[发明专利]一种新型圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种单模单偏振光子晶体光纤结构，具体涉及一种新型圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤，可广泛应用于非线性光学、光通信、传感等领域。

背景技术

自1996年英国科技工作者研制出第一条光子晶体光纤以来[1J.C.Knight，et al，Opt.Lett.1996，21(19)：1547～1549.]，光子晶体光纤以其结构设计灵活、具有普通光纤无法比拟的突出优点等特性得到了科技工作者的广泛关注和深入研究[1；2J.C.Knight，et al，Science，1998，282：1476～1478；3 P.St.J.Russell，Science，2003，299：358～362.]，并使得光子晶体光纤广泛应用于非线性光学、光通信、传感等领域，应用前景异常广阔。近年来，通过合理地改变光子晶体光纤设计结构，可以在一定带宽范围内成功实现单模单偏振运作。单模单偏振光子晶体光纤能够有效消除偏振模色散和偏振模式耦合，在高功率光纤激光器、传感、光通信等各种领域得到了密切关注和广泛应用。相关研究小组相继研究了单模单偏振光子晶体光纤，在1550nm波段附近50nm带宽内实现了单模单偏振运用[4Daniel A.Nolan，et al，Opt.Lett.2004，29(16)：1855～1857.]，在波长727nm附近220nm带宽范围实现单偏振运作[5J.R.Folkenberg et al.Opt.Lett.2005，30(12)：1446～1448.]，在1300nm波段84.7nm带宽和1550nm波段103.5nm带宽范围实现了单模单偏振运作[6Jian Ju，et al.J.Lightwave Technol.2006，24(2)：825～830.]，实现了从460nm带宽的单模单偏振运作[7Fangdi Zhang et al.J.Lightwave Technol.2007，25(5)：1184～1189.]，实现了560nm带宽的单模单偏振运作[8Ming-Yang Chen et al.J.Lightwave Technol.2010，28(10)：1443～1446.]，实现了250nm带宽的单模单偏振运作[9DoraJuan Juan Hu，et al.Appl.Opt.2009，48(20)：4038～4043.]，低损耗单模单偏振运用带宽为120nm[10Kunimasa Saitoh et al，IEEE Photonics Technology Letters，2003，15(10)：1384～1386.]，研究了600nm带宽的单模单偏振运作[11 Hongjun Zheng et al.Optical Engineering，2011，50(12)，125003-1～6.]。本文提出了一种新型的圆形、椭圆形空气孔混合点阵包层的光子晶体光纤，目的在于实现更宽带宽的单模单偏振运作、色散平坦、负色散等特性，从而为光子晶体传输光纤及其相关器件等实用化提供理论支持，以弥补以往文献研究中单模单偏振光纤在更宽带宽方面和未涉及色散等方面的不足；并采用全矢量有限元方法和完美匹配层边界条件研究了所提出的单模单偏振光子晶体光纤的单偏振、色散平坦、负色散等特性随入射光波长变化情况。

专利申请内容

本发明提出了一种圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤，实现了更宽带宽、色散平坦的单模单偏振运作，从而为光纤偏振器、光子晶体传输光纤等实用化提供了支持，以补充上述文献研究在带宽方面和未涉及色散等方面的不足；并给出了所提出的单模单偏振光子晶体光纤的各种特性及各种参量随入射波长变化规律。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出的单模单偏振光子晶体光纤横截面整体上是由纯二氧化硅基质和圆形、椭圆空气孔点阵组成，光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列。包层六角形格子椭圆空气孔点阵使得光纤具有单模双折射特性，确保了x偏振模的限制损耗足够小，增加了y偏振模的限制损耗，使y偏振模得到足够的衰减，从而实现单模单偏振运用。内包层圆形空气孔点阵使光纤具有较低的色散。

本发明的有益效果是：

实现了宽带宽单模单偏振的运用；在入射光波长1.193μm至1.384μm范围内，该光纤呈现出宽带宽、色散平坦特性，使其在光传输等领域具有广阔应用前景。该光纤具有500nm范围的负色散区域，可以用于常规光纤长波长波段的色散补偿。

附图说明