專利名稱：光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)與激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光子晶體光纖。
背景技術(shù)：
從1550nm紅外頻帶到500nm可見光頻帶的大跨度波長變換是連接傳統(tǒng)1550nm光信號(hào)處理和海底藍(lán)綠光信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。然而傳統(tǒng)的光_電_光波長變換雖然技術(shù)成熟，但是其轉(zhuǎn)換速率受到電子瓶頸的限制，因此全光波長變換是更有前景的發(fā)展方向。在現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)較大跨度波長變換的方法主要有基于四波混頻的波長變換方法以及基于電周期性極化光纖產(chǎn)生二次諧波的方法，兩種方法均需要光纖有較高的非線性，四波混頻波長變換所需要的相位匹配條件還需要光纖有適合的色散分布，而普通的非線性光纖難以達(dá)到這些要求。非線性的光子晶體光纖可以很容易的滿足以上這些要求。光子晶體光纖，是一種包層具有周期性排列的沿光纖軸線平行伸展的空氣小孔結(jié)構(gòu)的新型光纖。其中纖芯可以是實(shí)心的二氧化硅或者大空氣孔。前者是折射率導(dǎo)引型光子晶體光纖，后者是帶隙導(dǎo)引型光子晶體光纖。由于其具有空氣-二氧化硅結(jié)構(gòu)，因此可以實(shí)現(xiàn)比摻雜大得多的折射率調(diào)制。 光子晶體光纖的強(qiáng)折射率調(diào)制能夠使其比摻雜工藝制作的非線性光纖更加方便調(diào)節(jié)色散分布。目前所報(bào)道的能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度較高效率四波混頻波長變換的光纖都采用了雙零色散點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)最容易符合跨度較大情況下的相位匹配條件。但目前基于電周期性極化光纖產(chǎn)生二次諧波的光子晶體光纖所變換出的波長光的信號(hào)不夠強(qiáng)，因此影響了使用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何使光子晶體光纖利用電周期性極化進(jìn)行波長變換時(shí)，所輸出的光信號(hào)更強(qiáng)。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種光子晶體光纖，包括纖芯，所述纖芯為摻鍺二氧化硅；圍繞著所述纖芯的包層，在所述包層中排列有周期性分布的空氣孔結(jié)構(gòu)，在所述包層內(nèi)，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置有以所述纖芯為中心的位置對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔，所述兩個(gè)空氣孔內(nèi)插有電極。其中，所述空氣孔結(jié)構(gòu)按正六邊形排列。其中，所述空氣孔結(jié)構(gòu)中緊鄰所述纖芯的空氣孔有6個(gè)，分別位于所述正六邊形的頂點(diǎn)上，其中呈中心對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔的直徑大于所述空氣孔結(jié)構(gòu)中所有其它空氣孔的直徑，并且所述空氣孔結(jié)構(gòu)中所有其它空氣孔的直徑相同。其中，所述空氣孔結(jié)構(gòu)中的空氣孔的排列周期是1. Ιμπι。其中，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)直徑大于所有其它直徑相同的空氣孔的空氣孔的直徑是0. 8 μ m。其中，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)中，所述所有其它直徑相同的空氣孔的直徑是0. 7 μ m。其中，兩個(gè)用于插入電極的所述空氣孔的直徑是40 μ m。其中，兩個(gè)用于插入電極的所述空氣孔之間的距離是80 μ m。。(三)有益效果本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)上述技術(shù)方案通過在光子晶體光纖包層中設(shè)置兩個(gè)直徑較大的空氣孔，在其內(nèi)部設(shè)置電極，實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖采用電周期性極化進(jìn)行波長變換，同時(shí)還采用了周期性排列的空氣孔結(jié)構(gòu)，因而增強(qiáng)了二次諧波的效應(yīng)，從而增強(qiáng)了變換所得的信號(hào)強(qiáng)度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光子晶體光纖的部分橫截面圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光子晶體光纖的空氣孔結(jié)構(gòu)的空氣孔直徑大小與色散曲線分布的關(guān)系圖；圖3是本發(fā)明又一實(shí)施例的光子晶體光纖的空氣孔結(jié)構(gòu)的空氣孔排列周期與色散曲線分布的關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光子晶體光纖的橫截面圖；圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光子晶體光纖的色散曲線圖；圖6是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光子晶體光纖相位匹配時(shí)泵浦、信號(hào)和閑頻分布圖。
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)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖4所示為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光子晶體光纖的橫截面圖，包括纖芯，纖芯為摻鍺二氧化硅，纖芯摻鍺使其可以進(jìn)行電極化；圍繞著纖芯的包層， 在包層中排列有延纖芯平行延伸的周期性分布的空氣孔結(jié)構(gòu)，空氣孔結(jié)構(gòu)按正六邊形排列，如圖1所示，緊鄰纖芯的空氣孔結(jié)構(gòu)中的空氣孔有6個(gè)，分別位于正六邊形的頂點(diǎn)上， 其中呈中心對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔的直徑大于空氣孔結(jié)構(gòu)的所有其它空氣孔的直徑，使得在纖芯中產(chǎn)生的雙折射效應(yīng)可以保持傳輸模的偏振態(tài)，并且空氣孔結(jié)構(gòu)中的所有其它空氣孔的直徑相同，以將模場控制在纖芯內(nèi)，空氣孔的直徑和排列周期均較小，以獲得較大的色散斜率和較小的纖芯截面積，從而得到包含兩個(gè)零色散點(diǎn)的色散曲線分布以及較大的非線性系數(shù)；在包層內(nèi)，在空氣孔結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置有以纖芯為中心的位置對(duì)稱的沿纖芯平行延伸的兩個(gè)空氣孔，用于插入電極，以產(chǎn)生二次諧波效應(yīng)。