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1、10申请公布号CN104199141A43申请公布日20141210CN104199141A21申请号201410486115622申请日20140922G02B6/0220060171申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室72发明人李绪友许振龙凌卫伟王岁儿郭慧刘攀张志永孙波于莹莹54发明名称一种五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤57摘要本发明提供的是一种五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤。包括石英玻璃基底，在基底中有按照一定规则排列的微米量级空气孔，空气孔沿光纤轴向分布并贯穿整根光纤，空气孔的排列规则为空气孔分为4层，。
2、各层空气孔排列呈正五边形，最内的一层包含5个小空气孔，每个小空气孔占据五边形的5个顶点，小空气孔间添加5个微空气孔；第二层由10个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点；第三层即次外层包含15个中空气孔，其中5个中空气孔各自占据五边形的5个顶点；最外层由20个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点。本发明能很好地满足光纤通讯、非线性光学和光学信号处理等领域的要求。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图5页10申请公布号CN104199141ACN104199141A1/1页21一。
3、种五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤，包括石英玻璃基底，在基底中有按照一定规则排列的微米量级空气孔，空气孔沿光纤轴向分布并贯穿整根光纤，其特征是空气孔的排列规则为空气孔分为4层，各层空气孔排列呈正五边形，按照直径大小空气孔分为大空气孔、中空气孔、小空气孔和微空气孔，第一层即最内的一层包含5个小空气孔，每个小空气孔占据五边形的5个顶点，小空气孔间添加5个微空气孔；第二层由10个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形5条边中点上各有1个大空气孔；第三层即次外层包含15个中空气孔,其中5个中空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分布有2个中空气孔；最外层由2。
4、0个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分布有3个大空气孔。2根据权利要求1所述的五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤，其特征是微空气孔直径DR与空气孔间距比值满足DR/025。3根据权利要求1或2所述的五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤，其特征是小空气孔直径D1与空气孔间距比值满足D1/05。4根据权利要求1或2所述的五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤，其特征是中空气孔直径D2与空气孔间距比值满足D2/06875。5根据权利要求3所述的五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤，其特征是中空气孔直径D2与空气孔间距比值满足D2/06875。权利要求书CN。
5、104199141A1/4页3一种五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤技术领域0001本发明涉及的是一种光子晶体光纤。背景技术0002光子晶体光纤是一种在光子带隙理论上发展起来的新型光纤，因其结构设计的灵活性和独特的光学特性，自20世纪末问世以来就得到了广泛的关注。典型的光子晶体光纤由石英玻璃材料和分布在其中的一定数量的空气组孔成，这些空气孔沿光纤轴向分布并贯穿整根光纤，因此光子晶体光纤又被称作微结构光纤或多孔光纤。光子晶体光纤结构设计灵活，通过调整包层空气孔大小及排列方式，孔间隙大小、中心实体大小、中心实体折射率等，可以使光子晶体光纤具有无限单模传输，高双折射、高非线性及可调的色散特性等。0。
