光子晶体光纤.pdf

本发明涉及一种光子晶体光纤。它包含有纤芯和包层，其特征在于纤芯为光纤背景材料的中心实心区域；包层为包围纤芯的外围均布空气孔的区域，空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，即每相邻的三个空气孔构成一个正三角形；包层中靠近纤芯的若干圈空气孔在光纤背景材料中的正六边形排列围成的带状区域构成内包层，其余距纤芯较远的空气孔在光纤背景材料中的周期性排列围成的环形区域构成外包层；内包层中的空气孔小于外包层的空气孔。本发明提供的光纤可以在很宽波长范围内实现比较平坦的色散特性。本光纤适用于制作各种光器件和作为传输光纤使用。

1.  一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，其特征在于纤芯为光纤背景材料的中心实心区域；包层为包围纤芯的外围均布空气孔(1、2)的区域，空气孔(1、2)在光纤背景材料(3)中呈周期性排列，即每相邻的三个空气孔(1、2)构成一个正三角形；包层中靠近纤芯的若干圈空气孔(1)在光纤背景材料(3)中的正六边形排列围成的带状区域构成内包层，其余距纤芯较远的空气孔(2)在光纤背景材料(3)中的周期性排列围成的环形区域构成外包层；内包层中的空气孔(1)小于外包层的空气孔(2)。

2.  根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于内包层的空气孔(1)排列的圈数为1-4圈。

3.  根据权利要求1或2所述的光子晶体光纤，其特征在于内包层空气孔(1)直径(d₁)与外包层空气孔(2)直径(d₂)之比(d₁/d₂)为0.1-0.9。

4.  根据权利要求3所述的光子晶体光纤，其特征在于内包层空气孔(1)直径(d₁)与外包层空气孔(2)直径(d₂)之比(d₁/d₂)为0.2-0.5。

5.  根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于光纤背景材料(3)为硅玻璃材料或聚合物材料。

光子晶体光纤
技术领域：
本发明涉及一种光子晶体光纤，特别是一种在很宽波长范围内色散平坦的光子晶体光纤。
技术背景：
近十年来，光子晶体光纤因其具有许多优良的特性而受到全世界科学家们的热切关注。光子晶体光纤又称为多孔光纤或微结构光纤，其特点是包层的折射率受到波长量级周期性的调制，这种调制一般通过在硅玻璃中引入沿轴向伸长的空气孔实现，光纤芯由一个破坏了折射率调制周期性的缺陷构成。相对于包层地有效折射率，如果纤芯由低折射率材料(如空气)构成，这种光纤是通过带隙原理导光的，它要求包层中的空气孔严格排列。另一类光子晶体光纤的纤芯折射率较高，因此通过全内反射就可实现光的传导，这类光纤对包层中空气孔的周期性排列要求不是很精确，因此制作起来比较容易。
光子晶体光纤具有许多不同于传统光纤的优良特性，如：可在任意波长实现单模传输(无休止单模)，通过改变空气孔和孔间距大小可灵活控制光纤的色散和模场面积，可以实现很弱或很强的非线性效应。此外，通过空气孔排布的非对称性可实现很高的双折射特性。但是改变空气孔和孔间距大小，只能在较狭小波长范围内使色散—波长曲线较平坦。
光子晶体光纤的这些优良特性使其在光通信领域发挥发了极大作用，利用高色散光子晶体光纤可以进行色散补偿，利用强非线性或强双折射光子晶体光纤可制作各种光器件，尤其是制作技术的提高已经逐渐减小了光纤损耗，使其有可能作为传输光纤使用，因此为适应WDM系统中的要求非常有必要研制宽波长范围色散平坦的光子晶体光纤。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能够在很宽波长范围内实现色散平坦的光子晶体光纤。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，其特征在于纤芯为光纤背景材料的中心实心区域；包层为包围纤芯的外围均布空气孔的区域，空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，即每相邻的三个空气孔构成一个正三角形；包层中靠近纤芯的若干圈空气孔在光纤背景材料中的正六边形排列围成的带状区域构成内包层，其余距纤芯较远的空气孔在光纤背景材料中的周期性排列围成的环形区域构成外包层；内包层中的空气孔小于外包层的空气孔。
上述的内包层的空气孔排列的圈数为1-4圈。
上述的内包层空气孔直径(d₁)与外包层空气孔直径(d₂)之比(d₁/d₂)为0.1-0.9。
上述的内包层空气孔直径(d₁)与外包层空气孔直径(d₂)之比(d₁/d₂)为0.2-0.5。
上述的光纤背景材料为硅玻璃材料或聚合物材料。
本发明与现在技术相比具有显而易见的实质性特点和优点：本发明中的内包层空气孔比外包层空气孔小，能实现很宽波长范围内的平坦色散。本发明提供的光纤适用于制作各种光器件和作为传输光纤使用。
附图说明：
图1是本发明的一个实施例的横截面图中心部分即计算窗口区的结构示意图。
图2是图1示例的模场分布图。
图3是图1示例的色散曲线图。
具体实施方式：
本发明的一个优选实施例子是：参见图1、图2和图3，光纤纤芯有一个空气孔缺失(二氧化硅实心)形成导光区域，其外围由六个较小的空气孔1在背景硅玻璃3中围成内包层，其它较大的空气孔2在背景硅玻璃3中的周期性排列形成外包层。采用本技术领域公认的一种周期性排列，即如图1所示，每相邻的三个空气孔1或2构成一个正三角形，模场的分布如图2所示。外包层中空气孔直径d₂为1.035微米，空气孔间距Λ为2.3微米，当内包层空气孔直径d₁与外包层相同即1.035微米时，在1.0微米～2.0微米的波长范围内，光纤的色散在40～-30约70皮秒/纳米/公里的范围里变化，内包层空气孔直径d₁逐渐减小时，会引起色散曲线的高端下降，低端上升，当内包层空气孔直径d₁缩小到0.3微米时，在1000纳米的带宽内，色散曲线是几乎维持在10皮秒/纳米/公里的一条水平线，真正实现了宽波长范围内的色散平坦。但d₁继续缩小到0.2微米时，色散曲线在1.0-2.0微米的波长范围内反而呈上升变化趋势。可见，减小内包层空气孔大小至一最佳值时(此例中最佳d₁为0.3微米)可实现宽波段色散平坦。