[發明專利]一種五角芯型高非線性色散平坦光子晶體光纖

在審

• 申請號: 201410486115.6
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104199141A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 李緒友;許振龍;凌衛偉;王歲兒;郭慧;劉攀;張志永;孫波;于瑩瑩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及的是一種光子晶體光纖。

背景技術

光子晶體光纖是一種在光子帶隙理論上發展起來的新型光纖，因其結構設計的靈活性和獨特的光學特性，自20世紀末問世以來就得到了廣泛的關注。典型的光子晶體光纖由石英玻璃材料和分布在其中的一定數量的空氣組孔成，這些空氣孔沿光纖軸向分布并貫穿整根光纖，因此光子晶體光纖又被稱作微結構光纖或多孔光纖。光子晶體光纖結構設計靈活，通過調整包層空氣孔大小及排列方式，孔間隙大小、中心實體大小、中心實體折射率等，可以使光子晶體光纖具有無限單模傳輸，高雙折射、高非線性及可調的色散特性等。

色散特性是光纖的一個重要特性，在數字光纖通訊系統中，色散是必須考慮的因素。按照色散產生的主要原因，光纖的色散可以分為：模式色散、材料色散(material?dispersion，D_m)和波導色散(waveguide?dispersion，D_w)。對于可以輕易做到單模傳輸的光子晶體光纖而言，不存在模式色散；材料色散是由光纖材料的折射率隨光波長變化引起的；波導色散又稱結構色散，是由光纖結構決定的色散，其中光纖橫截面尺寸起主要作用。因此，通過調整光纖結構可以得到需要的色散。

非線性是光纖的另外一種重要特性，包括受激布里淵散射、受激拉曼散射和四波混頻等。目前，提高光子晶體光纖非線性方式主要有通過選用高非線性的基底材料和減小有效模場面積。其中最常用的是通過調整光子晶體光纖截面結構來減小有效模場面積，進而獲得高非線性系數。

具有高非線性色散平坦特性的光子晶體光纖在全光格式轉化、超連續譜產生和四波混頻等方面有重要的應用。但是，目前已有的高非線性光子晶體光纖、色散平坦光子晶體光纖性能并不突出，例如1.55um波長處的非線性系數在20km^-1.W^-1以下，色散斜率在10^-2ps/(nm².km)級別。不能很好地滿足非線性光學、超連續譜等方面應用的要求。因此有必要設計具有更高非線性、色散更平坦光子晶體光纖。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高非線性的近零色散平坦、寬帶色散平坦甚至色散超平坦的五角芯型高非線性色散平坦光子晶體光纖。

本發明的目的是這樣實現的：包括石英玻璃基底，在基底中有按照一定規則排列的微米量級空氣孔，空氣孔沿光纖軸向分布并貫穿整根光纖，空氣孔的排列規則為：空氣孔分為4層，各層空氣孔排列呈正五邊形，按照直徑大小空氣孔分為大空氣孔、中空氣孔、小空氣孔和微空氣孔，第一層即最內的一層包含5個小空氣孔，每個小空氣孔占據五邊形的5個頂點，小空氣孔間添加5個微空氣孔；第二層由10個大空氣孔組成，其中5個大空氣孔各自占據五邊形的5個頂點，在五邊形5條邊中點上各有1個大空氣孔；第三層即次外層包含15個中空氣孔,其中5個中空氣孔各自占據五邊形的5個頂點，在五邊形五條邊各均勻分布有2個中空氣孔；最外層由20個大空氣孔組成，其中5個大空氣孔各自占據五邊形的5個頂點，在五邊形五條邊各均勻分布有3個大空氣孔。

微空氣孔直徑d_r與空氣孔間距Λ比值滿足d_r/Λ≤0.25。

小空氣孔直徑d₁與空氣孔間距Λ比值滿足d₁/Λ≤0.5。

中空氣孔直徑d₂與空氣孔間距Λ比值滿足d₂/Λ≤0.6875。

本發明描述的高非線性色散平坦光子晶體光纖用較為簡單的結構得到了優良的性能，本發明涉及到的高非線性色散平坦光子晶體色散平坦光子晶體光纖在1.55um處的典型色散斜率≤6×10^-3_ps/nm².km，非線性系數≥31W^-1.km^-1。而現有的正四邊形或者正六邊形高非線性色散平坦光子晶體光纖在1.55um處的典型色散斜率在10^-2ps/nm².km以上，非線性系數在20W^-1.km^-1以下，且包層氣孔更多。而常規非線性光纖典型商用產品為11W^-1.km^-1。因此，這是一種良好的高非線性色散平坦光子晶體光纖。