6、003色散特性是光纤的一个重要特性，在数字光纤通讯系统中，色散是必须考虑的因素。按照色散产生的主要原因，光纤的色散可以分为模式色散、材料色散MATERIALDISPERSION，DM和波导色散WAVEGUIDEDISPERSION，DW。对于可以轻易做到单模传输的光子晶体光纤而言，不存在模式色散；材料色散是由光纤材料的折射率随光波长变化引起的；波导色散又称结构色散，是由光纤结构决定的色散，其中光纤横截面尺寸起主要作用。因此，通过调整光纤结构可以得到需要的色散。0004非线性是光纤的另外一种重要特性，包括受激布里渊散射、受激拉曼散射和四波混频等。目前，提高光子晶体光纤非线性方式主要有通过选用高非。
7、线性的基底材料和减小有效模场面积。其中最常用的是通过调整光子晶体光纤截面结构来减小有效模场面积，进而获得高非线性系数。0005具有高非线性色散平坦特性的光子晶体光纤在全光格式转化、超连续谱产生和四波混频等方面有重要的应用。但是，目前已有的高非线性光子晶体光纤、色散平坦光子晶体光纤性能并不突出，例如155UM波长处的非线性系数在20KM1W1以下，色散斜率在102PS/NM2KM级别。不能很好地满足非线性光学、超连续谱等方面应用的要求。因此有必要设计具有更高非线性、色散更平坦光子晶体光纤。发明内容0006本发明的目的在于提供一种具有高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的五角芯型高非。
8、线性色散平坦光子晶体光纤。0007本发明的目的是这样实现的包括石英玻璃基底，在基底中有按照一定规则排列的微米量级空气孔，空气孔沿光纤轴向分布并贯穿整根光纤，空气孔的排列规则为空气孔分为4层，各层空气孔排列呈正五边形，按照直径大小空气孔分为大空气孔、中空气孔、小空气孔和微空气孔，第一层即最内的一层包含5个小空气孔，每个小空气孔占据五边形的5个顶点，小空气孔间添加5个微空气孔；第二层由10个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形5条边中点上各有1个大空气孔；第三层即次外层包含15个中空气孔,其中5个中空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分说明书CN1041。
9、99141A2/4页4布有2个中空气孔；最外层由20个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分布有3个大空气孔。0008微空气孔直径DR与空气孔间距比值满足DR/025。0009小空气孔直径D1与空气孔间距比值满足D1/05。0010中空气孔直径D2与空气孔间距比值满足D2/06875。0011本发明描述的高非线性色散平坦光子晶体光纤用较为简单的结构得到了优良的性能，本发明涉及到的高非线性色散平坦光子晶体色散平坦光子晶体光纤在155UM处的典型色散斜率6103PS/NM2KM，非线性系数31W1KM1。而现有的正四边形或者正六边形高非线性色散平坦光子晶体光。
10、纤在155UM处的典型色散斜率在102PS/NM2KM以上，非线性系数在20W1KM1以下，且包层气孔更多。而常规非线性光纤典型商用产品为11W1KM1。因此，这是一种良好的高非线性色散平坦光子晶体光纤。0012光子晶体光纤中空气孔分布和空气孔数量对光纤制备难度影响较大，空气孔数量较少的光子晶体光纤更容易制备。本发明涉及到的光子晶体光纤气孔只有4层，气孔数量少，降低了制备的难度，适于大规模生产。此外，空气孔数量的减少，某种程度上也改善了光纤熔接时空气孔塌陷问题。0013本发明通过设计周期性排列的气孔形成包层，将光场束缚在纤芯区域；通过调整最内层气孔直径获得平坦的色散特性和较高的非线性系数；通过。
11、在最内层气孔间添加微孔进一步改善色散和非线性特性；通过调整次外层气孔孔径可以在不影响非线性特性的情况下进一步改善色散特性，而将三种方式结合起来，通过优化结构参数，获得了更为优异的性能。本发明获得了一种高非线性色散平坦单模光子晶体光纤，通过优化结构，获得了在不同波段具有高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光子晶体光纤结构。因此，能很好地满足光纤通讯和光学信号处理等领域的要求。0014为了解决目前光纤通讯和光学信号处理等多方面应用的高非线性色散平坦光纤存在的非线性系数不高、色散不够低、不够平坦等问题，本发明从实际出发，设计了一种五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤。通过优化结构参数。
12、，得到了在不同波段具有高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光子晶体光纤结构。能很好地满足光纤通讯、非线性光学和光学信号处理等领域的要求。附图说明0015图1是本发明涉及的五角芯型高非线性色散平坦光子晶体光纤的横截面示意图，其中1为纤芯，2为基底材质，3为最内层孔间附加微孔，4为小空气孔，5为中空气孔，6为大空气孔，为相邻包层气孔间间距；0016图2是本发明优先实施例1、2、3的色散特性曲线；0017图3是本发明优先实施例1、2、3的非线性特性曲线；0018图4是本发明优先实施例4、5的色散特性曲线；0019图5是本发明优先实施例4、5的非线性特性曲线。具体实施方式0020本发明。
