[發明專利]一種低損耗抗輻照的雙折射光子晶體光纖

有效

• 申請號: 201610014925.0
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105403952B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 羅文勇;劉志堅;李偉;柯一禮;趙磊;杜城;胡福明;雷瓊;杜琨;康志文;但融
• 申請（專利權）人: 烽火通信科技股份有限公司;武漢烽火銳光科技有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/036
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙)42225
• 代理人: 沈林華

技術領域

本發明涉及光子晶體光纖領域，具體來講是一種低損耗抗輻照的雙折射光子晶體光纖。

背景技術

在通信、傳感等領域高雙折射光纖有著廣泛的應用。以保偏光纖為核心元件的光纖傳感技術，特別是光纖陀螺技術和光纖水聽技術受到更多的重視。保偏光纖具有優良的雙折射效應，使在其內部傳輸的基模的兩個正交組成模式HEx11與HEy11的傳播常數差別增大，減小了這兩個正交模式的耦合幾率，從而在傳輸線偏振光時能良好地保持其偏振態。隨著光通信系統和光纖傳感等領域從幅度調制向相位或偏振態調制的深入發展，光纖技術取得了長足的進展。保偏光纖所具有的線偏振保持能力，使得保偏光纖在許多與偏振相關的應用領域具有使用價值。

但是，由于常規保偏光纖需要采用芯層摻鍺，應力區摻硼的結構設計，因此其對外界的環境干擾比較敏感。當前以常規保偏光纖為核心元件的光纖陀螺器件最關心的問題之一就包括其溫度特性。因為當保偏光纖的溫度由高到低或由低到高發生變化時，由于其內部的各個區域的材料的應力特性不一樣，因此在溫度變化時，各個區域間將因此產生應力起伏，造成不同區域的光信號傳輸的特性不同。雖然人們相繼發明四極、八極等對稱繞法，但仍無法完全避免該問題。另外，由于常規保偏光纖為了保證在芯層形成全反射，需要在芯層摻入一定量的鍺，這也導致其在輻照環境下會發生衰減劣化，給光信號的傳輸帶來影響。

為了解決上述問題，目前新興的技術是光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers，PCF)。光子晶體光纖具備許多獨特而新穎的物理特性，這些特性是常規石英單模光纖(保偏光纖)很難或無法實現的。利用光子晶體光纖的靈活特性，可以通過在包層排布空氣孔，實現芯層單模傳輸，同時利用特殊的空氣孔排布結構，可以實現光信號在芯層傳輸時因排布結構的幾何雙折射從而帶來良好的雙折射效應。相比常規保偏光纖采用應力區或非圓纖芯的方法，光子晶體光纖由于結構的靈活性，可以采用多種不同的方法獲得具有不同模場面積、雙折射大小和色散等特性的光纖。這些潛在的優勢，從傳輸特性、結構、性能價格比、工作波段擴展等諸多方面為保偏光纖產品更新換代奠定了基礎。

但是，現有的光子晶體光纖還局限在對常規保偏光纖性能的簡單代替上，即通過空氣孔的排布實現良好的雙折射效應以替代常規保偏光纖的雙折射效應。而對于光纖損耗的降低，抗輻照性能的提升都還存在一定的限制，使現有的光子晶體光纖無法滿足例如航天航空等特殊環境應用場合下的使用需求，因此，也遲遲未能有適合于更高精度光纖陀螺研制的雙折射光子晶體光纖的實用化研究成果。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種低損耗抗輻照的雙折射光子晶體光纖，在實現雙折射的同時，具備良好的低損耗和抗輻照性能，能夠滿足例如航天航空等特殊環境應用場合下的使用需求。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：一種低損耗抗輻照的雙折射光子晶體光纖，包括中心纖芯，中心纖芯的外部由內到外依次包覆有空氣孔層和石英包層，石英包層的外部涂覆有涂覆層，其中，所述中心纖芯包括純硅纖芯和包覆于純硅纖芯外部的深摻氟下凹內包層；所述空氣孔層由內至外包括由空氣孔組成的四層環圈：第1層環圈、第2層環圈、第3層環圈和第4層環圈，所述空氣孔分為大空氣孔和小空氣孔，第1層環圈由2個大空氣孔和多個小空氣孔組成，第2層環圈、第3層環圈和第4層環圈均由多個小空氣孔組成，四層環圈的空氣孔均呈正六邊形排列，所有空氣孔之間通過石英連接壁連接；所述雙折射光子晶體光纖的工作波長為1550nm時，其衰減達到1dB/km以下，串音達到-25dB/km；在100krad總輻照劑量下，1550nm感生損耗增加值小于2dB/km。

在上述技術方案的基礎上，所述第1層環圈包括2個大空氣孔和4個小空氣孔，2個大空氣孔以中心纖芯為中心對稱分布；第2層環圈由12個小空氣孔組成；第3層環圈、第4層環圈均由18個小空氣孔組成，且第4層環圈所排列成的正六邊形的六角處留有空隙。

在上述技術方案的基礎上，所述小空氣孔的半徑為1.2um～3.0um；所述大空氣孔的半徑為2.4um～4.8um。

在上述技術方案的基礎上，所述純硅纖芯與深摻氟下凹內包層之間的相對折射率差為-0.50％～-0.05％；所述石英連接壁的折射率與純硅纖芯的折射率相等。

在上述技術方案的基礎上，所述純硅纖芯的半徑為2.0um～4.0um；所述深摻氟下凹內包層的半徑為2.5um～5.0um；所述石英連接壁的半徑為2.5um～5.0um。