專利名稱：：一種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多孔光纖，屬于光纖通信和光學(xué)信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及多孔光纖的雙折射特性以及寬帶光纖波片設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：多孔光纖一般由純石英纖芯和具有若干個(gè)微孔的包層組成，微孔使包層的有效折射率低于纖芯，將光信號(hào)束縛在纖芯中傳輸。不同截面結(jié)構(gòu)的多孔光纖可以具有寬帶單模傳輸、大模場(chǎng)面積、高非線性和可調(diào)色散等常規(guī)光纖不具備的特性，在光纖傳感、光纖激光器、色散補(bǔ)償?shù)确矫嬗袕V泛的應(yīng)用前景。多孔光纖包層截面中微孔的排列分布一般呈六邊形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)微孔為直徑均勻一致的圓形時(shí)，光纖幾乎不存在雙折射現(xiàn)象。由于多孔光纖包層等效折射率和纖芯折射率的差值比常規(guī)單模光纖大很多，因此可以方便地通過改變其包層截面結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性或均勻性(如將氣孔形狀改為橢圓或者增大纖芯附近兩個(gè)氣孔的直徑)來(lái)產(chǎn)生模式雙折射。相比熊貓(Panda)、領(lǐng)結(jié)(Bow-tie)等內(nèi)部應(yīng)力型雙折射光纖，環(huán)境溫度、外部應(yīng)力等因素對(duì)多孔光纖雙折射的影響較小。由于截面結(jié)構(gòu)中諸多幾何參數(shù)都與雙折射直接相關(guān)，因此多孔光纖的雙折射特性具有很高的設(shè)計(jì)自由度，可以根據(jù)器件或系統(tǒng)的具體需要，設(shè)計(jì)其雙折射的波譜特性。四分之一波片是光纖通信和傳感系統(tǒng)中的常用器件，其正交偏振相位差為Ji/2，它能起到線/圓偏振態(tài)變換的作用。傳統(tǒng)的波片采用云母、鐵電晶體等各向異性材料制作，不僅加工難度高，而且存在無(wú)法與傳輸光纖直接相接、溫度穩(wěn)定性差、波長(zhǎng)帶寬小等缺點(diǎn)。拍長(zhǎng)是反映光纖雙折射大小的參量，它是工作波長(zhǎng)與光纖雙折射率之比值。對(duì)于給定的工作波長(zhǎng)，經(jīng)過一個(gè)拍長(zhǎng)的光纖長(zhǎng)度，正交偏振相位差為2Ji。若將光纖的長(zhǎng)度切割為四分之一拍長(zhǎng)，則可制作出光纖波片。鑒于雙折射多孔光纖的諸多優(yōu)點(diǎn)，如果將其用于制作光纖波片，就能很好地克服塊狀光學(xué)波片不能直接連接光纖的不足，并改善其溫度穩(wěn)定性和工作帶寬。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，這種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖特別適合用于制作寬帶光纖波片，可以很好地克服塊狀光學(xué)波片不能直接連接光纖以及溫度穩(wěn)定性差的不足。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)想是由于單一缺陷結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙折射隨波長(zhǎng)的增長(zhǎng)斜率往往比波長(zhǎng)本身的斜率大得多，為了實(shí)現(xiàn)拍長(zhǎng)隨波長(zhǎng)變化的不敏感性，分別將具有負(fù)雙折射特性的橢圓形微孔包層缺陷結(jié)構(gòu)與具有正雙折射特性的圓形微孔缺陷結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過正負(fù)雙折射相互補(bǔ)償，可以在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)使多孔光纖的拍長(zhǎng)值對(duì)波長(zhǎng)的敏感性降低。通過調(diào)節(jié)橢圓形微孔的橢圓度以及較大的圓形微孔的直徑可以同時(shí)調(diào)節(jié)光纖拍長(zhǎng)所處的穩(wěn)定波長(zhǎng)區(qū)域以及拍長(zhǎng)的大小，使得在1310nm波長(zhǎng)附近使雙折射率的增減與工作波長(zhǎng)的變化幾乎保持同步，從而制作出雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案—種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，包括纖芯和包層，其特征在于所述包層分為內(nèi)包層和外包層兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)包層區(qū)域中有圓形和橢圓形兩種形狀的微孔呈六邊形對(duì)稱排列分布，緊鄰纖芯的兩個(gè)微孔為圓形微孔，其余微孔為橢圓形微孔。