[发明专利]在长波长具有色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性光纤，具体地说是一种在长波长具有色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤，它属于光纤通信和光学信号处理领域。

背景技术

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber)又被称为微结构光纤或多孔光纤，是一种近年来引起广泛关注的新型光纤[J.C.Knight，et al.Opt.Lett.，21(1996)p.1547.；Errata，Opt.Lett.22(1997)p.484]，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常这类光纤的包层区含有不同排列形式的贯穿整根光纤的气孔，这些孔的尺度与光纤波长大致在同一数量级，光波可以被限制在其芯区传播。根据导光机制的不同，光子晶体光纤可以分为两大类[J.C.Knight，et al.Science，2002，296(5566)，p276]：全反射导光型(Total Internal Reflection，TIR)和带隙导光型(Photonic Band Gap，PBG)。

最近的系列研究发现具有高非线性的光子晶体光纤由于具有很高的非线性系数，配合合适的高功率脉冲光源能实现超连续谱效应而被广泛研究。然而，简单纯硅芯、高占空比包层结构的全反射导光型高非线性光子晶体光纤因零色散在1000nm以下，一般在长波长，尤其是C波段(1535nm至1565nm)非常高的色散系数，限制了高非线性光子晶体光纤在长波长的使用。Crystal Fibre A/S报道了一种三芯结构的在长波长具有超低色散斜率的非线性光子晶体光纤并形成系列产品。然而相关产品指标表明该系列光纤在1550nm的非线性系数接近常规掺杂石英高非线性光纤，约11w^-1km^-1。文献[K.Saitoh et al.Opt.Express 13(2005)p.8365]基于理论模拟报道一种缺陷芯结构的色散平坦光纤的结构设想，以期应用于色散管理和色散补偿或做非线性光纤的候选方案，预期了在长波长同时实现超低色散斜率和色散系数的可能性。

在国外，光毫米载波无线通信技术(ROF，Radio Over Fiber)已经引起广泛注意并得到研究。在ROF系统中，如何实现多波长光源成为一项关键技术，而长波长超连续谱光源则是目前最为实用的多波长光源。长波长具有低色散系数或负色散系数的色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤是有效的技术备选方案。今年来，利用光纤克尔非线性效应的四波混频参量过程产生量子关联的光子对，实现量子信息光源的研究也引起了人们广泛的关注。而长波长具有低色散系数和低色散斜率的色散平坦高非线性光纤是急待开发的产品。此外，长波长具有色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤具有优于常规掺杂石英非线性光纤的非线性效应也能广泛应用到现有的应用领域实现更显著的非线性效应。

发明内容

本发明的目的就是针对现有产品存在的缺陷，提供一种在C波段具有色散平坦特性的超高非线性光子晶体光纤，以弥补现有产品的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：它包括芯层和包层，其结构特征是：纯石英光纤芯区带有低占空比孔洞的缺陷结构，光纤包层包含高占空比的孔洞周期结构。所述芯区带有低占空比空气孔的缺陷结构中空气孔等效直径d₁与芯层等效直径a的比值d₁/a≤0.5，同时，所述包层结构中的孔洞等效直径d₂与周期结构中基本单元等效直径Λ的比值d₂/Λ≥0.8。

所述在C波段具有色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤在1550nm典型的色散斜率≤0.03ps/nm²/km。所述高非线性光子晶体光纤1550nm典型非线性系数≥15W^-1km^-1。

所述包层部分的基本单元形成的周期结构为正六边形或正四边形，更优选六边形。

所述包层部分的基本单元形成的周期结构的圈数为3圈以上，优选4-10圈，更优选5圈。

所述芯层等效直径a小于或等于所述包层周期结构部分的基本单元等效直径Λ，优选a接近Λ。

为保证所述高非线性光子晶体光纤具有显著高于常规掺杂石英光纤的非线性性能，所述包层周期结构部分的基本单元等效直径Λ一般小于或等于2.5um，优选1.5um-2.5um，更优选1.9um-2.0um。