[发明专利]一种椭圆螺旋椭圆孔结构的光子晶体光纤的设计方法

权利要求书

1.一种椭圆螺旋椭圆孔结构的光子晶体光纤的设计方法，其具体步骤如下：

步骤1：以SF57型硅酸盐软玻璃构造基底，建立椭圆螺旋椭圆孔光子晶体光纤(Elliptical-Spiral Elliptical-Hole Photonic Crystal Fiber，ES-EH PCF)计算模型，该模型的特征为ES-EH PCF由5层椭圆包络构成，每层有12个椭圆空气孔，a，b分别为椭圆空气孔的短轴和长轴，五层椭圆包络的椭圆率比值相等，即其中B为椭圆包络的长轴，A为椭圆包络的短轴，A₁，A₂，A₃，A₄，A₅分别为各层椭圆包络的短轴，B₁，B₂，B₃，B₄，B₅分别为各层椭圆包络的长轴，各层之间的间距相等，即ΔA＝A₂-A₁＝A₃-A₂＝A₄-A₃＝A₅-A₄，ΔA为层间距，最内层椭圆包络中相邻空气孔之间的弧长相同，外层椭圆包络中的空气孔相对于相邻内层椭圆包络空气孔位置依次增量θ角度，且满足15°≤θ≤45°；

步骤2：使用基于有限单元法的COMSOL软件对光纤进行模拟计算，分析ES-EH PCF在不同几何参数(包括螺旋角度、螺旋椭圆率、空气孔椭圆率以及空气孔大小)条件下的双折射值变化情况，进而得到双折射取得最大值时对应的理想参数值：a＝0.17μm，b＝0.425μm，A₁＝1μm，B/A＝2.7，ΔA＝0.4，获得具有最优参数配置的ES-EH PCF计算模型；

步骤3：依据步骤2中所得具有最优参数配置的ES-EH PCF计算模型，绘制色散特性曲线，获得两个零色散点的位置，证实该光纤结构可用于超连续光源的产生，同时，通过分析空气孔椭圆率和螺旋椭圆率的变化对光纤色散的影响，证实零色散点的位置可以通过调节空气孔或椭圆螺旋的椭圆率来改变，扩宽应用场景；

步骤4：分析步骤2中所得ES-EH PCF计算模型的非线性特性，鉴于X偏振光和Y偏振光的非线性差异很小，只计算X偏振光的非线性值，绘制非线性特性曲线，证实非线性随空气孔或椭圆螺旋的椭圆率变化不明显，且在波长为1.2μm时，非线性值达到700W^-1km^-1，满足超连续光源产生的应用要求；

步骤5：依据步骤2中所得ES-EH PCF计算模型，分析当几何参数偏离理想状态时光纤双折射的变化，考虑到在光纤拉制过程中，偏离理想参数值±1％的误差可能会发生，所以设定几何参数在理想参数值±2％内波动，进行模拟计算并绘制双折射特性曲线，证实几何参数在上述波动条件下，其高双折射特性能够很好的保持；

步骤6：分析当几何参数偏离理想状态时光纤色散特性的变化，依据步骤5中的参数波动条件，进行模拟计算并绘制光纤色散特性曲线，证实几何参数在上述波动条件下，两个零色散点依然存在且位置偏移较小，满足超连续光源的产生条件；

步骤7：分析当几何参数偏离理想状态时光纤非线性特性的变化，依据步骤5中的参数波动条件，进行模拟计算并绘制光纤非线性特性曲线，证实参数波动对非线性特性的影响很小；

步骤8：依据步骤5、步骤6、步骤7中的结论，证实所提出的ES-EHPCF结构对制作过程中的几何参数偏差具有较强的鲁棒性。

2.根据权利要求1所述的一种椭圆螺旋椭圆孔结构的光子晶体光纤的设计方法，其特征在于，步骤2中，分析螺旋角度对双折射值影响的方法为：模拟波长变化范围为1-2μm，空气孔的短轴为a＝0.17μm，空气孔的长轴为b＝0.425μm，A₁＝1μm，B/A＝2.3，ΔA＝0.4，采用仿真方法，绘制螺旋角θ在15°至45°范围内的双折射随波长的变化曲线，得到最合理的空气孔螺旋排布方式。

3.根据权利要求1所述的一种椭圆螺旋椭圆孔结构的光子晶体光纤的设计方法，其特征在于，步骤2中，分析螺旋椭圆率、空气孔椭圆率以及空气孔大小对双折射影响的方法为：空气孔的短轴为a＝0.17μm，空气孔的长轴为b＝0.425μm，在1.55μm波长处，采用仿真方法，绘制螺旋椭圆率在1.8至2.7范围内的双折射随波长的变化曲线，绘制空气孔椭圆率在1.8至2.5范围内的双折射随波长的变化曲线，绘制a在0.1μm至0.18μm范围内的双折射随波长的变化曲线，获得双折射取得最大值时对应的螺旋椭圆率、空气孔椭圆率以及空气孔大小的参数配置情况。