[发明专利]带隙微结构光纤中的横模抑制

说明书

技术领域

本发明涉及微结构光纤，特别涉及在这种光纤中对预先选择的横模的抑制。

背景技术

微结构光纤(MOF)在被周期性折射率包层区域包围的芯区域(例如，空气芯)内导引光。说明性地，包层区域包括限定了空气孔周期阵列的基质(matrix)(或点阵)。当进行适当设计时，可以使MOF显示出带隙禁闭；也就是说，支持和导引光模式传播的波长范围受到不支持该传播的波长范围的约束。这种光纤通常称作带隙光纤，其典型地具有折射率比包层区域的折射率更低的芯区域。相反，也可以将MOF设计为表现出更传统的折射率导引，在这种情况下芯区域具有比包层区域更高的折射率。

在空气芯和其它带隙光纤中的改进已经证明了它们能够将标准光纤拉伸加工的许多材料及制造优点与标准光纤中不可能的独特性能结合在一起。由于空气芯光纤的非线性性比标准光纤小得多，引人注目地改变了传输链路的成本和性能，因此在数据传输中，空气芯光纤具有特别引人关注的潜力。然而，任何长距离传输光纤都必须与标准光纤的极低损耗相竞争。尽管迅速地改进，但是人们仍然认为空气芯光纤损耗已经逼近根本极限(fundamental limit)，并且仅能通过增大芯尺寸或发现改进的材料来进行进一步的改进。[参见P.J.Roberts等人的“Ultimate low loss of hollow-core photonic crystal fibres”，Opt.Express，V0l.13，p.236(2005)，通过引用将其合并于此。]因此，利用较大的芯尺寸是非常合乎需要的，但是较大的芯尺寸通常支持较高阶横模(HOM)，并因此引起了由这些模式所带来的众所周知 的问题。

以下，术语“模式”既表示单个横模又表示多个横模。

因此，现有技术中保持了对既具有相对大的芯尺寸又抑制HOM的带隙MOF的需要。

发明内容

基于本发明的一个实施例，抑制带隙MOF的HOM的策略是基于芯模式和包层模式之间的折射率匹配耦合(谐振)。芯附近的适当包层特征使HOM中的光在芯和包层之间谐振耦合，而基模的光仍然很大程度上限制在芯内。这些包层特征(在另外的周期性包层中)显著地增大了HOM损耗，并且对基模禁闭基本上没有影响，这去除了较大芯、单模带隙MOF光纤发展中的重要障碍。

在更普遍的意义上，并且基于本发明的一个方面，光纤包含芯和包层区域，其构造为以第一芯模式在芯区域内导引光(或辐射)的传播。该包层区域包括构造为通过带隙禁闭导引光的周期结构。为了抑制至少一个第二芯模式，该包层区域包括至少一个扰动区域，该扰动区域构造为将扰动模式谐振耦合到该至少一个第二芯模式。

在优选实施例中，该芯和扰动区域还构造为避免任何实质数量的扰动模式的能量耦合回到该第二芯模式中。

在本发明进一步优选的实施例中，将该芯和扰动区域构造为将该扰动区域的基模谐振耦合到该芯区域的HOM，并在该芯区域内提供基模的传播。

附图说明

根据下面结合附图的更详细的描述，能够容易地理解本发明及其各种特征和优点，其中：

图1是基于本发明一个实施例的带隙MOF的示意性截面图。该截面图是垂直于该芯区域的传播轴截取的；

图2A是具有详细示于图2B中的芯和扰动区域的图1所示类型 的带隙MOF的折射率与径向距离之间的关系的示意性曲线图。该芯区域的折射率用n_co标记。该芯和扰动区域由交叉阴影的带隙区域分离。在带隙区域中，光的传播被排除在该包层的周期性区域之外；

图2B是详细示出该芯和扰动区域的图1所描绘类型的带隙MOF的一部分的截面图；

图3示出了基于本发明的可替换实施例的带隙MOF的示意性截面图：(3A)基本上六边形的四个空气导引扰动区域围绕基本上圆形的中空芯区域对称设置(在正方形的四个角)；(3B)基本上六边形的三个未掺杂扰动区域围绕ARROW光纤的基本上圆形的掺杂芯区域对称设置(在三角形的三个角)；(3C)基本上矩形的四个加载了气体的中空扰动区域围绕基本上正方形的中空、加载了气体的芯区域对称设置(在正方形的四个角)；以及(3D)扰动区域的环同心地围绕径向带隙光纤的基本上圆形的芯区域；

图4是标准(现有技术)、空气芯、带隙MOF的示意性截面图(尽管内包层的外圆周表现为正方形，但是其典型地为圆形。)；