上述兩個(gè)圓形微孔以纖芯為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布，該圓形微孔的直徑為2.8m3.2iim，兩圓形微孔中心相距為8.0iim10.0iim。上述橢圓形微孔呈六邊形對(duì)稱結(jié)構(gòu)均勻分布在內(nèi)包層之中，位于纖芯附近兩個(gè)橢圓形微孔被所述圓形微孔取代，相鄰兩橢圓形微孔的中心相距為4.0m5.0m，橢圓形微孔的長(zhǎng)軸為2.1iim2.3iim，短軸為0.8ym1.2ym。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖中緊鄰纖芯的兩個(gè)微孔為圓形微孔，其余微孔為橢圓形微孔，用做寬帶光纖波片時(shí)，可以方便地與傳輸光纖對(duì)接，解決塊狀光學(xué)波片不能直接連接光纖的難題，并改善其溫度穩(wěn)定性和工作帶寬。圖1是本專利設(shè)計(jì)的多孔光纖端面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是多孔光纖的雙折射率隨工作波長(zhǎng)的變化曲線；圖3是具有不同橢孔短軸dy的多孔光纖的雙折射率隨波長(zhǎng)的變化曲線；圖4是具有不同圓孔直徑d2的多孔光纖的雙折射率隨波長(zhǎng)的變化曲線；圖5是本專利優(yōu)化設(shè)計(jì)的三種拍長(zhǎng)值分別為圖(a)(b)(c)的多孔光纖在1310nm波長(zhǎng)窗口的平坦拍長(zhǎng)曲線；圖6是當(dāng)dy誤差分別為±1%、±2%、±5%如圖(a)以及d2誤差分別為±1%、±2%如圖(b)時(shí)，多孔光纖拍長(zhǎng)的穩(wěn)定性曲線具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下實(shí)施例一參見圖l，本雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，包括纖芯1和包層，所述包層分為內(nèi)包層2和外包層3兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)包層2區(qū)域中有圓形和橢圓形兩種形狀的微孔呈六邊形對(duì)稱排列分布，緊鄰纖芯1的兩個(gè)微孔為圓形微孔4，其余微孔為橢圓形微孔5。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一相同，特別之處如下述本雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，端面結(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本參數(shù)為相鄰微氣孔中心間距A=4.4i!m，橢孔長(zhǎng)軸dx=2.2m，而短軸dy以及圓孔直徑d2是可以優(yōu)化調(diào)控的變量。圖2所示是dy=1.1m、d2=3m時(shí)多孔光纖的雙折射率隨波長(zhǎng)的變化曲線。圖3是d2=3.0m不變情況下dy=1.1、1.0、0.9m時(shí)的雙折射率變化曲線。圖4是dy=0.9m不變情況下d2=2.8、3.0、3.2m時(shí)的雙折射率變化曲線。從圖3可以看出，在圓孔直徑不變的條件下，隨著橢孔短軸減小，在短波長(zhǎng)區(qū)域雙折射率的值逐漸降低，其增長(zhǎng)斜率也不斷下降，雙折射值到達(dá)頂點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也逐漸減小。這些現(xiàn)象都表明dy值的減小使橢孔負(fù)值雙折射率的作用加強(qiáng)。與之相反，圖4中三條曲線說(shuō)明圓孔直徑的增大能夠使圓孔正值雙折射率的作用加強(qiáng)。因此，同時(shí)調(diào)節(jié)橢孔短軸dy和圓孔直徑d2的值不僅能夠在1310nm的波長(zhǎng)窗口獲得穩(wěn)定的拍長(zhǎng)，還可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)此穩(wěn)定拍長(zhǎng)的大小。為了在指定波長(zhǎng)處獲得需要的拍長(zhǎng)值，應(yīng)當(dāng)首先固定dy和4中的一個(gè)，通過調(diào)節(jié)另一個(gè)參數(shù)使得拍長(zhǎng)曲線在所需波長(zhǎng)區(qū)域達(dá)到良好的平坦效果。