[发明专利]一种具有慢光特性的光子晶体光纤

说明书

本发明公开了一种具有慢光特性的光子晶体光纤，其主体为呈正方形排布的小圆形空气孔，背景材料为As₂Se₃玻璃，在光子晶体光纤纤芯处的九个小圆形空气孔内被四个大圆形空气孔取代，所有圆形孔内都填充空气。本发明在基于受激布里渊散射效应条件下，实现了较低泵浦功率获得具有较大时间延迟量的慢光传输方法，其将在全光通信、光缓存器、数据同步和光延迟线等方面发挥重要的作用。

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体是一种具有慢光特性的光子晶体光纤。

背景技术

减慢光脉冲的传输速度（慢光）被认为是未来光通信系统中的关键技术之一，且在光延迟线、数据同步和光缓存等方面均具有重要的应用前景。基于受激布里渊散射（SBS）的慢光传输是目前慢光领域的一大热点。其优点在于：只要相应改变泵浦波长，布里渊放大可工作于任意波长；布里渊增益可根据泵浦功率大小进行调节，从而改变时间延迟大小，实现可控制时间延迟；布里渊增益效率较高，低的泵浦功率可得到大的信号增益，从而实现大的信号时间延迟。

在光纤中基于受激布里渊散射实现慢光和快光传输的设想最早是由杜克大学的D. J. Gauthier于2004年提出（参考文献D. J. Gauthier. Physics and applicationsof slow light. Duke University, July 27, 2004）。2005年，由瑞士Luc Thevenaz研究小组中的K. Y. Song（参考文献K. Y. Song, M. G. Herraez and L. Thevenaz.Observation of pulse delaying and advancement in optical fibers usingstimulated Brillouin scattering. Opt. Express. 2005, 13）和美国康奈尔大学的Y.Okawachi分别在实验上观察到慢光延迟现象（参考文献Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J.E. Sharping, Z. Zhu and A. Schweinsberg. Tunable all-optical delay viaBrillouin slow light in an optical fiber. Phys. Rev. Lett. 2005, 94）。然而，标准的单模光纤非线性系数较小，必须使用较高的泵浦功率或者较长的光纤但这样容易导致其他的非线性效应。采用特种光纤因非线性系数大可以减小光纤长度，从而提高效率。2006年，英国南安普敦大学光电研究中心C. Jauregui等人采用高非线性2m长Bi-HNL光纤，在泵浦功率为400mW时获得了46ns的慢光延迟（参考文献C. Jauregui, H. Ono, P.Petropoulos and D. J. Richardson. Four-fold reduction in the speed of lightat practical power levels using Brillouin scattering in a 2-m bismuth-oxidefiber. in Proc. OFC 2006）。2010年，南开大学现代光学研究所赵军发等人采用70m长的硅基光子晶体光纤作为慢光介质，在泵浦功率为101mW情况下获得了30ns的慢光延迟（参考文献 赵军发,杨秀峰,李元等.光子晶体光纤中受激布里渊散射慢光研究[J]. 光子学报,2010, 30）。2014年，Than Singh Saini等人采用1m长的背景材料为Tellurite的光子晶体光纤作为慢光介质，在泵浦功率为140mW情况下获得了88ns的慢光延迟，但延迟时间还需进一步提高（参考文献T. S. Saini, A. Kumar，and R. K. Sinha. Stimulated Brillouinscattering based tunable slow light in tellurite photonic crystal fiber. inProc. OFC 2014）。2016年，Ravindra Kumar Sinha等人采用1m长的背景材料为As₂Se₃-Chalcogenide的光子晶体光纤，在100mW的泵浦功率下获得137.4ns的慢光延迟，但延迟时间需要进一步增大并且泵浦功率还需进一步减小（参考文献Ravindra Kumar Sinha,Ajeet Kumar, et al. Analysis and Design of single-mode As2Se3-chalcogenidephotonic crystal fiber for generation of slow light with tunable features[J].IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPTICS, 2016, 21）。