[發明專利]帶隙微結構光纖中的橫模抑制

有效

• 申請號: 200710086344.9
• 申請日: 2007-03-13
• 公開（公告）號: CN101063728A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: 約翰·M·芬尼
• 申請（專利權）人: 古河電子北美公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/032;H04B10/12;G02F1/39
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李德山

技術領域

本發明涉及微結構光纖，特別涉及在這種光纖中對預先選擇的橫模的抑制。

背景技術

微結構光纖(MOF)在被周期性折射率包層區域包圍的芯區域(例如，空氣芯)內導引光。說明性地，包層區域包括限定了空氣孔周期陣列的基質(matrix)(或點陣)。當進行適當設計時，可以使MOF顯示出帶隙禁閉；也就是說，支持和導引光模式傳播的波長范圍受到不支持該傳播的波長范圍的約束。這種光纖通常稱作帶隙光纖，其典型地具有折射率比包層區域的折射率更低的芯區域。相反，也可以將MOF設計為表現出更傳統的折射率導引，在這種情況下芯區域具有比包層區域更高的折射率。

在空氣芯和其它帶隙光纖中的改進已經證明了它們能夠將標準光纖拉伸加工的許多材料及制造優點與標準光纖中不可能的獨特性能結合在一起。由于空氣芯光纖的非線性性比標準光纖小得多，引人注目地改變了傳輸鏈路的成本和性能，因此在數據傳輸中，空氣芯光纖具有特別引人關注的潛力。然而，任何長距離傳輸光纖都必須與標準光纖的極低損耗相競爭。盡管迅速地改進，但是人們仍然認為空氣芯光纖損耗已經逼近根本極限(fundamental?limit)，并且僅能通過增大芯尺寸或發現改進的材料來進行進一步的改進。[參見P.J.Roberts等人的“Ultimate?low?loss?of?hollow-core?photonic?crystal?fibres”，Opt.Express，V0l.13，p.236(2005)，通過引用將其合并于此。]因此，利用較大的芯尺寸是非常合乎需要的，但是較大的芯尺寸通常支持較高階橫模(HOM)，并因此引起了由這些模式所帶來的眾所周知?的問題。

以下，術語“模式”既表示單個橫模又表示多個橫模。

因此，現有技術中保持了對既具有相對大的芯尺寸又抑制HOM的帶隙MOF的需要。

發明內容

基于本發明的一個實施例，抑制帶隙MOF的HOM的策略是基于芯模式和包層模式之間的折射率匹配耦合(諧振)。芯附近的適當包層特征使HOM中的光在芯和包層之間諧振耦合，而基模的光仍然很大程度上限制在芯內。這些包層特征(在另外的周期性包層中)顯著地增大了HOM損耗，并且對基模禁閉基本上沒有影響，這去除了較大芯、單模帶隙MOF光纖發展中的重要障礙。

在更普遍的意義上，并且基于本發明的一個方面，光纖包含芯和包層區域，其構造為以第一芯模式在芯區域內導引光(或輻射)的傳播。該包層區域包括構造為通過帶隙禁閉導引光的周期結構。為了抑制至少一個第二芯模式，該包層區域包括至少一個擾動區域，該擾動區域構造為將擾動模式諧振耦合到該至少一個第二芯模式。

在優選實施例中，該芯和擾動區域還構造為避免任何實質數量的擾動模式的能量耦合回到該第二芯模式中。

在本發明進一步優選的實施例中，將該芯和擾動區域構造為將該擾動區域的基模諧振耦合到該芯區域的HOM，并在該芯區域內提供基模的傳播。

附圖說明

根據下面結合附圖的更詳細的描述，能夠容易地理解本發明及其各種特征和優點，其中：

圖1是基于本發明一個實施例的帶隙MOF的示意性截面圖。該截面圖是垂直于該芯區域的傳播軸截取的；

圖2A是具有詳細示于圖2B中的芯和擾動區域的圖1所示類型?的帶隙MOF的折射率與徑向距離之間的關系的示意性曲線圖。該芯區域的折射率用n_co標記。該芯和擾動區域由交叉陰影的帶隙區域分離。在帶隙區域中，光的傳播被排除在該包層的周期性區域之外；

圖2B是詳細示出該芯和擾動區域的圖1所描繪類型的帶隙MOF的一部分的截面圖；

圖3示出了基于本發明的可替換實施例的帶隙MOF的示意性截面圖：(3A)基本上六邊形的四個空氣導引擾動區域圍繞基本上圓形的中空芯區域對稱設置(在正方形的四個角)；(3B)基本上六邊形的三個未摻雜擾動區域圍繞ARROW光纖的基本上圓形的摻雜芯區域對稱設置(在三角形的三個角)；(3C)基本上矩形的四個加載了氣體的中空擾動區域圍繞基本上正方形的中空、加載了氣體的芯區域對稱設置(在正方形的四個角)；以及(3D)擾動區域的環同心地圍繞徑向帶隙光纖的基本上圓形的芯區域；

圖4是標準(現有技術)、空氣芯、帶隙MOF的示意性截面圖(盡管內包層的外圓周表現為正方形，但是其典型地為圓形。)；