專利名稱：具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低傳輸損耗的具有偏振保持能力的全固光子帶隙光纖，屬于
光波導(dǎo)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber, PCF)又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖 (Microstructure Optical Fiber, M0F)或多孑L光纖(Holey Fiber, HF)，是一禾中近十余年 來引起全世界相關(guān)領(lǐng)域科技工作者廣泛關(guān)注和研究的新型光纖[J.C.Knight， et al.Opt. Lett. ，21(1996)p. 1547. ;Errata，Opt. Lett. 22(1997)p. 484 ;Philip Russell，Science, 17 Jan 2003， Vol 299]，其橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，通常這類光纖的包層區(qū)含有一種 或幾種按一定形式排列的貫穿整根光纖的氣孔，這些氣孔的尺度與光纖傳輸所使用波長大 致在同一數(shù)量級，光波被限制在其芯區(qū)傳播。根據(jù)導(dǎo)光機制的不同，光子晶體光纖可以分 為兩大類[J. C. Knight， et al. Science, 2002， 296 (5566) ， p276]:全內(nèi)反射導(dǎo)光型(Total InternalReflection， TIR)和光子帶隙導(dǎo)光型(Photonic Band Gap, PBG)。
近年來的研究[F. Luan et al. Opt. Lett. 29 (2004) p2369 ;A. Argyros， et al.， Opt. Exp. ， Vol. 13， No. 7， pp. 2503 (2005) ;G. Ren， et al. ， IEEE Ph. Tech. Le. ， Vol. 18， No. 24， pp. 2560(2006) ;G. Ren， et al. ， Opt. Let. ， Vol. 32， No. 9， pp. 1023(2007)]發(fā)現(xiàn)在 全固體的光纖中不僅能實現(xiàn)光子帶隙型導(dǎo)光的機制，而且能設(shè)計制作出傳輸損耗非常小 (小于2dB/km)、邊帶消光比很大的此類特殊光纖，這就是全固光子帶隙光纖(All-solid Photonic Band-g即Fiber)。在該類光纖的橫截面上，在低的折射率背景材料上規(guī)則地排 列著高摻雜的摻雜單元，稱為基本單元，該基本單元內(nèi)除了高摻雜的材料，也可以輔以低折 射率材料等。這種光纖的芯區(qū)由缺失一個或多個基本單元形成。相對空芯的光子帶隙光纖， 這種全固光子帶隙光纖不僅擁有光子帶隙型光纖的特征傳輸譜，而且還能方便地對其帶隙 位置進行設(shè)計和移動，更為重要的它還是全固體的結(jié)構(gòu)。因此此類光纖可以很方便地應(yīng)用 于光子技術(shù)領(lǐng)域的各類光器件，如芯區(qū)進行稀土摻雜而應(yīng)用于光纖激光器和放大器，另外 濾波、高功率傳輸、光纖光柵等領(lǐng)域亦有重要應(yīng)用。在實際使用中，相對于帶有空氣孔的光 纖而言，該類光纖在光纖熔接，連接頭打磨加工等工序?qū)⑹趾啽恪?專利CN1945363A描述了一種低損耗限制損耗和彎曲損耗的全固體帶隙光纖，光 纖不但具備帶隙型的傳輸譜特征，而且把一階帶隙移到了 1550nm波段，并實現(xiàn)了較低的傳 輸損耗。但是該專利提到的光纖不具備偏振保持性能。 美國專利US7349611B2描述了一種全固體的光子帶隙光纖，光纖端面上按設(shè)定的 方式排列著一系列高折射率摻雜區(qū)，這些高摻雜區(qū)把芯區(qū)圍在中間。芯區(qū)一般為純硅材料， 也可以以一定的剖面設(shè)計進行少量高摻雜。其它光纖端面的任何區(qū)域均為背景材料，一般 為純二氧化硅材料。這種設(shè)計可以實現(xiàn)光子帶隙特征的傳輸特性，但是由于周期性的摻雜 基本單元只是高折射率材料，這使得他們在輕微的彎曲狀態(tài)下，帶隙也就很容易受到干擾， 甚至不復(fù)存在；另外帶隙的寬度也很有限。
