[发明专利]一种单偏振光子晶体光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信制造领域，具体分为可实现单偏振传输的单模单偏振光纤。

背景技术

理想单模光纤的横截面和折射率分布具有圆对称性。它可以传输偏振方向相互正交、传播常数相等的两个基模HE₁₁^x和HE₁₁^y。由于传播常数β_x和β_y相等，因此，这两个模式是相互简并的。它们在沿光纤轴传输时，彼此相位相同，偏振态保持不变，即既保持线偏振，又保持偏振面不旋转，这是理想的传输情况。然而，实际光纤是不完善的，横截面不是理想的圆，内部的折射率分布也因内部应力的不均匀而导致折射率的不均匀等。这就引起两个基模传播常数的变化，从而导致单模光纤中基模偏振态的扰动。单模光纤中两个模式的传播常数或相速与光偏振方向有关的这种现象，称为光纤中的双折射现象。

光纤的这种双折射现象会导致偏振模之间的耦合以及由于两偏振模传播常数的不同而导致的偏振模色散问题，常见的解决方法是采用保偏光纤。保偏光纤在通信、传感等领域都有着广泛的应用。由于保偏光纤的问世，在80年代中期光纤相干通信研究成为很长时间的热门话题。理论计算表明，光纤传输采用相干检测方法比直接幅度检测灵敏度要高近20dB。以保偏光纤为主体的相干式光纤传感器领域正在引起一场新的变革。

为了获得更好的传输性能，可以采用单偏振光纤。单偏振光纤中只有一个偏振模能够在光纤中传输，这样就完全避免了普通单模光纤中存在的偏振模耦合以及偏振模色散等问题。传统的单偏振光纤比较典型的为W型单偏振光纤。光子晶体光纤的出现为单偏振光纤的实现提供了新途径，通过调整光纤中空气孔的排布及尺寸，就可以获得单偏振传输的光子晶体光纤。例如，利用光纤两偏振模在有效折射率上的差异，使其中一个偏振模式因其有效折射率小于包层的有效折射率，从而无法在光纤的传输(J.Lightwave Technol.vol.24，825-830，2006)。但这种方法会导致另一个偏振模的传输损耗也较大。专利(一种高非线性的单偏振单模光子晶体光纤，申请号：200810225319.9)提出在纤芯中引入几个椭圆空气孔，利用两偏振基模截止波长不同的特点，可以实现宽带、单偏振的传输，但椭圆孔过小，会导致实际制作的困难。近期，我们(Opt.Lett.Vol.33，2542-2544，2008)提出采用三角结构光子晶体光纤通过纤芯模式与缺陷模的耦合的方法，实现单偏振的光传输，这种方法简单，易行。但这种方法采用了无双折射的缺陷，且缺陷与纤芯结构不同，无法实现纤芯模式与缺陷模的宽带耦合，而只能在某一光波长实现模式耦合，工作带宽仅为26nm。且在缺陷区引入了高掺杂材料，增加了制作的复杂度；同时，掺杂材料的引入会导致光纤的性能容易随工作环境温度发生变化，影响了其实际应用的效果。另外，纤芯要求高双折射越高越好，以避免在纤芯中的其中一个偏振模与缺陷模耦合的同时，另一个需要保留的偏振模也与缺陷模耦合。这就导致其纤芯形状不规则，传输的偏振模的模场分布变形较严重，不利于其与普通光纤的耦合及光信号的输入。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型单偏振光纤。

本发明的技术方案是，本发明的包层由基质材料和正方结构排布的空气孔所组成，纤芯位于光纤中心，由相邻的两个空气孔的缺失所形成，从而形成高双折射。缺陷也是由相邻的两个空气孔的缺失所形成。

为方便描述，做如下定义：

纤芯排布方向：纤芯所缺失的两个空气孔的孔中心的连线。

缺陷排布方向：缺陷所缺失的两个空气孔的孔中心的连线。

孔周期：排布在正方周期结构中相距最近的两个空气孔的孔中心之间的距离，用Λ表示。

纤芯区孔：空气孔的孔中心与纤芯缺失的两个空气孔中的至少一个的孔中心的间距小于1.5倍孔周期的10个空气孔。

缺陷区孔：空气孔的中心与缺陷缺失的两个空气孔中的至少一个的孔中心的间距小于1.5倍孔周期的10个空气孔。

包孔：纤芯区和缺陷区以外的其它空气孔。

纤芯区：包含且仅包含纤芯区孔的矩形区域。

缺陷区：包含且仅包含缺陷区孔的矩形区域。

角孔：缺陷区四个角上的空气孔。

邻芯孔：缺陷区中与纤芯区相邻的3个空气孔中的中间的那个空气孔。

邻外孔：缺陷区中与纤芯区不相邻的一侧的3个空气孔中的中间的那个空气孔。

侧孔：缺陷区除角孔、邻芯孔和邻外孔以外的4个空气孔。

另外，称两个空气孔的孔中心的距离为一个孔周期的两个空气孔为相邻的两个空气孔。