[发明专利]一种2到5微米波段范围内的硫系高双折射光子晶体光纤

说明书

本发明提供了一种2到5微米波段范围内的硫系高双折射光子晶体光纤，该光纤为六角晶格光子晶体结构缺失一个椭圆空气孔形成的硫系高双折射光子晶体光纤，包括位于光纤背景材料上的纤芯和包层，所述包层为六角晶格椭圆空气孔阵列结构，该六角晶格椭圆空气孔阵列结构由外部四个同心六边形构成的第一椭圆孔系和内部的第二椭圆孔系构成，所述纤芯为光纤背景材料上中心位置的实心区域。本发明采用多类型的椭圆空气孔结构包层对光纤中的光场进行限制，一方面避免了采用普通保偏光纤需要较长的长度，另一方面克服了二氧化硅基高双折射光纤只能工作于近红外波段的缺点，同时避免了在纤芯掺杂的复杂工艺。

技术领域

本发明涉及中红外光纤通信与光纤传感技术领域，尤其涉及的是一种工作在2到5微米中红外范围的硫系高双折射大非线性光子晶体光纤。

背景技术

高双折射是光纤在实际应用过程中，由于光纤端面并不是理想的圆形对称结构或者是由于应力使得两个正交偏振方向上受力不平衡，导致了光场的两个垂直分量在光纤中具有不同的传播常数，进而引起的有效折射率差。高双折射可实现光波偏振态的保留，在光纤陀螺仪、光纤传感、光开关、光学逻辑门、光学偏振态检测和保偏传输等众多领域都有重要且广泛的应用。因此近些年来一直做为热点课题被广泛研究。

最早制备出光子晶体光纤的是英国的Knight等人，他首次将“光子晶体”这一概念引入光纤端面，成功制备出了第一根光子晶体光纤。继二氧化硅基光子晶体光纤问世以来，其优良特性使之在不同应用领域都展现出了广阔的应用前景。当前，获得具有高双折射、大非线性、奇异色散特性和低限制损耗的光子晶体光纤已成为重要的研究目标。在诸多特性之中高双折射做为光子晶体光纤的主要应用特性而走进人们的视野，成为研究的重点。高双折射的形成主要依赖于光纤端面结构的非对称性，并且将这种端面上的不对称结构在光纤纵向上延伸，以此来获得高双折射。通常根据非对称结构作用的位置不同，可以将光子晶体光纤分为以下三大类：1基于空气孔包层位置的结构非对称型高双折射光子晶体光纤。通过在外包层空气孔中引入非对称性结构。经典的作法是采用椭圆空气孔替代圆形空气孔结构，使得光纤端面x轴向和y轴方向空气孔排列方式存在差异，最终实现有效折射率的差值增大，由此增加了双折射效应。其缺点在于得到的高双折射数值较小，一般约10^-3量级。2基于纤芯位置的结构非对称型高双折射光子晶体光纤，通过在纤芯位置引入结构的非对称性，最为经典的作法有在纤芯引入亚尺寸结构的小椭圆或者通过在纤芯位置掺杂来增大两个偏振方向上的折射率差。相较于在包层位置引入结构非对称性，在纤芯位置引入结构非对称性能有效的提升双折射，因为光场有效地分布在纤芯位置，纤芯结构的非对称性对光场有着显著的影响。其缺点在引入的亚尺寸的椭圆空气孔可以造成模场泄露，掺杂过程存在着一些不可控的因素等。通过这一方案一般可实现的双折射在10^-2量级。3基于纤芯和包层位置同时引入结构非对称型的高双折射光子晶体光纤。这一方案同时在包层和纤芯中引入非对称性结构，可以显著提升光子晶体光纤的双折射，但是在纤芯和包层中同时引入非对称性增加了工程制备中的难度。通过这一方案一般可实现的双折射在10^-2量级。

通常在二氧化硅基光子晶体光纤中为了获得高双折射，有三种类型的方案。其中在包层中引入结构非对称性，不易于实现较高双折射，在纤芯中引入结构的非对称性或者纤芯参杂，存在着模场的泄露和工程制备中不可控的因素，而在纤芯和包层中同时引入结构非对称性，增加了光纤结构的复杂度。此外，二氧化硅基光子晶体光纤，在波长大于2微米时，材料损耗显著增加，具有波长截止特性。因此基于二氧化硅的高双折射光子晶体光纤主要工作在近红外波段，不能满足中红外波段光纤通信与光纤传感的需求，而新发展的三硒化二砷基光子晶体光纤，具有从近红外到中红外宽波长范围透明窗口，材料损耗几乎可以忽略，基于此材质设计非对称性光子晶体光纤，实现高双折射，可以将工作波长范围拓展至中红外。因此，基于三硒化二砷材质的高双折射光子晶体光纤，对于中红外范围光纤通信与光纤传感技术的发展具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种2到5微米波段范围内的硫系高双折射光子晶体光纤。