[发明专利]一种由外向内短轴渐减椭圆空气孔双三角形阵列的单模单偏振光子晶体光纤

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种光子晶体波导结构，具体涉及一种由外向内短轴渐减椭圆空气孔双三角形阵列的单模单偏振光子晶体光纤，可应用于光纤通信、光学信息处理等领域。

背景技术

光子晶体光纤也称多空气孔光纤或者微结构光纤。光子晶体光纤就结构而言，可以分为实芯光纤和空芯光纤。实芯光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃棒周围的光纤。空芯光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃管周围的光纤。光子晶体光纤导光机理可以分为两类：折射率导光机理(实芯光纤)和光子能隙导光机理(空芯光纤)。光子晶体光纤结构设计很灵活，具有各种各样的小孔结构，导致光子晶体光纤具有奇异的特性，与普通单模光纤相比有着突出的优点：(1)单模传输带宽非常宽。(2)灵活可控的模场面积和非线性系数。(3)可灵活地设计光子晶体光纤色散和限制损耗。(4)优良的双折射效应。1996年，J.C.Knight等人研制出世界上第一根新型光波导-光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)[J.C.Knight等人，Opt.Lett.1996，21(19)：1547～1549]。1998年，J.C.Knight等人又研制出另一种新型光波导-光子带隙光子晶体光纤(Photonic Band Gap photonic crystal fiber，PBG-PCF)[J.C.Knight等人，Science，1998，282：1476～1478]。此后，光子晶体光纤具有的奇异特性引起了世界科技工作者的普遍关注和广泛研究[P.St.J.Russell，Science，2003，299：358～362]，使得光子晶体光纤广泛应用于原子和粒子引导捕获、非线性光学、超连续光谱产生、脉冲压缩与整形、高次谐波产生、四波混频、波长变换、激光产生、短脉冲变换与控制等，应用前景非常广阔。

近年来，通过恰当地设计光子晶体光纤，在一定的入射光波长范围内可以成功实现单模单偏振运作。文献[Daniel A.Nolan等人，Opt.Lett.，2004，29(16)：1855～1857]研制出具有椭圆芯和双圆空气孔包层的光子晶体光纤，在1550nm波段附近50nm带宽范围内实现了单模单偏振运用；文献[J.R.Folkenberg等人，Opt.Lett.，2005，30(12)：1446～1448]报道了具有三环圆空气孔包层的单模光子晶体光纤在波长727nm附近220nm波长范围支持单偏振运作；文献[Jian Ju等人，J.Lightwave Technol.，2006，24(2)：825～830]以完美匹配层为边界条件采用全矢量有限元方法研究了具有三角形点阵的圆空气孔包层单模单偏振光子晶体光纤，在1300nm波段和1550nm波段附近分别实现了84.7nm带宽和103.5nm带宽的单模单偏振运作；文献[Fangdi Zhang等人，J.Lightwave Technol.，2007，25(5)：1184～1189]设计了具有两排大中心空气孔的矩形格子点阵光子晶体光纤，实现了从1200nm到1660nm波长范围内的单模单偏振运作；文献[Ming-Yang Chen等人，J.Lightwave Technol.，2010，28(10)：1443～1446]提出了一种具有正方形格子点阵的宽带宽单模单偏振光子晶体光纤，实现了从1475nm到2035nm波长范围内的单模单偏振运作；文献[Dora Juan Juan Hu等人，Appl.Opt.，2009，48(20)：4038～4043]设计了具有三角形格子点阵椭圆空气孔包层和圆空气孔芯的光子晶体光纤，实现了从1350nm到1600nm波长范围内的单模单偏振运作；文献[Kunimasa Saitoh等人，IEEE Photonics Technology Letters，2003，15(10)：1384～1386]采用全矢量有限元方法研究了具有六角形格子点阵小圆空气孔外包层和大圆空气孔内包层的光子晶体光纤，低损耗单模单偏振运用带宽达到120nm。文献[Nader A.Issa等人，Opt.Lett.，2004，29(12)：1336～1338]研究表明具有椭圆空气孔的光子晶体光纤能够较容易的制备。单模单偏振光子晶体光纤能够有效消除偏振模色散和偏振模式耦合，在高功率光纤激光器、光纤陀螺、传感、光通信等各种领域得到了密切关注和广泛应用。单模单偏振光子晶体光纤研究的挑战在于实现更宽带宽、色散平坦的单模单偏振运作。

专利申请内容