13、提供的具有高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光说明书CN104199141A3/4页5子晶体光纤结构。光纤的横截面包括纤芯和包层两部分，基底材质为石英玻璃材料，包层是由若干空气孔按照一定规则排列形成的微结构构成，光纤纤芯由包层空气孔的缺失形成。包层内的空气孔尺寸为微米量级，沿光纤轴向分布并贯穿整根光纤，所述空气孔分为4层，各层空气孔排列呈正五边形。按照直径大小可以将空气孔分为大空气孔、中空气孔、小空气孔和微空气孔。第一层即最内的一层包含5个小空气孔，每个小空气孔占据这个五边形的5个顶点，小空气孔间添加5个微空气孔；第二层由10个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5。
14、个顶点，在五边形5条边中点上各有1个大空气孔；第三层即次外层包含15个中空气孔,其中5个中空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分布有2个中空气孔；最外层由20个大空气孔组成，其中5个大空气孔各自占据五边形的5个顶点，在五边形五条边各均匀分布有3个大空气孔。包层微空气孔直径DR与空气孔间距比值DR/025；包层第一层小空气孔直径D1与空气孔间距比值D1/05；次外层中空气孔直径D2与空气孔间距比值D2/06875。0021下面结合附图对本发明进一步说明0022如图1所示光纤基底材质为石英玻璃材料，其结构参数为微孔直径DR，小空气孔直径D1，中空气孔直径D2，大空气孔直径D3，孔间。
15、距，在以下所述实施例中，D310UM，16UM。通过调整各结构参数，可以获得不同的色散特性、有效模场面积和非线性特性，因此在实际应用中，可以根据不同需求，通过调整结构参数来获得不同的特性，这充分体现了光子晶体光纤在结构设计上的灵活性。0023实施例1DR04UM,D107UM,D21UM,D31UM,16UM，实施例1在104122UM波长内色散值在47503PS/NMKM范围内，具有色散平坦特性；在此180NM带宽内，非线性系数在70W1KM1以上。0024实施例2DR02UM,D107UM,D209UM,D31UM,16UM，实施例2在114134UM波长内色散值在19504PS/NMKM。
16、范围内，具有色散平坦特性；在此200NM带宽内，非线性系数在45W1KM1以上。0025实施例3DR01UM,D107UM,D21UM,D31UM,16UM，实施例3在112164UM波长内色散值在364PS/NMKM范围内，具有宽带色散平坦特性；在520NM超宽波长范围内非线性系数在31W1KM1以上。0026图2、图3分别是优先实施例1、2、3的色散特性和非线性特性曲线，从图中可以看出，通过优化结构参数，得到了两种在短波长具有高非线性色散平坦特性和一种具有宽带色散平坦特性的光子晶体光纤。0027实施例4当DR02UM,D107UM,D211UM,D31UM,16UM时，实施例4在15316。
17、5UM的SCL波段色散值在13503PS/NMKM范围内，具有色散平坦特性；在155UM波长处，色散斜率为46103PS/NM2KM，非线性系数达到316W1KM1。0028实施例5当DR03UM,D107UM,D21UM,D31UM，16UM时，实施例5在153164UM的CL波段内，色散值在2303PS/NMKM范围内，具有色散平坦特性；在155UM波长处，色散斜率为595103PS/NM2KM，非线性系数达到332W1KM1。0029图4、图5分别是优先实施例4、5的色散特性和非线性特性曲线，从图中可以看出，通过优化结构参数，得到了两种在SCL通讯波段分别具有高非线性色散平坦和近零色散平。
18、坦特性的光子晶体光纤。说明书CN104199141A4/4页60030下边简要说明本发明涉及的光子晶体光纤的制备方法。本文设计的五角芯型结构的高非线性色散平坦光子晶体光纤预制棒，可以利用超声波打孔机制作微结构多孔预制棒的方法制备。利用旋转声波打孔机对预制棒进行打孔，在使用冷却液的同时，以高速运行，产生一种自动清洁的方式用以减少钻石工具粘合物。如果利用数字控制超声波打孔机，就能在减少人力花费的情况下制作结构更加复杂的玻璃预制棒。超声波打孔法的优点是可以随意制备出多种不同结构的光子晶体光纤。最后将制备好的预制棒在拉丝塔上拉制成合格的光子晶体光纤。说明书CN104199141A1/5页7图1说明书附图CN104199141A2/5页8图2说明书附图CN104199141A3/5页9图3说明书附图CN104199141A4/5页10图4说明书附图CN104199141A105/5页11图5说明书附图CN104199141A11。