[发明专利]拓扑光子晶体光纤、光纤预制棒、及其制造方法

权利要求书

1.一种拓扑光子晶体光纤，其横断面包括：

第一折射率材料；以及

设置在所述第一折射率材料中的第二折射率材料，所述第二折射率材料形成包括布置在所述光纤的中心区域之外的周围区域中的多个晶胞的拓扑光子晶体结构，每个晶胞包括多个单元结构，

其中，每个单元结构的质心被调制以从所述单元结构的中心偏移一幅度和一辐角，在围绕所述光纤的中心的圆周方向上，各个单元结构的质心偏移的辐角离散地或连续地增大或减小，从而形成质心调制涡旋。

2.如权利要求1所述的光纤，其中，当质心调制的幅度为零时，所述单元结构的能带具有狄拉克点。

3.如权利要求1所述的光纤，其中，围绕所述光纤的中心一周，质心偏移的辐角增大或减小2πw，其中w是不等于零的整数。

4.如权利要求1所述的光纤，其中，所述晶胞具有六边形形状，所述单元结构包括由三个分支形成的三叉结构、三角形结构或者内凹三角形结构，所述三叉结构的三个分支分别从单元结构的中心朝向三个方向延伸并且彼此之间形成120度角，所述三角形结构是等边三角形结构，所述内凹三角形结构是三个分支朝向单元结构的中心凹陷的等边三角形结构，形成所述单元结构的分支之间彼此相连或不相连，当所述分支之间彼此相连时，通过调节所述分支的厚度来调制所述单元结构的质心，当所述分支之间彼此不相连时，通过调节所述分支的厚度和/或长度来调制所述单元结构的质心。

5.如权利要求1所述的光纤，其中，每个晶胞包括三个单元结构，所述三个单元结构具有相同的质心调制，但是彼此相对旋转120度角。

6.如权利要求5所述的光纤，其中，所述光纤的横断面包括多个扇区，所述晶胞至少包括第一晶胞和第二晶胞，其交替布置在所述多个扇区中。

7.如权利要求1所述的光纤，其中，所述第一折射率材料是空气，所述第二折射率材料是折射率比空气更大的光学材料。

8.如权利要求1所述的光纤，其中，所述第一折射率材料是空气，所述第二折射率材料是玻璃。

9.一种制造拓扑光子晶体光纤的方法，包括：

密堆积多根中空毛细管以制备光纤预制棒，所述多根中空毛细管包括具有不同壁厚度的多种毛细管，每根毛细管由具有比空气更大的折射率的第一光学材料制成；

将所述光纤预制棒拉制成光纤，所述光纤包括多个空气孔以及由所述第一光学材料形成的围绕每个空气孔并且将各个空气孔彼此分隔开的拓扑光子晶体结构，所述拓扑光子晶体结构包括布置在所述光纤的中心区域之外的周围区域中的多个晶胞，每个晶胞包括多个单元结构，

其中，所述多种毛细管的壁厚被选择，使得每个单元结构的质心被调制以偏移一幅度和一辐角，在围绕所述光纤的中心的圆周方向上，各个单元结构的质心偏移的辐角离散地或连续地增大或减小，从而形成质心调制涡旋。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述多种毛细管至少包括具有内径d₁的第一毛细管、具有内径d₂的第二毛细管、具有内径d₃的第三毛细管、以及具有内径d₄的第四毛细管，d₁d₃d₂d₄，且所述第一、第二、第三和第四毛细管具有相同的外径，

其中，所述第一毛细管和所述第二毛细管布置成形成第一晶胞的结构，所述第一晶胞结构包括位于中心的第二毛细管、以及围绕位于中心的第二毛细管并且交替布置的三根第一毛细管和三根第二毛细管，

其中，所述第三毛细管和所述第四毛细管布置成形成第二晶胞的结构，所述第二晶胞结构包括位于中心的第三毛细管、以及围绕位于中心的第三毛细管并且交替布置的三根第三毛细管和三根第四毛细管，

其中，所述光纤预制棒的横断面包括多个扇区，所述第一晶胞结构和所述第二晶胞结构交替布置在所述多个扇区中，并且位于所述光纤预制棒的中心区域之外的周围区域中。