頻之間的差。
29.如權(quán)利要求26所述的光移頻器，進(jìn)一步包括模式選擇器，其光耦合到所述光子晶體光纖的輸出，用于選擇性輸出所述第二光頻的光信號(hào)。
30.如權(quán)利要求26所述的光移頻器，其中所述d1/Λ比率落在大約0.52-0.54的范圍之內(nèi)。
31.如權(quán)利要求30所述的光移頻器，其中所述d2/Λ比率落在大約0.97-1.2的范圍之內(nèi)。
32.如權(quán)利要求31所述的光移頻器，其中所述Λ落在大約5.5-6μm的范圍之內(nèi)。
33.如權(quán)利要求32所述的光移頻器，其中所述輸入輻射波長落在600nm-2000nm的范圍之內(nèi)。
34.如權(quán)利要求26所述的光移頻器，其中所述Λ的范圍將4.18-4.4μm的范圍排除在外。
35.一種用于濾波至少兩種光波長的光信號(hào)的光波長濾波器，包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波的能量被限制在所述光纖，所述彎曲波的波長是頻率和傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
36.一種用于濾波至少兩種光波長的光信號(hào)的光波長濾波器，包括高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
37.如權(quán)利要求36所述的光波長濾波器，進(jìn)一步包括光源，用于將所述第一光頻的光信號(hào)引進(jìn)到所述光子晶體光纖中；以及脫模機(jī)，其在所述光傳播的方向上在所述發(fā)生器之前沿著所述光纖建造，用于去除所述基本和二階模式中的一個(gè)。
38.如權(quán)利要求36所述的光波長濾波器，其中所述發(fā)生器包括聲光轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述光子晶體光纖，用于生成聲波，所述聲波的聲頻等于所述第一光頻和所述第二光頻之間的差。
39.如權(quán)利要求36所述的光波長濾波器，進(jìn)一步包括模式選擇器，其光耦合到所述光子晶體光纖的輸出，用于選擇性輸出所述第二光頻的光信號(hào)。
40.如權(quán)利要求36所述的光波長濾波器，進(jìn)一步包括靜態(tài)模轉(zhuǎn)換器，其光耦合到所述光子晶體光纖的輸出，用于切換所述光信號(hào)的所述模式。
41.如權(quán)利要求40所述的光波長濾波器，進(jìn)一步包括脫模機(jī)，其光耦合到所述靜態(tài)模轉(zhuǎn)換器，用于選擇性輸出所述預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
42.一種用于切換至少第一和第二波長的光信號(hào)的光波長可調(diào)開關(guān)，包括雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率；其中對(duì)于大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
43.一種用于切換至少第一和第二波長的光信號(hào)的光波長可調(diào)開關(guān)，包括高度雙折射雙模光子晶體光纖，其包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，所述孔具有小于所述第一折射率的第二折射率，其中所述排列的孔具有至少兩個(gè)較大的孔，其具有直徑d2，并且關(guān)于所述光子晶體光纖的中心軸基本對(duì)稱地布置；以及多個(gè)較小的孔，其具有直徑d1，并且由節(jié)距Λ隔開，其中d1小于d2，并且其中對(duì)于大約0.50-0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d1/Λ比率，所述較小的孔直徑d1、所述較大的孔直徑d2以及所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出適當(dāng)波長范圍之上的獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的基本和二階模式傳播；以及發(fā)生器，其耦合到所述光纖以便變頻器產(chǎn)生在所述光纖中傳播的彎曲波，所述彎曲波具有頻率、傳播速度和波長，所述彎曲波的所述波長是所述頻率和所述傳播速度的函數(shù)，并且所述彎曲波的所述波長被選擇用來以預(yù)先選擇的波長使光從所述基本和二階模式中的一個(gè)耦合到所述基本和二階模式中的另一個(gè)，其中所述彎曲波的所述波長匹配所述基本和二階模式之間的模式拍頻長度，并從而在所述光子晶體光纖的輸出處生成所述基本和二階模式中的另一個(gè)的預(yù)先選擇波長的光信號(hào)。
44.如權(quán)利要求43所述的光波長可調(diào)開關(guān)，進(jìn)一步包括光源，用于將所述第一光頻的光信號(hào)引進(jìn)到所述光子晶體光纖中；以及脫模機(jī)，其在所述光傳播的方向上在所述發(fā)生器之前沿著所述光纖建造，用于去除所述基本和二階模式中的一個(gè)。
45.如權(quán)利要求43所述的光波長可調(diào)開關(guān)，其中所述發(fā)生器包括聲光轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述光子晶體光纖，用于生成聲波，所述聲波的聲頻等于所述第一光頻和所述第二光頻之間的差。
46.如權(quán)利要求43所述的波長可調(diào)開關(guān)，進(jìn)一步包括模式選擇耦合器，其用于根據(jù)所述光信號(hào)的模式在兩個(gè)方向上引導(dǎo)所述光信號(hào)。
47.一種雙模光子晶體光纖，包括基本透明的核心材料的核心，其具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑；以及包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域，其中所述覆層區(qū)域包括第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率，并且其中所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開，其中所述孔具有第二折射率，其小于所述第一折射率；其中對(duì)于基本固定的d/Λ比率，對(duì)于所述節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
48.如權(quán)利要求47所述的光纖，其中所述d/Λ比率落在大約0.45-0.65的范圍之內(nèi)。
全文摘要
雙模光子晶體光纖包括基本透明的核心材料的核心。所述核心材料具有核心折射率和長度，并且具有核心直徑。所述光纖還包括包圍所述核心材料的長度的覆層區(qū)域。所述覆層區(qū)域具有第一基本透明的覆層材料，其具有第一折射率。所述第一基本透明的覆層材料沿著其長度嵌入基本周期排列的孔，其具有直徑d，并且由節(jié)距Λ隔開。所述孔具有第二折射率，其小于所述第一折射率。對(duì)于大約0.45－0.65的范圍之內(nèi)的基本固定的d/Λ比率，對(duì)于所述節(jié)距Λ的任何值，所述孔直徑d和所述節(jié)距Λ的尺寸配合，以給出獨(dú)立于輸入輻射波長的所述光子晶體光纖之內(nèi)的雙模傳播。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1782755SQ20051011857
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者靳偉, 居劍, 王智 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)