[发明专利]一种高双折射平坦色散双芯光子晶体光纤及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及光纤通信技术，特别是一种高双折射平坦色散双芯光子晶体光纤及其制备方法。

背景技术

光子晶体光纤又被称为微结构光纤，它是一种带有缺陷的二维光波导，其横截面具有周期性排列的微结构空气孔，背景材料为石英玻璃，通过微小空气孔对光进行约束，实现光的传导。

相比传统光纤，光子晶体光纤有很多特性：如无截止的单模特性、低损耗特性、灵活的色散特性等。按照纤芯材料的不同，光子晶体光纤可以分为折射率导光型和带隙引导型。并且通过改变光子晶体光纤空气孔的半径、孔间距等几何参数可以灵活地改变光子晶体光纤的传输特性。

模式的双折射是衡量保偏光纤性能的重要参数，它是由光纤基模的两个偏振方向上的有效折射率差的不同而产生的，因而增大二者的折射率差可以有效地迅速增大双折射，提高光纤的保偏性能。

高双折射光子晶体光纤被广泛地应用于激光器以及其他光学精密仪器的制造。目前已报道的高双折射光子晶体光纤主要分为以下几类：1）在纤芯附近引入局部非对称性；2）具有各向异性的包层；3）在包层掺杂聚合物等；4）具有微结构纤芯。

最早报道设计并制作出具有高双折射光子晶体光纤的文献是2000年光学快报第25卷18期1325-1327页发表的“高双折射光子晶体光纤” ，参见：Ortigosa B A, Knight J C, Wadsworth W J et.al. Highly birefringence photonic crystal fiber [J]. Optics Letter, 2000,25 (18) :1325-1327。 文中报道了双折射达3.7×10^-3的石英双折射光子晶体光纤。2009年，付博设计的一种高双折射双芯光子晶体光纤，通过调整孔径以及孔间距的参数，能够有效地优化光纤性能。2012年，李丹提出在内层包层是椭圆孔结构的纤芯引入四个小椭圆孔，通过优化光纤的结构参数，双折射度达0.92×10^-3，色散值变化范围是14 ps/(km·nm),但其耦合长度较长。

当前，基于新结构的光子晶体光纤引起了极大研究兴趣，设计出同时具有高双折射、耦合长度短以及平坦色散特性的光子晶体光纤成为热点，其具有应用于制作偏振分束器和产生宽带超连续谱的重要价值。

发明内容

本发明的目的是解决目前已有的光子晶体光纤双折射较低同时耦合长度较大、色散平坦度较低等问题，提供一种结构相对简单并且易于制作的高双折射平坦色散双芯光子晶体光纤，该光子晶体光纤采用了六边形包层并且引入了纤芯微结构，具有比现有的光子晶体光纤更高的双折射；采用的背景材料是石英玻璃，光纤拥有更小的耦合长度及宽带的平坦色散，因而可以用作制作偏振分束器和超连续谱微结构光纤。

本发明的技术方案：

一种高双折射平坦色散双芯光子晶体光纤，包括纤芯和包层，包层折射率低于纤芯；光纤的包层材料是石英玻璃，该光子晶体光纤包层为正六边形排列的空气孔点阵结构，纤芯是由中心去掉两个空气孔形成，中间由一个直径为d₁的中心圆形空气孔隔离开，在最内层设有椭圆形空气孔以破坏原有结构的对称性，原来的十二个空气孔换成四个椭圆空气孔a和2个椭圆空气孔b, 椭圆孔的椭圆度计算公式为η=m/n, 式中：m为椭圆孔的短轴长度，n为椭圆孔的长轴长度；包层材料为石英玻璃，包层圆形空气孔的直径长度为d₂，Λ为孔间距。

所述椭圆孔a的长轴直径为4μm、短轴直径为1.68μm；椭圆孔b的长轴直径为2.56μm、短轴直径为1.075μm；中心圆形空气孔的直径为1.0μm；石英玻璃包层的折射率为1.444，包层圆形空气孔的直径为1.1μm，间距为2.0μm。

一种所述高双折射平坦色散双芯光子晶体光纤的制备方法，步骤如下：

1）将7根空心毛细石英管排成六边形，捆绑在一起，按六角形一圈一圈向外捆绑，直到捆绑到第五层，再套上外套管，然后在空心毛细石英管的间隙处用实心石英毛细棒填充，将中心的13根空心毛细石英管取出，换成一根同尺寸的实心石英棒代替，在抽取中心空心石英管时，将中心孔支撑，防止周围毛细管向周围坍塌，制得光纤预制棒；

2）把上述光纤预制棒固定在拉丝塔中，调节好拉丝温度T=2070℃ 和拉丝速度20m/min，将预制棒在加热炉里进行加热熔融并在熔融后进行牵引，在光纤尺寸保持不变以后，制得裸光子晶体光纤；

3）用超声波打孔法对上述裸光子晶体光纤进行打孔；