專利名稱：一種混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖技術領域，特別涉及一種用于偏振分束器的具有混合導光機制的橢圓形雙芯光子晶體光纖。
背景技術：
光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers, PCFs)是近年來悄然興起的一個研究領域，不僅具有重要的理論研究價值，而且具有廣泛的實際應用價值，由于結構設計的靈活性和獨特的光學性質(zhì)，自從上世紀末問世以來便引起國內(nèi)外學者的廣泛關注。由于光子晶體光纖設計的靈活性，通過選擇合適的纖芯和包層結構，可以設計出全內(nèi)反射雙芯光子晶體光纖、帶隙型雙芯光子晶體光纖以及基于全內(nèi)反射和帶隙效應的混合型雙芯光子晶體光纖。普通全內(nèi)反射圓形雙芯光子晶體光纖用于制作偏振分束器的光纖長度長，分光比低，帶寬范圍窄；帶隙型圓形雙芯光子晶體光纖用于制作偏振分束器的光纖長度長，分光比高，帶寬范圍窄，而且設計的光纖參數(shù)多，不便于設計制造。上述兩種用于制作偏振分束器的光纖都存在分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時兼顧的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，解決分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時兼顧的問題，提供一種混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖。本發(fā)明所涉及的一種混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖，包括高折射率柱1、小氣孔2，背景材料3、大氣孔4、纖芯A5、纖芯B6 ；其特征是在光纖截面中心點的兩邊沿χ軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱1，高折射率柱1的有效折射率η2為 1. 59 1. 65，在中心點的兩邊各去掉兩個高折射率柱1形成兩個橢圓形纖芯，即纖芯Α5和纖芯Β6，氣孔包層由4個大氣孔4和若干小氣孔2構成，所有的氣孔間距和高折射率柱1之間的間距Λ均為3. 0 μ m 4. 0 μ m，大氣孔4的直徑(I1為2. 0 μ m 3. 0 μ m，小氣孔2的直徑d為2. 0 μ m 2. 5 μ m，4個大氣孔4分布在纖芯A5和纖芯B6周圍，小氣孔2和大氣孔4 的有效折射率為1，背景材料3為硅玻璃材料或聚合體材料，其有效折射率ns為1. 45。本發(fā)明通過改變混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖中大氣孔直徑以及孔間距可以方便調(diào)節(jié)耦合長度的大小；通過改變高折射率柱直徑以及高折射率柱的有效折射率可以方便調(diào)節(jié)帶隙范圍以及極大值的位置，有效的解決了分光比、偏振分束器長度以及帶寬之間無法同時兼顧的問題。本發(fā)明所述的雙芯光纖具有新穎的耦合特性，存在極大值。本發(fā)明具有較少的設計參數(shù)，便于設計和制造。


圖1是本發(fā)明所述混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖的橫截面示意圖；其中，1為高折射率柱，2為小氣孔，3為背景材料，4為大氣孔，5為橢圓形纖芯A，6 為橢圓形纖芯B。
圖2是圖1示例的模場分布圖；圖3是圖1示例中不同Cl1條件下耦合長度的變化關系；圖4是圖1示例中不同d條件下耦合長度的變化關系；圖5是圖1示例中不同n2條件下耦合長度的變化關系；圖6是圖1示例中不同Λ條件下耦合長度的變化關系；圖7是圖1示例中光子晶體光纖經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后得到的耦合長度曲線；圖8是圖1示例中優(yōu)化結構參數(shù)后制作偏振分束器的歸一化能量分布；圖9是圖1示例中經(jīng)過優(yōu)化結構參數(shù)后制作分束器的分光比(圖a)和串音干擾 (圖 b)；
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明如下圖1是本發(fā)明所述混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖的橫截面示意圖。如圖1所示光纖背景材料為硅玻璃材料，高折射率柱為摻雜的介質(zhì)材料，其結構參數(shù)為Λ =4μπι， d/ A = 0. 5, n2 = 1. 65, ns = 1. 45, nair = 1. 0, Cl1 = 3 μ m?；旌蠈Ч怆p芯光子晶體光纖的模場分布如圖2所示，當波長λ = 1.陽μ m，紅色箭頭表示電場的方向，其中能量絕大部分集中在橢圓形纖芯中。由雙芯光纖可以知道，由于模式耦合而激起對稱的偶模式和非對稱的奇模式，圖中所示的為y_偏振方向上的奇模式。圖3表示的是改變大氣孔直徑Cl1時，使Cl1 = 2 μ m，Cl1 = 2. 