一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤制造技术

一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤，其包层按照三角晶格排列，包括高折射率柱(1)、小气孔(2)、背景材料(3)、大气孔(4)、纤芯A(5)、纤芯B(6)；其特征是：在光纤截面中心点的两边沿x轴方向等距离分布有若干与光纤中心线平行的高折射率柱(1)，其有效折射率n2为1.59～1.65，在中心点的两边各去掉两个高折射率柱(1)形成两个椭圆形纤芯，即纤芯A(5)，纤芯B(6)，所有的气孔间距Λ均为3.0μm～4.0μm，大气孔(4)的直径d1为2.0μm～3.0μm，小气孔(2)的直径d为2.0μm～2.5μm，所有气孔的有效折射率nair为1，背景材料(3)的有效折射率ns为1.45。本发明专利技术的光纤制作分束器，有效解决了分光比、分束器长度以及带宽之间无法同时兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤
，特别涉及一种用于偏振分束器的具有混合导光机制的椭圆形双芯光子晶体光纤。
技术介绍
光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers, PCFs)是近年来悄然兴起的一个研究领域，不仅具有重要的理论研究价值，而且具有广泛的实际应用价值，由于结构设计的灵活性和独特的光学性质，自从上世纪末问世以来便引起国内外学者的广泛关注。由于光子晶体光纤设计的灵活性，通过选择合适的纤芯和包层结构，可以设计出全内反射双芯光子晶体光纤、带隙型双芯光子晶体光纤以及基于全内反射和带隙效应的混合型双芯光子晶体光纤。普通全内反射圆形双芯光子晶体光纤用于制作偏振分束器的光纤长度长，分光比低，带宽范围窄；带隙型圆形双芯光子晶体光纤用于制作偏振分束器的光纤长度长，分光比高，带宽范围窄，而且设计的光纤参数多，不便于设计制造。上述两种用于制作偏振分束器的光纤都存在分光比、偏振分束器长度以及带宽之间无法同时兼顾的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足，解决分光比、偏振分束器长度以及带宽之间无法同时兼顾的问题，提供一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤。本专利技术所涉及的一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤，包括高折射率柱1、小气孔2，背景材料3、大气孔4、纤芯A5、纤芯B6 ；其特征是在光纤截面中心点的两边沿χ轴方向等距离分布有若干与光纤中心线平行的高折射率柱1，高折射率柱1的有效折射率η2为 1. 59 1. 65，在中心点的两边各去掉两个高折射率柱1形成两个椭圆形纤芯，即纤芯Α5和纤芯Β6，气孔包层由4个大气孔4和若干小气孔2构成，所有的气孔间距和高折射率柱1之间的间距Λ均为3. 0 μ m 4. 0 μ m，大气孔4的直径(I1为2. 0 μ m 3. 0 μ m，小气孔2的直径d为2. 0 μ m 2. 5 μ m，4个大气孔4分布在纤芯A5和纤芯B6周围，小气孔2和大气孔4 的有效折射率为1，背景材料3为硅玻璃材料或聚合体材料，其有效折射率ns为1. 45。本专利技术通过改变混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤中大气孔直径以及孔间距可以方便调节耦合长度的大小；通过改变高折射率柱直径以及高折射率柱的有效折射率可以方便调节带隙范围以及极大值的位置，有效的解决了分光比、偏振分束器长度以及带宽之间无法同时兼顾的问题。本专利技术所述的双芯光纤具有新颖的耦合特性，存在极大值。本专利技术具有较少的设计参数，便于设计和制造。附图说明图1是本专利技术所述混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤的横截面示意图；其中，1为高折射率柱，2为小气孔，3为背景材料，4为大气孔，5为椭圆形纤芯A，6 为椭圆形纤芯B。图2是图1示例的模场分布图；图3是图1示例中不同Cl1条件下耦合长度的变化关系；图4是图1示例中不同d条件下耦合长度的变化关系；图5是图1示例中不同n2条件下耦合长度的变化关系；图6是图1示例中不同Λ条件下耦合长度的变化关系；图7是图1示例中光子晶体光纤经过参数优化后得到的耦合长度曲线；图8是图1示例中优化结构参数后制作偏振分束器的归一化能量分布；图9是图1示例中经过优化结构参数后制作分束器的分光比(图a)和串音干扰 (图 b)；具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明如下图1是本专利技术所述混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤的横截面示意图。如图1所示光纤背景材料为硅玻璃材料，高折射率柱为掺杂的介质材料，其结构参数为Λ =4μπι， d/ A = 0. 