[发明专利]一种芯区具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤

说明书

本发明公开了一种芯区具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤，属于光波导技术领域。该光纤包层为具有周期性排列的小孔结构，在纤芯中竖直方向引入两个弧形对称薄壁，打破原有的四重几何对称性，产生高双折射。因同时受到反谐振和带隙效应作用，一方向上的偏振模式损耗远低于另一偏振模式，通过薄壁厚度和位置的调整，实现保偏特性。相比于已有空芯保偏光子带隙光纤具有更高的双折射特性，相比于已有空芯保偏反谐振光纤具有更低的限制损耗。在干涉传感、激光系统、光通信等领域具有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于光通信与激光光电子技术领域，具体涉及一种具有高双折射特性的空芯保偏光纤。

背景技术

近年来，保偏光纤在互联网、激光系统、传感系统、工业加工及医疗等领域所起作用越来越大，但依赖全反射导光机制的传统保偏光纤，受制于应力元及纤芯高折射率材料色散、非线性、材料吸收等方面的本征缺陷限制，较之空芯光纤，显现出很多应用劣势。通过微结构设计引入高双折射，空芯保偏光纤正表现出越来越旺盛的发展势头。

2018年北京航空航天大学徐小斌等人申请号为201810831581.1的中国专利公开一种基于隔离反谐振层的空芯光子带隙光纤，在19胞的空芯光子带隙光纤纤芯中引入隔离反谐振层，利用反谐振和光子带隙效应来抑制扩散降低传输损耗，但其隔离层纤芯仍具有六重对称性，并没有通过改变纤芯形状来降低纤芯对称性引入双折射实现保偏性能。已报道的空芯保偏光纤主要分为两种结构，一种是保偏空芯光子带隙光纤，另一种是保偏空芯反谐振光纤。2020年中国科学院上海光机所Hongbo Cai等人发表在Optical FiberTechnology杂志第55卷2期题目为Thin-diameter polarization maintaining hollow-core photonic bandgap fiber for fiber optic gyroscope的文章，公开一种芯区为4胞和9胞的椭圆芯保偏光子带隙光纤，是利用本身为椭圆形状的光子带隙光纤纤芯来降低纤芯对称性引入双折射实现保偏功能，但其纤芯内壁并没有引入其他结构设计来进一步提高保偏性能。2020年暨南大学汪滢莹等人在中国专利申请号为202010425227.6中公开一种保偏空芯反谐振光纤，是通过对反谐振光纤纤芯内部原有的四个负曲率反谐振层壁厚差异的改造来引入双折射进行保偏，双折射仅为10^-4量级，保偏性能不高，且因空芯反谐振光纤弯曲应用损耗快速增加的劣势，难以实现实际应用。

本发明芯区具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤，采用在光子带隙包层中纤芯区上下壁各添加一个弧形对称薄壁的不对称结构，有效降低纤芯结构的对称性，引入的双折射高，可实现良好的保偏性能。本结构双折射可达10^-3量级，目前有关双折射能达到此量级的空芯光纤鲜有报道。

本发明芯区具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤，双折射是由在光子带隙包层中纤芯区引入结构的不对称所引起，对弯曲、温度、磁场、辐射等敏感性低，可广泛应用于各种领域，能满足小型化、对环境适应性强等应用要求。

本发明芯区具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤，同时还具备传输损耗低等优良特性。对空芯保偏光纤应用及技术发展，具有重要的推动作用。

发明内容

本发明为克服保偏空芯光子带隙光纤双折射低、保偏空芯反谐振光纤弯曲应用传输损耗高等问题，所提供的技术解决方案如下：