[发明专利]一种光子晶体光纤

说明书

本发明公开了一种光子晶体光纤，其特征在于，包括：从内自外的芯层、包层以及涂覆层，光纤的横截面为圆形，芯层、包层以及涂覆层均同心，芯层位于光纤的最内层，芯层横截面的中心为圆形孔，包层内均匀设置多个半椭圆形的气孔，包层包括5个包层环，包层环内均匀设置多个相同大小的气孔，包层环内的气孔以芯层的中心为中心原点呈环形阵列排布，包层环内气孔的大小从内圈到外圈依次递增，半椭圆形的气孔的长轴均指向芯层的中心，芯层和包层均采用二氧化硅晶体或硅晶体制成，涂覆层采用丙烯酸酯或有机硅树脂制成。本发明的光子晶体光纤可以传输多个轨道角动量模式，模式组的有效折射率差达到10^‑3量级，限制损耗低，非线性系数小，色散低。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种光子晶体光纤。

背景技术

轨道角动量(Orbital Angular Momentum)是光子除了传统波长、偏振等参量之外的另一个重要参量。随着光通信领域的波分复用、时分复用、码分复用等技术的不断提陈出新，更新换代，传统光纤的传输数据量已接近饱和，OAM为光束的复用提供了一个全新的自由度。

在OAM光纤通信系统中，支持OAM模式传输的光纤是一种关键器件。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)，近年来被引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度和光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播。光子晶体光纤的出现展示了一种新的控制光子的机制，极大地拓展了光传输的研究领域。随着近来对光子晶体光纤(PCF)研究的逐步深入，光子晶体光纤制造技术的逐步成熟，光子晶体光纤和光孤子理论给光通信技术的发展注入了勃勃生机。

对于传输OAM模式的光纤来说，更多的模式意味着在单个频率上包装更多的信道，显著提升信息传输量。此外，为了支持OAM模式在光纤中稳定传输，光纤必须具有高的有效折射率差，才能避免光纤中各矢量本征模式间的相互耦合和简并。许多特殊结构光纤被提出用来支持OAM模式的传输，但这些光纤中模式间有效折射率差始终在10^-4量级，无法得到更显著的提高。由于模式间有效折射率差无法提高，在OAM模式传输时，可能会发生奇偶本征模走移，双折射和偏振模式色散，影响模式纯度并引起模式间的耦合或串扰。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能提高传输轨道角动量模式的数量、低限制损耗的光子晶体光纤。

本发明提供了一种光子晶体光纤，具有这样的特征，包括：

从内自外的芯层、包层以及涂覆层，光纤的横截面为圆形，芯层、包层以及涂覆层均同心，其中，包层包括多个包层环。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：芯层横截面的中心具有圆形孔。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层包括5个包层环。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环的横截面为圆环。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环内均匀设置多个相同大小的气孔，气孔以芯层的中心为中心原点呈环形阵列排布。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：气孔的横截面为半椭圆。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环内的气孔的截面积的大小从内圈到外圈依次变大。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：气孔的半椭圆形的长轴均朝指向芯层的中心，气孔的半椭圆形的顶端均朝指向涂覆层。

另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：芯层的折射率大于包层的折射率。