[发明专利]一种适用于超远距离传输的光子晶体光纤传输系统

说明书

本发明提供一种超平坦光子晶体光纤传输系统，所述传输系统用到的光子晶体光纤包括基底材料、内层介质环、中间层介质环、外层介质环、主介质孔、次介质孔、纤芯，所述内层介质环在基底材料中心呈六边形准周期排列，中间层介质环呈六边形周期排列，外层介质环呈六边形准周期排列。系统包含两根光子晶体光纤，一根近零正色散光子晶体光纤(P1)用于信号传输，另一根大负色散光子晶体光纤(P2)用于色散补偿，对于所列举的实施例，在1260‑1625nm波段，色散波动分别为：(P1)0.32±0.17ps/(nm‑km)和(P2)‑15.57±0.37ps/(nm‑km)；对于传输信号的光纤，非线性系数低于1.1(W^‑1·km^‑1)，数值孔径大于0.189，且限制损耗低于0.09dB/km，其在DWDM系统，譬如超长距离海底传输等应用中有着很大的潜力。

技术领域

本发明属于超平坦光子晶体光纤技术领域，涉及超远距离传输系统的光子晶体光纤。

背景技术

光纤通信系统由光发送机、光接收机、光纤或光缆、中继器、光纤连接器、耦合器等部分构成。

近代光通信的真正发展是在近三四十年，其中激光器和光纤的诞生起主导作用。1960年Maiman发明了红宝石激光器，激光器产生的强相干光为现代光通信提供了可靠的光源。早期光通信通过大气传输，但由于受外界干扰大而很快被淘汰，取而代之的是光纤传输。

1970年，Corning公司研制出了损耗为20dB/km的光纤，为光纤通信的发展铺平了道路。但是由于色散以及损耗等因素的影响，普通光纤不能达到理想传输效果，于是诞生了新的光纤结构——光子晶体光纤。对于一个光通信系统，光纤起到信号传输的主要作用，而光子晶体光纤由于具有色散可控，低损耗等优良特性，对光纤通信系统的优化具有很重要的作用。

光子晶体光纤(PCF)具有无截止单模特性、丰富的非线性特性以及可控的色散曲线等可调谐特性，已经广泛应用于光谱、超快飞秒激光和光传输等不同领域。色散曲线的平坦度对密集波分复用(DWDM)系统和超连续谱产生具有重要影响，DWDM的应用主要集中在C+频段，以0.8nm的信道容量传输40个信道，限制了总带宽，因此，将所有低损耗的O、S、C、L、U频段整合到一个光通信频段(1260-1625nm)进行信号传输是提高DWDM传输容量的有效途径。但是，不同的群速度色散所产生的色散响应不利于色散的控制，此外，DWDM中不允许出现由过零色散(色散曲线穿过零点)或过补偿引起的四波混频效应，以免对其它信道产生严重干扰。因此，统一色散响应的DWDM系统是非常实用的。在超平坦色散光纤的设计中，已经有许多不同的包层结构提出，如五边形结构、六边形结构、十边形结构等，其中六边形结构最为流行。传统的光子晶体光纤(PCF)以二氧化硅为背景材料，气孔排列为均匀的六边形，一般通过改变间距Λ和气孔直径来控制色散的平坦程度，但是很难在较宽的频带实现色散的平坦化。

针对传统PCF，人们开发了许多方法来提高色散的平坦度。2014年，Hou教授等人采用旋转最内层两层空气孔的方法，在整个通信频段获得了-1.2±0.6ps/(nm-km)的超平坦色散。但是，平坦程度仍然不够。传统PCF中的纯硅掺杂也被用来增加控制色散平坦度的参数灵活性。譬如，在包层掺杂可以增加色散曲线的平坦范围，但对平坦程度的提升不是很明显。气孔形状的改变也有利于提高色散平坦度。例如，包层和纤芯都采用椭圆气孔的PCF在C和L频段可以表现出高的负平坦色散。这种准光子晶体光纤还可以用于产生近零的超平坦色散，在1.27-1.67μm范围内具有0.014±0.293ps/(nm-km)的高性能。但由于结构复杂，无法进行商业化制造。在传统的PCF中引入额外空气孔也可以提高平坦范围，降低限制损耗。KSaitoh等人早在2005年就通过在纤芯中引入缺陷气孔，改善了传统PCF的色散平坦性能，色散平坦度最高达0.2±0.2ps/(nm-km)，范围为1.14-1.7μm。可以利用每层空气孔的直径作为独立参数，定制频带范围和色散平坦度。从上述研究工作中可以看出，在传统光子晶体光纤引入空气孔，通过改变空气孔的形状、位置、大小、数量，可以很好的控制色散的平坦程度以及色散平坦的范围。

发明内容