專利名稱：偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，具體為波分復(fù)用和解復(fù)用功能的偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber，簡稱PCF)(Science，229，358-362，2003)又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，是近年來引起廣泛關(guān)注的一種新型光纖。典型的光子晶體光纖由純石英和分布在其中的一定數(shù)量的空氣孔所組成，這些空氣孔沿光纖軸向排布并貫穿整根光纖。
雙芯光纖是利用光消逝場在兩個(gè)纖芯之間的耦合作用，實(shí)現(xiàn)對光功率、波長和偏振態(tài)等多重選擇功能的一種光器件。
人們很早就提出了雙芯光子晶體光纖，這種器件不但在制作方面要比傳統(tǒng)的雙芯光纖來得簡單，而且在器件尺寸上也可以做得比較小。這種光纖的一個(gè)重要應(yīng)用是作為光纖通信中的波分復(fù)用/解復(fù)用器(WDM/DWDM)。但是，由于這種雙芯光子晶體光纖中具有顯著的雙折射現(xiàn)象，使得兩線偏振光的耦合長度不同，所以雖然單模光纖實(shí)際傳輸?shù)氖莾墒€偏振光，但早期報(bào)導(dǎo)的這種波分復(fù)用器，只能工作于其中一個(gè)偏振態(tài)即它只適用于對其中一個(gè)偏振態(tài)下不同波長的光進(jìn)行有效的分光或合光，而不能同時(shí)針對兩個(gè)偏振態(tài)的光(K.Saitoh，et al.，Opt.Express，v.11，20033188)。因此，為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的復(fù)用或解復(fù)用，采用這種光纖時(shí)，一般需要用偏振分束器先將入射光分為兩束線偏振光，然后分別對它們進(jìn)行分光，最后將相同波長的光分別合到一起。這樣，就使得實(shí)現(xiàn)過程相當(dāng)復(fù)雜，同時(shí)還增加了額外的損耗和噪聲。
也有人曾經(jīng)提出過偏振不敏感的雙芯光子晶體光纖，如采用橢圓空氣孔光子晶體光纖(N.Florous，Opt.Express，v.13，20057365)。其主要思想是利用這種光子晶體光纖可以獲得高雙折射的特點(diǎn)，使不同波長、不同偏振態(tài)的光在耦合長度方面相差較大。在這種光纖中，具有不同偏振態(tài)的某一波長的光可從某一端口輸出，而具有不同偏振態(tài)的另一波長的光從另一端端口輸出。這樣，就實(shí)現(xiàn)了將兩種光波長的光完全分離這樣一個(gè)目的。但是橢圓孔光子晶體光纖不易制作，而精確控制橢圓孔的尺寸和大小就更為困難；同時(shí)由于要分別使得不同偏振、不同波長的四束光的耦合都符合要求，就要求每束光都要經(jīng)過較多的耦合周期才能從輸出端輸出。其結(jié)果是光纖所獲得的帶寬只有幾個(gè)納米。如此窄的帶寬，難以符合實(shí)際使用的要求，同時(shí)較小的參數(shù)誤差就可能導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)的工作波長偏離所設(shè)計(jì)的工作波長。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是提出一種新型的雙芯光子晶體光纖。該光纖的組成材料為全固態(tài)材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)，并可具有低插入損耗、高帶寬和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理為在光子晶體光纖的空氣孔中填充具有低折射率的介質(zhì)棒，從而有效減小光纖中不同偏振態(tài)的耦合特性差異。這種設(shè)計(jì)既保留了雙芯光子晶體光纖結(jié)構(gòu)靈活多樣、緊湊的優(yōu)點(diǎn)，又解決了普通光子晶體光纖只能實(shí)現(xiàn)對單一偏振光進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用的缺點(diǎn)。
采用具有低折射率差的全固態(tài)雙芯光子晶體光纖，可以使雙芯光纖中不同偏振光的傳輸特性上相差很小。例如，定義耦合長度百分比α＝(Ly-Lx)/Ly×100％，其中Lx、Ly分別為x和y方向偏振光的耦合長度。則合理設(shè)計(jì)的全固態(tài)雙芯光子晶體光纖的耦合長度百分比可小于1％。而一般的空氣孔/石英組成的雙芯光子晶體光纖，其典型的耦合長度百分比為百分之幾到百分之十幾。由于兩偏振光耦合長度的差異小，使得兩偏振方向的光都能夠被有效地分開或合并。
偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，其特征在于光子晶體光纖的空氣孔中填充有具有低折射率的介質(zhì)棒，該光子晶體光纖由基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒、排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒所組成，也即是一種全固態(tài)的雙芯光子晶體光纖。光子晶體光纖的纖芯區(qū)均為基質(zhì)材料，位于所述光子晶體光纖幾何中心介質(zhì)棒的兩側(cè)，由位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒圍繞而成。
本發(fā)明提出的雙芯光子晶體光纖，其基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的典型材料為純石英或摻雜的石英。具體的可以為基質(zhì)材料為純石英，排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒和位于光纖中心的介質(zhì)棒為摻雜的石英；或者所述基質(zhì)材料為摻雜的石英，而位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒為純石英；或者基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒均為摻雜的石英，其中關(guān)鍵在于基質(zhì)材料的折射率要高于位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的折射率。
