[实用新型]一种基于等差分层微结构的太赫兹高双折射光子晶体光纤

说明书

本实用新型提供了一种通过微结构纤芯的等差分层设计，构建的太赫兹超高双折射光子晶体光纤。本实用新型采用以聚合物材料为基底的折射率引导型光子晶体光纤，光纤包层由三角晶格排列的圆形空气孔组成，纤芯微结构由三角晶格排列的椭圆空气孔组成，椭圆空气孔的尺寸采用等差分层设计，椭圆短轴长度随层数增加而增大。采用本实用新型所述方法设计的太赫兹光纤，模式双折射能够显著提高。在入射光频率为0.9THz时，光纤的模式双折射最大，达到4.07×10^‑2。相比于晶格结构完全相同，纤芯微结构尺寸一致的光子晶体光纤，当入射光频率为0.5‑1.5THz时，光纤的模式双折射约提高3倍。对于通信、传感、测量等领域偏振器件的应用，本实用新型能够起到优化设计，显著提高器件性能的作用。

技术领域

本发明涉及光纤通信、传感和测量领域，具体涉及一种对纤芯微结构做等差分层设计，来构建的太赫兹超高双折射光子晶体光纤。

背景技术

在经典光纤模型中，理想的光纤横截面在几何上具有圆对称性，材料的折射率也是呈圆对称分布的，因此光纤的基模具有两个相互正交的偏振态。然而，在实际应用中，光纤的横截面和折射率分布不可能具有完美的圆对称性，杂质、应力等因素的影响也具有很大的随机性。为避免这些因素对光纤中传播模式偏振态的随机影响，最有效的方法就是人为增大光纤的双折射。如果人为形成的双折射比随机因素引起的双折射大几个数量级，则这些随机因素将变为次要因素，可以被忽略。此外，在很多基于光纤的传感或测量系统中，越来越多地使用基于高双折射光纤的基础器件，如耦合器、起偏器、偏振分离器等等。由于这些器件都是基于光纤的，能够实现线上操作，利于集成，从而使得整个系统变得更加柔性、小型和轻便。

微结构光纤的出现为光纤及功能器件设计领域带来了前所未有的灵活性。大量研究表明，对光纤横截面结构做非对称的设计，能够显著提高其模式双折射。然而，以往的设计微结构基本单元通常尺寸和形状完全一致、且有序排列，在提高光纤的模式双折射上有一定局限。随着入射光频率的减小，纤芯对光场的限制能力会逐渐减弱，因此微结构基本单元对光场的调制能力有所削弱。

发明内容

本发明针对同质微结构在提高模式双折射方面的局限性，提出了一种通过对光子晶体光纤纤芯微结构做等差分层设计，构建的太赫兹超高双折射光子晶体光纤。

所述基于等差分层微结构纤芯的太赫兹超高双折射光子晶体光纤，由包层、纤芯和涂覆层组成。纤芯和包层都可以设计为三角晶格排列。光纤横截面结构为聚合物材料内设若干空气孔，其中包层由大小一致的圆形空气孔组成，纤芯由大小满足等差分层条件的椭圆空气孔组成。纤芯结构的占空比（空气孔面积/材料面积）小于包层，因此本发明所述光纤为折射率引导型光纤。

所述基于光子晶体光纤纤芯微结构的等差分层设计，构建的超高双折射光子晶体光纤，对于通信波段的应用，光纤的基底材料可以选择二氧化硅。对于太赫兹波段的应用，基底材料可以选择PP，HDPE，ABS，PMMA，TOPAS等聚合物材料。

所述基于光子晶体光纤纤芯微结构的等差分层设计，来构建的超高双折射光子晶体光纤，相比于纤芯微结构尺寸和形状完全一致的光子晶体光纤，由于对模场的限制能力更好，其模式双折射将显著提高。

所述基于等差分层微结构纤芯的太赫兹超高双折射光子晶体光纤，其目的是实现更高的模式双折射，因此纤芯微结构基本单元应设计为非对称结构，如椭圆、矩形、圆孔对、领结型等。

所述基于等差分层微结构纤芯的太赫兹超高双折射光子晶体光纤，其目的是实现更高的模式双折射，因此包层也可以设计为非对称结构。

作为优选，光纤基底材料可以选择Topas。

作为优选，纤芯微结构基本单元设计为椭圆。

作为优选，纤芯微结构为三角晶格排列。