[發明專利]一種新型超寬帶雙芯光子晶體光纖

在審

• 申請號: 202011601900.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112596150A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 鄒輝;鄧潔松;林能忘
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/024;G02B6/032
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明公開了一種新型超寬帶雙芯光子晶體光纖，可用于制作偏振分束器。所述超寬帶雙芯光子晶體光纖包層由基底材料和介質孔組成，介質孔包括非中心介質孔、中心內介質孔、中心外介質孔，基底材料包括雙芯區域，中心內介質孔及中心外介質孔之間的環狀空隙為中心介質環，中心介質環中填充石墨烯。本發明的雙芯光子晶體光纖偏振分束器結構簡單，尺寸小，具有高分光比、工作帶寬大的優點，且經過容差分析，在實際制作過程中，由外界因素改變的光纖結構參數對偏振分束器的性能影響較小。

技術領域

本發明涉及光學系統技術領域，具體為一種新型超寬帶雙芯光子晶體光纖。

背景技術

偏振分束器作為光學系統中的重要器件在光纖通信及光纖傳感方面具有重要應用，其主要功能是將一束光分解成兩束相互正交的偏振光。基于傳統雙芯光纖的偏振分束器，由于傳統光纖的雙折射小，導致偏振分束器的長度過長，不利于器件的集成。另外，基于傳統雙芯光纖的偏振分束器的波長依賴性強和工作波段窄，限制了其應用范圍。光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)自1996年問世以來，因其具有無盡單模、高雙折射、靈活非線性及可調色散等獨特特性，受到研究者的廣泛關注。在光子晶體光纖中，通過靈活調整基底材料，摻雜材料或空氣孔的大小、位置等，可獲得適用于不同光學器件的光纖。因此，近年來對光子晶體光纖的大力研究和實驗，也為新型偏振分束器的設計提供了新的方向。

2003年，Zhang和Yang提出了基于雙芯PCF的偏振分束器，該分束器能夠保證分光比在10dB以上的前提下，在1550nm波段實現40nm的工作帶寬，獲得了比傳統偏振分束器更優異的性能，也突顯出光子晶體光纖在設計偏振分束器時的優勢。2006年，Rosa等設計出了正方形晶格排列的光子晶體光纖偏振分束器，長度為20mm，帶寬達到90nm。2012年，Lu等設計的偏振分束器長度為72.5mm，分光比低于-20dB的帶寬已經高達400nm。2013年，Cao和Cui等人設計基于碲酸鹽玻璃的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，長度僅為0.441mm。同年，Han等設計了纖芯摻氟的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，其分束器長度為7.362mm，分光比低于-20dB的帶寬為600nm。2017年，Bai和Wang提出的基于金線填充的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，長度為0.263mm，在波長1550nm處的分光比為-70dB，帶寬為124nm。從上述研究工作可以看出，相比于改變光纖結構或空氣孔結構的設計理念，纖芯區域引入金屬絲或其他材料，能使偏振分束器具有更小的器件尺寸和更大的工作帶寬。

發明內容

技術問題：針對現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種基于石墨烯填充的一種新型超寬帶雙芯光子晶體光纖，采用所述新型超寬帶雙芯光子晶體光纖制成的偏振分束器，具有體積小，分光比高，且容差性能好的優點。

技術方案：本發明提供一種新型超寬帶雙芯光子晶體光纖，所述雙芯光子晶體光纖包括：基底材料和介質孔；所述介質孔包括非中心介質孔、中心內介質孔、中心外介質孔；所述基底材料包括雙芯區域；

所述非中心介質孔在基底材料上沿X軸方向分七層進行排列，且按正六邊形結構周期性排列；所述雙芯區域由所述基體材料中心位置沿X軸方向上缺失第4、第6個介質孔形成；所述中心內介質孔、中心外介質孔為基底材料正中心處設置的兩個大小不一的介質孔，內部為中心內介質孔，外部為中心外介質孔，中心內介質孔與中心外介質孔的圓心重合；除緊鄰雙芯區域的非中心介質孔，其余非中心介質孔之間水平間距相等，垂直方向相鄰介質孔間距與水平方向相鄰介質孔間距的比值為中心外介質孔直徑與非中心介質孔的直徑相等，中心內介質孔直徑小于等于中心外介質孔，但不為0；所述中心內介質孔及中心外介質孔之間的環狀空隙為中心介質環，中心介質環中填充石墨烯。

進一步改進在于：所述基底材料包括純石英、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、碲化物玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃和聚合物材料中的一種或多種組合。

進一步改進在于：所述介質孔由高折射率材料填充。

進一步改進在于：所述介質孔為空氣孔。