[发明专利]一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体是一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤。

背景技术

近年来，由于光子晶体光纤(photonic crystal fibers，PCFs)可以通过灵活变动横截面结构来实现很多传统光纤不具备的特性，越来越多的科研工作者开始从事光子晶体光纤的研究。PCFs可实现超平坦色散、无限单模传输、高双折射、高非线性、低限制损耗和大有效模场面积等特性。其中，高双折射的PCFs在制作保偏光纤及高性能激光器等方面具有重要的应用，然而传统保偏光纤仅能获得10^-4数量级的双折射，已无法满足光通信高速发展的需求，因此探寻高双折射的光纤成为PCFs领域的一个热点。高双折射光子晶体可由纯石英材料制作，并可设计不同的结构改进光纤的性能，具有传统高双折射光纤无法比拟的优越性。高双折射光子晶体光纤的结构设计灵活，通过在包层中引入大小不一的空气孔、改变纤芯或者包层空气孔的形状，都可以获得性能优越的高双折射光子晶体光纤。

一般情况下，光子晶体光纤主要是由三角晶格构成的六重对称结构，在理论上此类结构的PCFs的基模是简并的，因此通过破坏包层或纤芯对称性可以提高PCFs的双折射，其数值达10^-3数量级。为了进一步提高PCFs的双折射，M.J.Steel（文献Steel M J, Osgood R M. Elliptical-hole photonic crystal fibers [J]. Opt. Lett. 2001 26(4):229-231、文献Steel M J, Osgood R M. Polarization and dispersive properties of elliptical hole photonic crystal fiber [J]. J. Lightw. Tech. 2001 19(4):495-503）提出了椭圆空气孔光子晶体光纤(Elliptical-hole photonic crystal fibers，EPCFs),使得双折射达到了10^-2数量级，但是光纤的束光能力不强，限制损耗较大。为了克服这个缺点，有人提出了包层采用圆形孔，纤芯引入椭圆孔的混合结构，虽然这种结构的PCFs可以同时获得高双折射和低限制损耗，但是制备难度较高，无法轻易实现。

发明内容    本发明的目的是提供一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤，以解决现有技术光子晶体光纤双折射低下的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤，包括背景材料及设置在背景材料中心的纤芯，背景材料中设置有多层空气孔层，每层空气孔层由多个直径相同的空气孔构成，且多层空气孔层中各个空气孔直径亦相同，多层空气孔层以纤芯为中心从内至外依次环绕纤芯，由背景材料、多层空气孔层构成包层，其特征在于：离纤芯最近的第一层空气孔层中，用两个直径较大的大空气孔代替原空气孔，在纤芯处引入三个圆形空气孔缺陷，其中一个空气孔直径最大，且直径最大的圆形空气孔圆心相对于纤芯在水平方向上发生偏移，其余两个圆形空气孔直径相同且圆心相对于纤芯在垂直不同方向上发生偏移，位于纤芯处的三个圆形空气孔缺陷与第一层空气层两个大空气孔中的一个将纤芯围成近似椭圆形。

所述的一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤，其特征在于：在背景材料上按照周期布置有多层空气孔结构，空气孔均按照三角晶格排列。所述的一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤，其特征在于：包层折射率低于纤芯折射率。

所述的一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤，其特征在于：背景材料为折射率大于空气折射率的材料，且纤芯的材料与背景材料相同。

本发明提供了一种结构简单且容易制备的具有全圆孔构成的高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤结构，该光纤的结构不具有六重旋转对称性，可以获得比现有的双折射型光子晶体光纤更高的双折射，并且还具有高非线性，低限制损耗的优点。