規(guī)則網(wǎng)格可以是三角形、正方形、矩形中的任意一種結(jié)構(gòu)；中心棒的半徑可以大于、小于或等于其它介質(zhì)棒的半徑；介質(zhì)棒的橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、正方形或六角形形狀；在同一根所述光子晶體光纖中所采用的排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的橫截面形狀可以相同，也可以不相同，但介質(zhì)棒應(yīng)該對稱地分布在兩個(gè)纖芯區(qū)周圍。
本發(fā)明提出的新型雙芯光子晶體光纖，雖然材料間的折射率差異小，但同樣可以獲得很好的束縛光的能力。由于材料間折射率差小，使得光纖具有較大的模場，還能保持單模傳輸，并且耦合長度也較小，從而使得器件的尺寸也較小。與空氣/石英組成的光子晶體光纖的現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用固態(tài)材料，不會(huì)產(chǎn)生空氣孔的變形和塌陷等情形，因而制作容易控制、工藝簡化，成本降低，同時(shí)還可保證光纖結(jié)構(gòu)的理想性和一致性，有效降低光纖的雙折射現(xiàn)象。另外，對本發(fā)明光纖的端面進(jìn)行切割和連接也比由空氣/石英組成的光子晶體光纖來得容易。


圖1為本發(fā)明提出的光子晶體光纖的一種實(shí)施例的橫截面示意圖。
圖2為本發(fā)明提出的光子晶體光纖的耦合長度百分比示意圖。
圖3為本發(fā)明提出的光子晶體光纖中纖芯中光功率隨傳輸距離的變化示意圖。
1、基質(zhì)材料2、排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒3、光纖中心的介質(zhì)棒4、纖芯區(qū)5、纖芯區(qū)具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖描述本發(fā)明雙芯光子晶體光纖的優(yōu)選實(shí)施例。
本實(shí)施例光子晶體光纖的基質(zhì)材料1選純石英。介質(zhì)棒2和介質(zhì)棒3由摻入氟的石英組成，其中心位于正三角形網(wǎng)格的結(jié)點(diǎn)上(參見圖1)。介質(zhì)棒2和介質(zhì)棒3的直徑均為2.32μm，相鄰兩個(gè)介質(zhì)棒2中心之間的間距為6.25μm。介質(zhì)棒2和介質(zhì)棒3的折射率值均為基質(zhì)材料1的99％。本實(shí)施例針對的是1.31和1.55μm波長光的波分復(fù)用，其它波長光的復(fù)用也有相類似情況。
從圖2可知，對于所感興趣的波長范圍，耦合長度百分比均小于1％，從而使兩偏振光在分光性能上差別較小。圖3為當(dāng)光從光纖的纖芯4入射后，纖芯中的光功率隨傳輸距離的變化情況。從圖中可以看出，兩偏振光的耦合長度差是很小的，同時(shí)，經(jīng)過較少周期的光耦合，在10.7mm處即可實(shí)現(xiàn)兩波長光的有效分離。經(jīng)計(jì)算，該光子晶體光纖傳輸1.55μm波長光時(shí)，模場有效面積為58μm2，光纖各偏振模的泄露損耗均小于1dB/m。由于模場面積大，場分布對稱性好，因此與常規(guī)單模光纖的連接損耗也較小。該光纖對應(yīng)于1.31和1.55μm處的帶寬分別達(dá)25和42nm，對應(yīng)的隔離度小于20dB。如要求隔離度小于25dB，則對應(yīng)于1.31和1.55μm處的帶寬分別為9和21nm。
權(quán)利要求
1.偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，其特征在于光子晶體光纖的空氣孔中填充有具有低折射率的介質(zhì)棒，該光子晶體光纖由基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒、排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒所組成，光子晶體光纖的纖芯區(qū)均為基質(zhì)材料，位于所述光子晶體光纖幾何中心介質(zhì)棒的兩側(cè)，由位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒圍繞而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，其特征在于基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的典型材料為純石英或摻雜的石英，基質(zhì)材料的折射率要高于位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，其特征在于規(guī)則網(wǎng)格為三角形、正方形、矩形中的任意一種結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，其特征在于介質(zhì)棒橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、正方形或六角形形狀；在同一根所述光子晶體光纖中所采用的排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒的橫截面形狀可以相同，也可以不相同，但介質(zhì)棒應(yīng)該對稱地分布在兩個(gè)纖芯區(qū)周圍。
全文摘要
偏振不敏感型雙芯光子晶體光纖，涉及光纖通信領(lǐng)域，光子晶體光纖的空氣孔中填充有具有低折射率的介質(zhì)棒，該光子晶體光纖由基質(zhì)材料、位于光纖中心的介質(zhì)棒、排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒所組成，光子晶體光纖的纖芯區(qū)均為基質(zhì)材料，位于所述光子晶體光纖幾何中心介質(zhì)棒的兩側(cè)，由位于光纖中心的介質(zhì)棒和排布在規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的介質(zhì)棒圍繞而成。本發(fā)明制作容易控制、工藝簡化，成本降低，同時(shí)還可保證光纖結(jié)構(gòu)的理想性和一致性，能夠有效降低光纖的雙折射現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G02B6/02GK1945362SQ20061008836
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者陳明陽 申請人:江蘇大學(xué)