在實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)不敏感性的基礎(chǔ)上，同時(shí)調(diào)整dy和d2兩個(gè)參數(shù)就能使拍長(zhǎng)值滿足設(shè)計(jì)要求，若要減小拍長(zhǎng)值，必須同時(shí)減小dy的值并增大d2的值，若要增大拍長(zhǎng)值，則應(yīng)同時(shí)增大dy并減小d2。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，在1310nm波長(zhǎng)窗口獲得了三條拍長(zhǎng)值各不相同的平坦拍長(zhǎng)曲線，如圖5所示。在圖5(a)中曲線所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，圖6(a)和(b)分別表示當(dāng)dy誤差為±1%、±2%、±5%以及(12誤差為±1%、±2%時(shí)拍長(zhǎng)穩(wěn)定性的變化情況。表1是不同誤差條件下1310nm處的拍長(zhǎng)值及對(duì)應(yīng)的1/4光纖波片工作帶寬。表1不同誤差條件下1310nm處的拍長(zhǎng)值及對(duì)應(yīng)的1/4光纖波片工作帶寬<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1可以看出，dy以及d2的誤差會(huì)使多孔光纖1310nm處的拍長(zhǎng)值產(chǎn)生一定幅度的偏差。在誤差率相同的條件下，d2的誤差對(duì)拍長(zhǎng)值的影響更大。只要將dy以及d2的誤差率分別控制在2%和1.5%以下，即可制作出雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，使其制作的1/4光纖波片能夠在1310nm中心波長(zhǎng)附近具有200nm的工作帶寬。權(quán)利要求一種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，包括纖芯(1)和包層，其特征在于所述包層分為內(nèi)包層(2)和外包層(3)兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)包層(2)區(qū)域中有圓形和橢圓形兩種形狀的微孔呈六邊形對(duì)稱排列分布，緊鄰纖芯(1)的兩個(gè)微孔為圓形微孔(4)，其余微孔為橢圓形微孔(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，其特征在于所述兩個(gè)圓形微孔(4)以纖芯(1)為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布，該圓形微孔(4)的直徑為2.8ym3.2iim，兩圓形微孔(4)中心相距為8.0iim10.0iim。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖，其特征在于所述橢圓形微孔(5)呈六邊形對(duì)稱結(jié)構(gòu)均勻分布在內(nèi)包層(2)之中，位于纖芯(1)附近兩個(gè)橢圓形微孔被所述圓形微孔(4)取代，相鄰兩橢圓形微孔(5)的中心相距為4.0iim5.0iim，橢圓形微孔(5)的長(zhǎng)軸為2.1iim2.3iim，短軸為0.8ym1.2ym。全文摘要本發(fā)明涉及一種雙折射拍長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)不敏感的多孔光纖。它包括纖芯和包層，包層分為內(nèi)包層和外包層兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)包層區(qū)域中有圓形和橢圓形兩種形狀的微孔，呈六邊形對(duì)稱排列分布，纖芯附近的兩個(gè)微孔為圓形微孔，其余微孔為橢圓形微孔。同時(shí)調(diào)節(jié)橢孔短軸dy和圓孔直徑d2的值不僅能夠在特定的波長(zhǎng)窗口(如1310nm)獲得較為穩(wěn)定一致的拍長(zhǎng)，還可以根據(jù)制作光纖波片的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)出數(shù)值適中的穩(wěn)定拍長(zhǎng)。這種拍長(zhǎng)適中且對(duì)波長(zhǎng)不敏感的雙折射多孔光纖特別適于制作集成化、性能穩(wěn)定的寬帶光纖波片，克服塊狀光學(xué)波片不能直接連接光纖的不足，并降低其對(duì)溫度和波長(zhǎng)的敏感度，增大工作帶寬。文檔編號(hào)G02B6/036GK101702043SQ20091019819公開日2010年5月5日申請(qǐng)日期2009年11月3日優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日發(fā)明者李銘佳,林建強(qiáng),王立波,石志東,葛泉申請(qǐng)人:上海大學(xué)