4ym，d4 = 0? 85ym，d5= 0? 66ym，A= 1. 5ym)在波长A= 1. 55ym处的基模模场分布见图2-3。 光在传输中主要以基模形式传播，从图2-3中可以明显看出基模能量几乎完全被限制在纤 芯中，且EjPEy两个不同偏正方向的模场分布差异较大。因芯层光纤空气孔破坏了其结构 对称性，X轴和Y轴方向上正交偏振态的简并被打破，呈现出各向异性特点，获得两个不同 偏振模艮和Ey。因四个大圆距离纤芯较近，Y轴方向对场的挤压程度较大，导致X与Y轴方 向有效折射率不同且模场呈沿X轴延伸的椭圆形。与传统熊猫型保偏光纤及高双折射光子 晶体光纤相比，其模场能量分布更加集中且更近似于圆形。
[0039] 光纤基模有效折射率特性：
[0040] 当山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d3= 1. 4ym，d4= 0? 85ym，d5= 0? 66ym，A= 1. 5ym时，两个正交偏振模之间的有效折射率，见图4。可以看出乃：和与波长近似呈 线性减小关系。波长较小时，波长与纤芯尺寸相差较大，故能量几乎完全被限制在芯层中， 随着波长的增加，能量逐渐向包层扩散，芯层对模式能量限制减弱从而使有效折射率降低。 从光纤结构图可知，Y轴方向占空比大于X轴，且芯层能量分布的不对称性随波长增加而增 强，故有效折射率在X轴方向大于Y轴方向且两方向上的差值随波长增加而增大。
[0041] (1)芯层空气孔大小对光纤的影响
[0042] 当d2= 1. 6ym，d3= 1. 4ym，d4= 0? 85ym，d5= 0? 66ym，A= 1. 5ym时，改变 四个大圆直径山，其双折射和拍长的变化见图5-6。由图5-6可知，二者都与波长近似呈线 性关系。当波长增加时，基模模场能量向包层空气孔渗透，因芯层排布结构的二重性使X轴 与Y轴方向占空比相差较大故引起渗透速度不同，有效折射率减小速度也不同。芯层空气 孔直径增大时，模场所受挤压程度增强且X轴与Y轴方向占空比之差增大，从而双折射与拍 长也越来越大。
[0043] (2)外包层空气孔大小对光纤的影响
[0044] 当山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d4= 0? 85ym，d5= 0? 66ym，A= 1. 5ym时，改 变(13大小，外包层圆形空气孔直径变化对双折射和拍长的影响见图7-8。由图7-8可知，尽 管d/变化较大，但其双折射变化却极小，几乎可以忽略不计。这是因为模场能量主要集中在 芯层且外包层空气孔为规则十重结构，其对称性没有遭到破坏，对双折射与拍长影响不大。
[0045] (3)晶格常数大小对光纤的影响
[0046] 当山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d3= 1. 4ym，d4= 0? 85ym，d5= 0? 66ym时，改 变晶格常数A的值，其双折射和拍长的变化，见图9-10。由图9-10可知，当A= 1.5ym时，双折射率最大，当A增大时，双折射逐渐减小且减小的幅度也越来越小。随着A增加， 芯层的面积随之增加，从而基模模场与芯层空气孔的作用减弱，双折射与拍长减小。随着A 增大，模场能量向外包层的扩散率增加，其双折射受芯层与外包层空气孔共同影响，芯层不 对称性影响相对减小，故双折射减小幅度降低。
[0047]由以上算例分析知山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d3= 1. 4ym，d4= 0? 85ym，d5 = 0. 66ym，A= 1. 5ym为最优结构，在通讯传感波长处获得了高双折射。其在A= 1. 55ym 时其双折射值可达1. 4207X10 2,高于普通保偏光纤两个数量级。
【主权项】
1. 一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述光纤的背景材料为SiO 2，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(1 3和d 4,其中：(13取自十重Penrose型光子准晶结构第三至五层的散射子，d 4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Cl 1，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I. 3X A处引入两个直径为d5的圆形 空气孔。2. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述d 1 = 1. 55 u m〇3. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述d2 = I. 6 u m〇4. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述d3 = I. 4 u m〇5. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述d4= 0. 85 u m〇6. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述d5 = 0. 66 u m〇7. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述A = 1. 5 u m〇8. 根据权利要求1所述的一种新型高双折射光子准晶光纤，其特征在于所述光纤半径 为 6. 5 u m〇
【专利摘要】本发明公开了一种新型高双折射光子准晶光纤，其背景材料为SiO2，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Λ，包层圆形空气孔直径分别为d3和d4，其中：d3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d1，取自十重Penrose型光子准晶结构第二层靠近±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±Y轴上1.3×Λ处引入两个直径为d5的圆形空气孔。本发明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。
【IPC分类】G02B6/02
【公开号】CN105022113
【申请号】CN201510407666
【发明人】刘建军, 刘鸿飞, 蔡伟成, 肖威, 冯波, 王梓名, 王烁, 梁泰源
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月13日