一种新型高双折射光子准晶光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半径小的高双折射光子准晶光纤，具体涉及一种基于Si02的高双 折射光子准晶光纤。
【背景技术】
[0002] 在光纤传感、光通讯、光学精密仪器等应用中，高双折射光纤具有极大的应用需 求，如光纤通信、光子晶体光纤激光器、光子晶体光纤传感器等。高双折射可提高保偏能力， 即可使光在超连续谱范围保持偏振。
[0003] 为了达到高双折射，大多数光子晶体光纤结构基本上都引入了过小直径的圆孔、 椭圆孔、螺旋结构或在空气孔充入其它液体使其制作难度加大。
[0004] 在实际传感应用中，不仅要求光纤具有高双折射率，并且在其他方面也提出了较 高要求，比如：为实现高精度光纤陀螺的微型化，一般要求保偏光纤具有更小的直径；为减 少熔接损耗和传输时的模场失配，光纤场能量分布要尽可能集中。然而，现在提出的大多数 高双折射光子晶体光纤半径一般大于l〇nm且场分布较为分散。
【发明内容】
[0005] 为了保持光纤高双折射的同时模场能量分布集中且半径小、制作难度低，本发明 提供了一种新型高双折射光子准晶光纤，具有模场能量分布集中以及降低现有工艺水平对 光纤制备的限制的优势，在通讯传感等方面具有较高应用前景。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种新型高双折射光子准晶光纤，其背景材料为Si02，整个结构的散射子以十重 Penrose型光子准晶结构排布，晶格常数为A，包层圆形空气孔直径分别为(13和d4，其中： 4取自十重Penrose型光子准晶结构第三至五层的散射子，d4取自十重Penrose型光子准 晶结构第六至九层的散射子；在芯区引入六个圆形空气孔，其中：上下四个圆形空气孔直 径为山，取自十重Penrose型光子准晶结构第二层靠近土Y轴四个散射子；左右两个圆形空 气孔直径为d2，取自十重Penrose型光子准晶结构第三层±X轴上两个散射子；为增强不对 称性以提高双折射率，在土Y轴上1. 3XA处引入两个直径为(15的圆形空气孔。
[0008] 本发明提出光纤具有以下优点：
[0009] (1)双折射率高，与采用椭圆空气孔或小孔径空气孔的光纤具有相同数量级； [0010] (2)全部采用圆形空气孔，制造工艺简单；
[0011] (3)模场能量分布集中，熔接损耗小；
[0012] (4)光纤半径小（6. 5ym)，更加适合微型传感通讯设备。
【附图说明】
[0013] 图1为高双折射光子准晶光纤横截面结构图；
[0014] 图2为波长A= 1. 55ym时的Ex偏振模基模模场分布；
[0015] 图3为波长A= 1. 55ym时的Ey偏振模基模模场分布；
[0016] 图4为有效折射率随波长的变化关系；
[0017]图5为芯层空气孔大小对光纤的影响（双折射）；
[0018]图6为芯层空气孔大小对光纤的影响（拍长）；
[0019] 图7为外包层圆形空气孔大小对光纤的影响（双折射）；
[0020] 图8为外包层圆形空气孔大小对光纤的影响（拍长）；
[0021]图9为晶格常数大小对光纤的影响（双折射）；
[0022] 图10为晶格常数大小对光纤的影响（拍长）。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0024] 经典Penrose型光子准晶，即二维八重、十重、十二重Penrose型。本发明高双折 射光子准晶横截面如图1所示，其背景材料为Si02，整个结构的散射子（即图中以不同灰 度标注的空气孔）以十重Penrose型光子准晶结构排布，晶格常数为A，包层圆形空气孔 (取十重Penrose型光子准晶结构第三至九层的散射子）直径分别为d#Pd4,其中：d3取自 十重Penrose型光子准晶结构第三至五层的散射子，（14取自十重Penrose型光子准晶结构 第六至九层的散射子；在芯区引入六个圆形空气孔，上下四个圆形空气孔（取十重Penrose 型光子准晶结构第二层靠近土Y轴四个散射子）直径为山，左右两个圆形空气孔（取十重 Penrose型光子准晶结构第三层±X轴上两个散射子）直径为d2;为增强不对称性以提高 双折射率，在土Y轴上1. 3XA处引入两个直径为(15的圆形空气孔。
[0025] 具体实施算例：
[0026] 束传播法（BPM)是目前模拟集成光波导器件最广泛采用的方法之一。有限差分束 传播法（FD-BPM)利用电磁场理论，在横向采用时域有限差分法（FDTD)代替波动方程，将计 算区域设置为电场和磁场交叉的网格空间，用具有二阶精度的中心差分格式把各场分量满 足的微分方程转化为差分方程从而得到离散场的数值解，在纵向仍逐步计算各个横截面上 的场分布。该方法具有原理简单，精度高及应用广等优点。基于本方法对光纤结构进行理 论计算，得到了各项性能参数与波长、结构的变化关系。
[0027] 模式双折射B:两个正交偏振模之间的有效折射率差。双折射率越高，保偏能力越 强。
[0028]
[0029] 其中：neif表不y偏振方向基t旲的有效折射率，/|eff表不x偏振方向基|旲的有效折 射率。
[0030] 拍长LB:高双折射光纤中两个正交偏振模之间的相位差达到2JI时所传输的长 度，定义为波长A与双折射B的比值，量纲为mm。一般来说，拍长越短，保偏能力越强。
[0031]
(2)
[0032] 二氧化娃的材料折射率n随波长的变化可由Sellmeier方程计算得到：
[0033]
(3)
[0034] 其中：
[0035] Bi= 0. 696166300B2= 0. 4079422600B3= 0. 897479400
[0036] (^= 0.004679148C2= 0. 013512060 C3= 97. 933980000
[0037] 光纤基模模场分布：
[0038] 经模拟和计算所得的最优结构（山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d3= 1.