美國公開專利US20090168149A1描述了一種芯區(qū)摻雜稀土元素的雙包層光纖，光 纖的外包層為空氣包層，即用一圈空氣填充率很高的氣孔圍成一圈作為包層，或者對包層 的摻雜單元的折射率、排列方式進行不同的布置以達到不同的功能。對芯區(qū)可采用不同的 形狀以及折射率剖面的設(shè)計，并進行稀土離子的摻雜，最終利用光子帶隙效應(yīng)實現(xiàn)對激光 波長實現(xiàn)選擇性抑致。這里提到的光纖不是全固體結(jié)構(gòu)的，為了優(yōu)化光纖的彎曲性能，以及 實現(xiàn)包層泵浦的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，設(shè)計上在光纖端面上加入一圈空氣孔作為限制包層泵浦光的包 層。 保偏光纖在光通信、光信號檢測和處理等領(lǐng)域有很多重要應(yīng)用。最初主要應(yīng)用于 光纖傳感，之后在光纖放大器、激光器，特別是以光纖陀螺儀為代表的慣性制導(dǎo)領(lǐng)域獲得了 廣泛的應(yīng)用。近年來隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，人們不斷地將光子晶體光纖技術(shù)應(yīng)用到各個光 纖技術(shù)層面，利用光子晶體光纖的概念和設(shè)計方法、制作方法進行了系列特種功能光纖的 設(shè)計制作，例如保偏型的光子晶體光纖。最初報道(Opt. Lett. 25(18) 1325 1327,2000) 了拍長為0. 4mm的石英系保偏光子晶體光纖。這種包含大量空氣孔的光子晶體光纖可以達 到很高的雙折射，但是實際使用起來的卻有著諸多不便，這是由于其端面上大量存在的空 氣孔的存在導(dǎo)致光纖端面容易受到污染，這使得該類光纖的測試、應(yīng)用當中比較困難，對耦 合技術(shù)的要求很高。 如果利用全固光子帶隙光纖的設(shè)計方法進行保偏光纖的設(shè)計制作，將從根本上解 決以上問題。最終的保偏光子晶體光纖(也就是保偏全固光子帶隙光纖)可以如同普通光 纖那樣的全固體結(jié)構(gòu)方便實際使用，同時也可以利用光子晶體光纖設(shè)計帶來的光子帶隙效 應(yīng)限制光波于光纖的芯區(qū)，可以使得光纖的傳輸譜呈現(xiàn)帶狀的通帶結(jié)構(gòu)，即光纖可低損耗 傳導(dǎo)的光波段在電磁波譜上呈現(xiàn)不連續(xù)的分布，滿足實際應(yīng)用的特殊要求。同時，本發(fā)明為 開發(fā)全固體的保偏光子帶隙光纖提供了一個新的思路。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，通過對 包層光子帶隙的設(shè)計和芯區(qū)的設(shè)計，使得光纖既具備低的限制損耗、彎曲損耗，又具備偏振 保持的性能。 本發(fā)明基于獨特的包層周期性單元高摻雜單元周圍引入折射率下陷的設(shè)計有效 的改善了光纖的彎曲性能，從而有效降低了光纖的衰減；全固體化的結(jié)構(gòu)保證該光纖在實 際使用過程中簡便性。 本發(fā)明分別采用形狀雙折射和應(yīng)力雙折射的方式對該光子帶隙光纖的結(jié)構(gòu)進行 設(shè)計，并分別闡述這兩種設(shè)計的優(yōu)勢。采用形狀雙折射的設(shè)計的光纖特點可以歸納為以下 兩點1、可以實現(xiàn)純硅芯的保偏結(jié)構(gòu)，以利于所述光纖抗輻射性能和溫度穩(wěn)定性的提高。2、 易于制作，應(yīng)力摻雜單元通常制造難度較高，對于其應(yīng)用到光子帶隙光纖中，需要事先制作 好應(yīng)力預(yù)制棒，并把應(yīng)力預(yù)制棒拉制為直徑細小的絲狀細棒，而應(yīng)力預(yù)制棒由于內(nèi)部存在 較大應(yīng)力，所以極易破損、爆裂，因此這些工藝處理環(huán)節(jié)需要很高的拉制技術(shù)水平，同時對 光子晶體預(yù)制棒的制作也提出了很高要求。應(yīng)力雙折射的設(shè)計的光纖好處可歸納為1、易 獲得較高的雙折射，并且該雙折射隨波長變化較小。2、易獲得較大的模場面積。
本發(fā)明的技術(shù)方案實現(xiàn)方式
具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，它包括芯區(qū)和包層區(qū)，光纖包層 區(qū)的背景材料具有一定的折射率n。，高摻雜材料折射率為n2的基本單元分布在包層的規(guī)則 網(wǎng)格結(jié)點上，構(gòu)成以芯區(qū)中心為中心的周期性排布方式，每個基本單元的高摻雜區(qū)周圍包