5, n2 = 1. 65, ns = 1. 45, nair = 1. 0, Cl1 = 3 μ m。混合导光双芯光子晶体光纤的模场分布如图2所示，当波长λ = 1.阳μ m，红色箭头表示电场的方向，其中能量绝大部分集中在椭圆形纤芯中。由双芯光纤可以知道，由于模式耦合而激起对称的偶模式和非对称的奇模式，图中所示的为y_偏振方向上的奇模式。图3表示的是改变大气孔直径Cl1时，使Cl1 = 2 μ m，Cl1 = 2. 5 μ m，Cl1 = 3 μ m时的耦合长度随波长的变化关系，从图中可以看出，Cl1不同时，带隙范围没有变化，耦合长度的变化趋势一致，存在极大值，在极大值的左侧呈现单调上升趋势，在极大值的右侧呈现单调下降趋势。图4所示的是改变小气孔直径及高折射率柱的直径d时，使d = 2μπι，d = 2. 25 μ m，d = 2. 5 μ m其耦合长度随波长的变化关系，从图中可以看出，改变小气孔和高折射率柱直径d，光子带隙范围会发生变化。随着的d增加，带隙范围变窄并向短波长移动，极大值会向短波长方向移动，且极大值越来越大。改变高折射率柱的有效折射率n2,使n2 = 1. 59，n2 = 1. 62，n2 = 1. 65，其耦合长度如图5所示。从图中可以看出，高折射率柱的有效折射率对光子带隙有明显的影响，随着 n2的增大，带隙范围变宽且向长波长方向移动，耦合长度的极大值点也向长波长方向移动， 且耦合长度变短，耦合效应增强，极大值逐渐减小。改变孔间距人，使Λ = 3 μ m，Λ = 3. 5 μ m, Λ = 4 μ m,耦合长度随波长的变化关系如图6所示。当孔间距Λ增大时，混合导光双芯光子晶体光纤的带隙位置保持不变，但耦合长度随着Λ的增大而逐渐增大。由上述分析可知，当高折射率柱的直径及小气孔的直径d = 2 μ m，大气孔Cl1 = 3 μ m，孔间距Λ = 3 μ m, η2 = 1.65，ns = 1.45，nair = 1. 0时，耦合长度最小，优化结构参数的耦合长度如图7所示y_偏振方向上的耦合长度最大为450 μ m，具有最短耦合长度。图8为本专利技术利用优化结构参数的双芯光子晶体光纤制作偏振分束器的一个实施例，其归一化能量分布如图8所示从图中可以看出，当光纤长度L = 5. 2mm时，纤芯A中的能量全部转移到纤芯B中。图9为用长度为5. 2mm的本专利技术光纤制作的分束器的实施例，其分光比如图9 (a) 所示从图中可以看出，在波长λ = 1. 55 μ m, ERa = -27. 93115dB, λ = 1. 524 μ m 1. 578 μ m，达到的带宽范围内分光比EI A < -20dB。在波长λ = 1. 54 μ m, ERb =-:35. 7!3558dB，波长范围从λ = 1. 515 μ m 1. 575 μ m，达到60nm的带宽范围内分光比<-20dB，其中波长范围从λ = 1.527μπι 1.558μπι达到31nm的带宽范围内分光比 ERb < -30dB。偏振串音干扰如图9(b)所示，在λ = 1. 55 μ m时，CTx = 35. 74485dB ；在波长 λ = 1. 54 μ m, CTy = 27. 925668dB。上述实施例表明利用本专利技术的混合导光双芯光子晶体光纤新颖的耦合特性，制作的偏振分束器，其长度为5. 2mm，分光比最大为-35. 73558dB，具有很好的分束效果，而且具有大分光比宽带效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤，包括高折射率柱（１）、小气孔（２），背景材料（３）、大气孔（４）、纤芯Ａ（５）、纤芯Ｂ（６）；其特征是：在光纤截面中心点的两边沿ｘ轴方向等距离分布有若干与光纤中心线平行的高折射率柱（１），高折射率柱（１）的有效折射率ｎ２为１．５９～１．６５，在中心点的两边各去掉两个高折射率柱（１）形成两个椭圆形纤芯，即纤芯Ａ（５）和纤芯Ｂ（６），气孔包层由４个大气孔（４）和若干小气孔（２）构成，所有的气孔间距和高折射率柱（１）之间的间距Λ均为３．０μｍ～４．０μｍ，大气孔（４）的直径ｄ１为２．０μｍ～３．０μｍ，小气孔（２）的直径ｄ为２．０μｍ～２．５μｍ，４个大气孔（４）分布在纤芯Ａ（５）和纤芯Ｂ（６）周围，小气孔（２）和大气孔（４）的有效折射率ｎａｉｒ为１，背景材料３为硅玻璃材料或聚合体材料，其有效折射率ｎｓ为１．４５。

【技术特征摘要】
1. 一种混合导光椭圆形双芯光子晶体光纤，包括高折射率柱(1)、小气孔0)，背景材料(3)、大气孔G)、纤芯A(5)、纤芯B(6)；其特征是在光纤截面中心点的两边沿X轴方向等距离分布有若干与光纤中心线平行的高折射率柱(1)，高折射率柱(1)的有效折射率n2 为1.59 1.65，在中心点的两边各去掉两个高折射率柱(1)形成两个椭圆形纤芯，即纤芯 A(5)和纤芯B(6)，气孔包层由4个大气孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，董传培，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85