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，色散曲線分布與空氣孔結(jié)構(gòu)中的直徑相同的空氣孔的直徑(Φ) 以及空氣孔結(jié)構(gòu)中空氣孔之間的距離，即排列周期(晶格常數(shù))Λ有密切的關(guān)系，色散曲線的整體會(huì)隨著Φ的增大而上升，如圖2所示，當(dāng)排列周期Λ為1.2口!11時(shí)，曲線1、2、3、4和 5分別表示Φ為0. 3μπι、0. 35μπι、0. 4μπι、0. 5μπι和0. 55 μ m時(shí)的色散曲線分布，色散曲線整體隨Φ的增大而升高。色散曲線分布同時(shí)會(huì)隨著空氣孔排列周期的增大而橫向拉伸， 如圖3所示，當(dāng)直徑相同的空氣孔的直徑Φ為0.4μπι時(shí)，曲線6、7、8、9、10和11分別表示當(dāng)Λ為0.9μ 、1μπ 、1. Ιμπκ . 15μ 、1.2μπ 禾口 1. 5 μ m時(shí)的色散分布，其表明隨著空氣
孔的排列周期的增大，色散曲線橫向拉伸。如圖4所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光子晶體光纖的橫截面示意圖，各個(gè)參數(shù)為孔排列周期(晶格常數(shù))Λ = 1. 1 μ m，纖芯周圍直徑較大空氣孔的直徑d = 0.8 μ m，直徑相同的空氣孔直徑為Φ = 0.7 μ m，用于插入電極的空氣孔直徑D = 40 μ m，用于插入電極的兩個(gè)空氣孔之間的距離L = 80 μ m。如圖5所示，具有上述參數(shù)的本發(fā)明的光子晶體光纖的光纖色散曲線有兩個(gè)零色散點(diǎn)，分別在730nm和1230nm兩個(gè)波長位置，最大色散約為70ps/(nm. km)，在波長大約 950nm的位置。如圖6所示為根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算出的滿足相位匹配條件的泵浦光波長及相應(yīng)信號(hào)光和閑頻光的波長分布，其中，曲線12表示閑頻分布，而曲線13表示信號(hào)分布，當(dāng)泵浦光的范圍在500nm-1300nm，信號(hào)光的范圍是800_2000nm。當(dāng)不使用電極時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的光子晶體光纖基于四波混頻進(jìn)行波長變換，例如當(dāng)輸入1550nm和1400nm的光信號(hào)時(shí)，輸出750nm的光信號(hào)。而當(dāng)使用電極時(shí)，該光纖基于二次諧波進(jìn)行波長變換，例如，當(dāng)輸入1550nm和1400nm的信號(hào)光時(shí)，輸出1300nm的信號(hào)光，由于在用于插入電極的空氣孔之間分布有空氣孔結(jié)構(gòu)，使得光傳輸時(shí)產(chǎn)生的非線性效應(yīng)也就是二次諧波效應(yīng)更加強(qiáng)烈，從而輸出的光信號(hào)更強(qiáng)。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光子晶體光纖，其特征在于，包括纖芯，所述纖芯為摻鍺二氧化硅；圍繞著所述纖芯的包層，在所述包層中排列有周期性分布的空氣孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述包層內(nèi)，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置有以所述纖芯為中心的位置對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔，所述兩個(gè)空氣孔內(nèi)插有電極。
2.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其特征在于，所述空氣孔結(jié)構(gòu)按正六邊形排列。
3.如權(quán)利要求2所述的光子晶體光纖，其特征在于，所述空氣孔結(jié)構(gòu)中緊鄰所述纖芯的空氣孔有6個(gè)，分別位于所述正六邊形的頂點(diǎn)上，其中呈中心對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔的直徑大于所述空氣孔結(jié)構(gòu)中所有其它空氣孔的直徑，并且所述空氣孔結(jié)構(gòu)中所有其它空氣孔的直徑相同。
4.如權(quán)利要求3所述的光子晶體光纖，其特征在于，所述空氣孔結(jié)構(gòu)中的空氣孔的排列周期是1. 1 μ m。
5.如權(quán)利要求3所述的光子晶體光纖，其特征在于，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)直徑大于所有其它直徑相同的空氣孔的空氣孔的直徑是0. 8 μ m。
6.如權(quán)利要求3所述的光子晶體光纖，其特征在于，在所述空氣孔結(jié)構(gòu)中，所述所有其它直徑相同的空氣孔的直徑是0. 7 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其特征在于，兩個(gè)用于插入電極的所述空氣孔的直徑是40 μ m。
8.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，其特征在于，兩個(gè)用于插入電極的所述空氣孔之間的距離是80 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)與激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種光子晶體光纖，包括纖芯，纖芯為摻鍺二氧化硅；圍繞著纖芯的包層，在包層中排列有周期性分布的空氣孔結(jié)構(gòu)，在包層內(nèi)，在空氣孔結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置有以纖芯為中心的位置對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔，兩個(gè)空氣孔內(nèi)插有電極。本發(fā)明的光子晶體光纖由于在用于插入電極的孔之間分布有空氣孔結(jié)構(gòu)，從而使得在纖芯中傳輸?shù)墓獾姆蔷€性效應(yīng)更加明顯，增強(qiáng)了輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102411167SQ20101029243
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者謝世忠, 龔磊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)