裹著至少一層低折射率&的環(huán)帶形區(qū)域，且^^ ^ L5% 2 _03%，其特征是光
纖的芯區(qū)的中心位于光纖端面的中心，并沿光纖長度方向延伸；光纖芯區(qū)的形狀是非圓對
稱的，并具備軸對稱特點，對稱軸過芯區(qū)中心，所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)由光纖正中心的基本單元和
以正中心的基本單元為中心對稱分布的兩個或四個基本單元組成。 所述芯區(qū)的材料為固體，并具有一定的折射率分布，或者為均勻材料。 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成如下光纖正中心的基本單元和以正中心的基本單元為中心
對稱分布的兩個基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜材料替代而形成。
所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心的一個基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或
者稀土摻雜材料替代而形成；以正中心的基本單元對稱分布的兩個基本單元被應(yīng)力摻雜材
料替代而成。 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心和以正中心的基本單元為中心對稱分布的四個 基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜材料替代而形成。 光纖正中心一個基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜材料替代而形 成；以正中心的基本單元為中心對稱分布的四個基本單元被應(yīng)力摻雜材料替代而形成。
所述的包層基本單元，也稱為摻雜單元，其中心位于正六邊形網(wǎng)格的結(jié)點上，構(gòu)成 以芯區(qū)中心為中心的周期性排布方式；該基本單元組成為基本單元的中心區(qū)域為高折射 率摻雜的圓形區(qū)域；該高折射率摻雜區(qū)域的周圍包括著低折射率摻雜的環(huán)帶型區(qū)域；以及 包裹圓形區(qū)域和環(huán)帶型區(qū)域的正六邊形區(qū)域，該六邊形的中心即是高摻雜區(qū)域的中心，該 六邊形的大小滿足和其它一系列相同的基本單元密排光纖端面微結(jié)構(gòu)區(qū)域的形態(tài)。
所述包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為三圈以上，優(yōu)選3 8圈，更優(yōu)選5 8圈。 所述包層基本單元的高摻雜材料中心周圍，至少包裹著一圈折射率小于背景材料 折射率的材料。 合理設(shè)計包層的基本單元的尺寸和折射率分布，可以使得該包層對于某些波段的
光禁止，即形成了光子禁帶效應(yīng)。由于光纖芯區(qū)是有別于包層基本單元的材料，所以光纖芯
區(qū)將對被包層禁止的光透明，從而現(xiàn)實了把光限制在芯區(qū)進行縱向傳輸?shù)哪康摹?為保證所述光子帶隙光纖在200nm 1800nm波段通光時光纖玻璃包層直徑不大
于400微米，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)材料折射率n2，需要滿足^1^ ^ 。 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損 耗都較低，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)周圍包裹的低折射率材料A之間，需要滿足 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損耗都 較低，所述光纖包層的基本單元中，高摻雜區(qū)直徑dh、高摻雜區(qū)周圍包裹的低摻雜區(qū)直徑4、光纖節(jié)距A即最近臨兩個基本單元中心之距，這三者之間需滿足0.95>2>^2 0.2
