[发明专利]一种具有高双折射和高布里渊增益的光子晶体光纤

说明书

本发明公开了一种具有高双折射和高布里渊增益的光子晶体光纤，包含纯石英玻璃材料的光子晶体光纤本体，其折射率为1.45，声速为5972m/s，密度为2203kg/m³，光子晶体光纤本体截面半径为7.3μm，光子晶体光纤本体内设置有内至外相间排布的7层圆形空气孔和椭圆形空气孔，圆形空气孔的折射率为1，相邻的圆形空气孔中心间距Λ为1.5μm，椭圆形空气孔中心间距Λ为1.5μm，圆形空气孔与椭圆形空气孔中心间距Λ/2为0.75μm，圆形空气孔的直径d₁范围为0.6～1.0μm，椭圆形空气孔的半长轴a和半短轴b之比为1～5，长轴范围为0.3～0.5μm，四个大圆形空气孔直径d₂范围为1.3～1.5μm，大圆形空气孔的左右间距M为4.2μm，大圆形空气孔的上下间距N范围为2.6～3.0μm。本发明光纤的双折射系数为1.6*10^‑3，布里渊增益系数为5.83*10^‑12m/W。

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤，特别是一种具有高双折射和高布里渊增益的光子晶体光纤。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，利用光纤中的布里渊散射效应实现温度与应变的连续分布式测量，可作为能源、电力、建筑、通讯、交通、安防等诸多领域中的故障诊断和事故预警手段。为了降低普通光纤中偏振模式耦合对传感系统信噪比的影响，布里渊光纤传感系统一般使用具有高双折射特性的保偏光纤作为传感光纤。但是目前包含保偏光纤在内的传统实芯光纤中非线性效应不高，布里渊增益系数一般较低，从而导致传感系统的信噪比和测量精度相对较低。为了克服传统光纤的缺点，非常有必要设计出具有高双折射和高布里渊增益的新型光纤。

光子晶体光纤具有结构灵活多变，可实现高非线性效应等特点，为设计新型光纤提高了方便。设计者可以通过改变光子晶体光纤中空气孔大小、排列、形状、间距及光纤材料掺杂等参数，设计出不同特性的光纤。因此光子晶体光纤在结构上具有较高的可调性。另一方面，在高双折射光子晶体光纤中，光场能量被限制在较小的光纤局部区域，可较大地提高非线性光学效应产生的效率，具有比普通光纤高的非线性系数。

尽管现在已有高双折射光子晶体光纤，但其布里渊增益系数不高。2000年，英国Bath大学的A.Ortigosa-Blanch等人成功研制出了世界上第一根高双折射光子晶体光纤，他们采用不同直径的空气孔在包层中引入不对称性，实现的是几何双折射。在1.54μm波长处产生的双折射达到3.7*10^-3。一般的光子晶体光纤的双折射系数大约在10^-3量级。但是，它们的布里渊增益系数都普遍较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高双折射和高布里渊增益的光子晶体光纤，通过高双折射的特点降低光纤中因偏振模式耦合对传感系统信噪比的影响，提高布里渊增益从而增加分布式布里渊传感系统的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种具有高双折射和高布里渊增益的光子晶体光纤，其特征在于：包含纯石英玻璃材料的光子晶体光纤本体，其折射率为1.45，声速为5972m/s，密度为2203kg/m³，光子晶体光纤本体截面半径为7.3μm，光子晶体光纤本体内设置有从内至外相间排布的7层圆形空气孔和椭圆形空气孔，圆形空气孔呈类矩形分布，椭圆形空气孔与之嵌套排布，填充有空气的圆形空气孔的折射率为1，相邻的圆形空气孔中心间距Λ为1.5μm，相邻的椭圆形空气孔中心间距Λ为1.5μm，相邻的圆形空气孔与椭圆形空气孔中心间距Λ/2为0.75μm，圆形空气孔的直径d₁范围为0.6～1.0μm，椭圆形空气孔的半长轴a和半短轴b之比为1～5，长轴长度范围为0.3～0.5μm，靠近纤芯处的四个大圆形空气孔直径大于其余圆形空气孔，其直径d₂范围为1.3～1.5μm，大圆形空气孔的左右间距M为4.2μm，大圆形空气孔上下间距N的范围为1.3～1.5μm。