[發明專利]一種高雙折射大非線性光子晶體光纖

有效

• 申請號: 201710620965.4
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107843953B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 惠戰強;張友坤
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 王新生

本發明提供了一種高雙折射大非線性光子晶體光纖，該光纖由第一橢圓空氣孔和第二橢圓空氣孔組成的六角晶格橢圓空氣孔陣列結構的工作于3μm～5μm中紅外范圍的高雙折射大非線性光子晶體光纖，包括位于光纖背景材料上的纖芯和包層，所述包層由兩種具有相同長軸和不同短軸的第一橢圓空氣孔和第二橢圓空氣孔組成的六層六角晶格橢圓空氣孔陣列，沿y軸方向上排列的均為第二橢圓空氣孔陣列，沿x軸方向上排列的均為第一橢圓空氣孔陣列，所述光纖背景材料中心位置的實心區域為纖芯，所述光纖在3μm～5μm波長范圍獲的最大為0.1177的高雙折射，對應拍長為42.4μm，該光纖在x和y偏振方向的非線性系數為38390w^?1km^?1和49760w^?1km^?1。

技術領域

本發明涉及中紅外光纖通信與光纖傳感技術領域，尤其涉及的是一種工作于3μm～5μm中紅外范圍的高雙折射大非線性光子晶體光纖。

背景技術

單模光纖中傳輸的基模是由兩個簡并的正交偏振模組成的，在理想的條件下(光纖表現為圓柱對稱且不受應力)，這兩個正交偏振模是完全耦合的。而對于實際的光纖而言，由于拉制過程中重力影響、內部殘余應力的存在，纖芯形狀沿光纖長度方向隨機變化，光纖不再表現出理想的圓柱對稱性，結果簡并模式被破壞，導致兩個正交的偏振態具有不同的傳播常數，進而引起有效折射率差，這就是雙折射。將光子晶體引入到光纖中而形成的光子晶體光纖近年來一直是國際研究的熱點。由于光子晶體光纖具有設計自由度大、大模場面積、可控性強、高雙折射等眾多優點，在研制保偏光纖、光纖陀螺、相位敏感光纖放大器等眾多科學領域具有廣泛而重要的應用。

最早的光子晶體光纖是由Knight等人成功制備并首次報道的，導光原理是全內反射。此后，人們發現光子晶體光纖可以展現出傳統光纖無法比擬的優良特性和巨大的發展潛力，迅速成為了光纖通訊領域的研究熱點。當前，獲得具有較高雙折射、零色散平坦、高非線性和低限制損耗的光子晶體光纖已成為重要的研究方向。根據產生高雙折射的方法不同，目前報道的大致可以分為以下四類：1采用在傳統保偏光纖中引入應力獲得高雙折射的方法。這種光纖的缺點是雙折射一般在10^-4或者更小。2采用微結構芯作為光子晶體光纖的纖芯。這類光纖的優點是模場面積可以做的很大，結構的制作難點在于由于纖芯由很多介質棒或者是毛細管組成，容易導致光的泄漏，增加光纖的傳輸損耗。3在纖芯附近引入局部非對稱性。這種光纖的生產技術已經非常成熟了，而且在獲得較高雙折射的同時，其傳輸損耗也相對較低。4光子晶體光纖的包層具有各向異性的特點。以此為基礎制作的光子晶體光纖具有極高的雙折射(可達10^-2以上)，并具有可調的色散特性，其傳輸損耗也相對較低。

綜合分析上述情況，前三種均不能獲得極高的雙折射，而設計包層具有各向異性的光纖結構可以獲得高的雙折射，同時具有其它優越性能。但傳統的以石英材料為基底制成的光子晶體光纖的工作波長(小于3μm)，限制了其在中紅外以及遠紅外的應用，而且石英材料的非線性系數小，難以實現高非線性器件的小型化與集成。隨著光學器件制備工藝的不斷進步，3-5μm的大氣第二窗口和8-12μm的大氣第三窗口越來越越廣泛的關注，而硫系玻璃具有良好的紅外透過性能(可達25μm)，較高的折射率(2.0-3.4)，較大的非線性系數，非常適宜制作中紅外器件。新出現的硫系光子晶體光纖不僅可以獲得較高的雙折射，而且具有較大的非線性系數，同時，具有從中紅外到遠紅外的寬波長范圍透明窗口，且其內部的雙光子吸收與自由載流子吸收效應可忽略，并與現有的CMOS工藝兼容，因此，硫系高雙折射光子晶體光纖非常具有發展前途。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種高雙折射大非線性光子晶體光纖。

本發明采用的技術方案是：