<formula>formula see original document page 6</formula> 由于包層基本單元的周期性排布方式已經(jīng)確定、基本單元的摻雜濃度、基本單元 的摻雜區(qū)域大小確定之后，這樣的周期性排布方式所組成的晶格結(jié)構(gòu)的光子能帶結(jié)構(gòu)就被 決定了。為保證所述光子帶隙光纖具備一定的偏振保持性能，針對所述光子帶隙光纖的芯 區(qū)形狀及其折射率分布進行特別設(shè)計。光纖芯區(qū)被設(shè)計成結(jié)構(gòu)的對稱性破缺或者應(yīng)力的對 稱性破缺的形式，從而使得光能被按光纖芯區(qū)形狀的方式分配或者由于光彈效應(yīng)而產(chǎn)生基 模兩個簡并模式的分裂，產(chǎn)生高的雙折射。使得光纖產(chǎn)生較高雙折射的原因有兩種，一是形 狀雙折射，一是應(yīng)力雙折射。前者由光纖芯區(qū)結(jié)構(gòu)的圓對稱性破缺而產(chǎn)生，后者由引入光纖 的熱膨脹系數(shù)較大的材料即應(yīng)力單元引起。 本發(fā)明中的高折射率材料一般為摻雜二氧化鍺的石英玻璃，低折射率材料一般為 摻雜氟元素的石英玻璃。本發(fā)明的制備方法可以分為三步 第一步，制作設(shè)計要求的摻雜預(yù)制棒該預(yù)制棒的折射率剖面對應(yīng)所述光子帶隙 光纖包層區(qū)域基本單元的折射率剖面，把制作的摻雜預(yù)制棒拉制為要求的較細尺寸，一般 拉制為直徑在O. 5mm 3mm的細絲；同時準備好直徑相同和相異的純石英玻璃絲19-35支， 用于預(yù)制棒制作過程的間隙填充以及芯區(qū)的構(gòu)成； 第二步，以密堆積的方式排布上述拉制的細摻雜玻璃絲形成捆狀物，并套入一個 特定尺寸的套管，然后用摻雜材料或背景材料制成的細絲對芯區(qū)進行替換、用背景材料制 作的細絲對所使用的套管內(nèi)壁與細絲捆狀物間的間隙進行填充并加固，最終形成所述光子 帶隙光纖的預(yù)制棒； 第三步，在一個普通光纖的拉絲塔上，設(shè)定合適的拉絲條件將上述預(yù)制棒拉絲制 成本發(fā)明的光纖。 本發(fā)明的光纖可以應(yīng)用于需要偏振光傳輸?shù)念I(lǐng)域，例如光纖陀螺儀，干涉計等；芯 區(qū)進行稀土摻雜后可應(yīng)用作為光纖放大器、光纖激光器的增益介質(zhì)；相比較與帶有空氣孔 的光子晶體光纖而言，本發(fā)明所述的光纖在與普通通信光纖、普通光纖跳線之間的熔接更 為簡便可靠，光纖的機械性能更加優(yōu)異。本發(fā)明采用的基于專利CN1945363A，并對包層基本 單元的折射率下陷包層的摻雜深度、寬度，以及高摻雜材料的摻雜濃度、寬度都做了進一步 的改進，對其具體取值范圍做了更為具體的限制。這些改進使得所述光子帶隙光纖在低階 帶隙的傳輸損耗傳輸損耗相比專利CN1945363A又降低了一個數(shù)量級，達到低于ldB/km的 量級。當然相比與專利CN1945363A，本發(fā)明更主要的特點在于其具有偏振保持特性。
圖1是本發(fā)明的三芯結(jié)構(gòu)(三個基本單元被替代形成芯區(qū))光纖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明中心摻氟的三芯結(jié)構(gòu)(三個基本單元被替代形成芯區(qū))光纖結(jié)構(gòu)示 意圖。 圖3是圖1的模場分布圖。 圖4是圖1結(jié)構(gòu)光纖的光子帶隙圖及其導(dǎo)模。
圖5是圖1結(jié)構(gòu)光纖在第一帶隙內(nèi)的雙折射隨歸一化波長的關(guān)系。 圖6是圖2的模場分布圖。 圖7是圖2結(jié)構(gòu)光纖的光子帶隙圖及其導(dǎo)模。 圖8是圖2結(jié)構(gòu)光纖在第一帶隙內(nèi)的雙折射隨歸一化波長的關(guān)系。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖具體描述本發(fā)明的內(nèi)容。 采用全矢量二維的頻域有限差分(FDFD)的方法(Shangping Guo ， FengWu， Sacharia Albin， Hsiang Tai， and Robert Rogowski， 〃 Loss anddispersion analysis of microstructured fibers by finite_differencemethod， 〃 Opt. Express 12， 3341-3352(2004))計算了全固光子帶隙光纖的帶隙圖及其導(dǎo)模。 