5 μ m，Cl1 = 3 μ m時的耦合長度隨波長的變化關系，從圖中可以看出，Cl1不同時，帶隙范圍沒有變化，耦合長度的變化趨勢一致，存在極大值，在極大值的左側呈現(xiàn)單調(diào)上升趨勢，在極大值的右側呈現(xiàn)單調(diào)下降趨勢。圖4所示的是改變小氣孔直徑及高折射率柱的直徑d時，使d = 2μπι，d = 2. 25 μ m，d = 2. 5 μ m其耦合長度隨波長的變化關系，從圖中可以看出，改變小氣孔和高折射率柱直徑d，光子帶隙范圍會發(fā)生變化。隨著的d增加，帶隙范圍變窄并向短波長移動，極大值會向短波長方向移動，且極大值越來越大。改變高折射率柱的有效折射率n2,使n2 = 1. 59，n2 = 1. 62，n2 = 1. 65，其耦合長度如圖5所示。從圖中可以看出，高折射率柱的有效折射率對光子帶隙有明顯的影響，隨著 n2的增大，帶隙范圍變寬且向長波長方向移動，耦合長度的極大值點也向長波長方向移動， 且耦合長度變短，耦合效應增強，極大值逐漸減小。改變孔間距人，使Λ = 3 μ m，Λ = 3. 5 μ m, Λ = 4 μ m,耦合長度隨波長的變化關系如圖6所示。當孔間距Λ增大時，混合導光雙芯光子晶體光纖的帶隙位置保持不變，但耦合長度隨著Λ的增大而逐漸增大。由上述分析可知，當高折射率柱的直徑及小氣孔的直徑d = 2 μ m，大氣孔Cl1 = 3 μ m，孔間距Λ = 3 μ m, η2 = 1.65，ns = 1.45，nair = 1. 0時，耦合長度最小，優(yōu)化結構參數(shù)的耦合長度如圖7所示y_偏振方向上的耦合長度最大為450 μ m，具有最短耦合長度。圖8為本發(fā)明利用優(yōu)化結構參數(shù)的雙芯光子晶體光纖制作偏振分束器的一個實施例，其歸一化能量分布如圖8所示從圖中可以看出，當光纖長度L = 5. 2mm時，纖芯A中的能量全部轉移到纖芯B中。
圖9為用長度為5. 2mm的本發(fā)明光纖制作的分束器的實施例，其分光比如圖9 (a) 所示從圖中可以看出，在波長λ = 1. 55 μ m, ERa = -27. 93115dB, λ = 1. 524 μ m 1. 578 μ m，達到的帶寬范圍內(nèi)分光比EI A < -20dB。在波長λ = 1. 54 μ m, ERb =-:35. 7!3558dB，波長范圍從λ = 1. 515 μ m 1. 575 μ m，達到60nm的帶寬范圍內(nèi)分光比
<-20dB，其中波長范圍從λ = 1.527μπι 1.558μπι達到31nm的帶寬范圍內(nèi)分光比 ERb < -30dB。偏振串音干擾如圖9(b)所示，在λ = 1. 55 μ m時，CTx = 35. 74485dB ；在波長 λ = 1. 54 μ m, CTy = 27. 925668dB。上述實施例表明利用本發(fā)明的混合導光雙芯光子晶體光纖新穎的耦合特性，制作的偏振分束器，其長度為5. 2mm，分光比最大為-35. 73558dB，具有很好的分束效果，而且具有大分光比寬帶效果。
權利要求
1. 一種混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖，包括高折射率柱(1)、小氣孔0)，背景材料(3)、大氣孔G)、纖芯A(5)、纖芯B(6)；其特征是在光纖截面中心點的兩邊沿X軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱(1)，高折射率柱(1)的有效折射率n2 為1.59 1.65，在中心點的兩邊各去掉兩個高折射率柱(1)形成兩個橢圓形纖芯，即纖芯 A(5)和纖芯B(6)，氣孔包層由4個大氣孔(4)和若干小氣孔(2)構成，所有的氣孔間距和高折射率柱(1)之間的間距Λ均為3. O μ m 4. O μ m，大氣孔(4)的直徑(I1為2. O μ m 3. Oym,小氣孔(2)的直徑d為2. Oym 2. 5μπι，4個大氣孔(4)分布在纖芯A (5)和纖芯 B (6)周圍，小氣孔(2)和大氣孔⑷的有效折射率為1，背景材料3為硅玻璃材料或聚合體材料，其有效折射率ns為1. 45。
全文摘要
一種混合導光橢圓形雙芯光子晶體光纖，其包層按照三角晶格排列，包括高折射率柱(1)、小氣孔(2)、背景材料(3)、大氣孔(4)、纖芯A(5)、纖芯B(6)；其特征是在光纖截面中心點的兩邊沿x軸方向等距離分布有若干與光纖中心線平行的高折射率柱(1)，其有效折射率n2為1.59～1.65，在中心點的兩邊各去掉兩個高折射率柱(1)形成兩個橢圓形纖芯，即纖芯A(5)，纖芯B(6)，所有的氣孔間距Λ均為3.0μm～4.0μm，大氣孔(4)的直徑d1為2.0μm～3.0μm，小氣孔(2)的直徑d為2.0μm～2.5μm，所有氣孔的有效折射率nair為1，背景材料(3)的有效折射率ns為1.45。本發(fā)明的光纖制作分束器，有效解決了分光比、分束器長度以及帶寬之間無法同時兼顧的問題。
文檔編號G02B6/02GK102279437SQ20111012697
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者劉敏, 董傳培 申請人:重慶大學