下面通過實施例為本發(fā)明做進一步的闡述，其目的在于方便于更好地理解本發(fā)明 的內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例一 圖i是本發(fā)明三芯結(jié)構(gòu)保偏全固光子帶隙光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)包括 了芯區(qū)和包層區(qū)。芯區(qū)的結(jié)構(gòu)是這樣構(gòu)成的光纖正中心ll及其兩邊對稱的兩個基本單元 (12和13)共計三個基本單元被背景材料替代而形成，因此芯區(qū)具有均勻的一種材料組成， 即背景材料，折射率為n。，一般為高純的二氧化硅。光纖的包層區(qū)由包層基本單元也稱為摻 雜單元組成，其中心位于正六邊形網(wǎng)格的結(jié)點上，構(gòu)成以芯區(qū)中心為中心的周期性排布方 式，如圖1所示。該基本單元的中心區(qū)域為高折射率1!2的圓形區(qū)域；該高折射率摻雜區(qū)域 的周圍包裹著低折射率r^的環(huán)帶型區(qū)域。
所述包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為5圈。 上述材料折射率之間的關(guān)系為高摻雜材料折射率化〉背景材料折射率n。 >環(huán)帶 型區(qū)材料折射率r^。 為保證所述光子帶隙光纖在200nm 1800nm波段通光時光纖玻璃包層直徑接近 125微米，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)材料折射率n2之間，需要滿足3% ^ ^ 2% 。 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損 耗都較低，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)周圍包裹的低折射率材料A之間，需要滿足
一0.80/"^^_0.3%。 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損耗都 較低，所述光纖包層的基本單元中，高摻雜區(qū)直徑dh、高摻雜區(qū)周圍包裹的低摻雜區(qū)直徑
4、光纖節(jié)距A即最近臨兩個基本單元中心距離，這三者之間需滿足0.95>^>^20.2,
a a
a 《 本發(fā)明中的高摻雜材料為二氧化鍺摻雜的石英玻璃，低折射率材料為摻雜氟元素 的石英玻璃。本發(fā)明的制備方法如下 第一步，制作設(shè)計要求的摻雜預(yù)制棒該預(yù)制棒的折射率剖面對應(yīng)所述光子帶隙光纖包層區(qū)域基本單元的折射率剖面，把制作的摻雜預(yù)制棒拉制為直徑相同大小在1mm 1. 5mm范圍的細絲；同時準備好直徑相同和相異的純石英玻璃絲19 35支，用于預(yù)制棒制 作過程的間隙填充以及芯區(qū)的構(gòu)成； 第二步，以密堆積的方式排布上述拉制的細摻雜玻璃絲形成捆狀物，并套入一個 外徑30mm內(nèi)徑21mm的套管，然后用背景材料制成的細絲對芯區(qū)進行替換、以及用背景材料 制作的細絲對所使用的套管內(nèi)壁與細絲捆狀物間的間隙進行填充并加固，最終形成所述光 子帶隙光纖的預(yù)制棒； 第三步，在一個普通光纖的拉絲塔上，設(shè)定合適的拉絲條件將上述預(yù)制棒拉絲制 成本發(fā)明的光纖，外徑125um。 為了更加具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容，我們針對該實施例一選定一組特定的參數(shù)計 算該結(jié)構(gòu)光纖的帶隙圖、導(dǎo)模，模場分布，以及帶隙內(nèi)的雙折射。參數(shù)選定如下
背景材料折射率n。 = 1. 45 環(huán)帶型區(qū)材料折射率= 1. 4413，對應(yīng)的摻雜區(qū)直徑為0. 8 A
高摻雜材料折射率n2 = 1. 483，對應(yīng)的摻雜區(qū)直徑為0. 6 A
包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為5圈 計算結(jié)果由圖3、4、5分別表達。圖3為歸一化波長A/A為0. 35處的模場分布 圖，圖4為前三個帶隙的光子帶隙結(jié)構(gòu)圖及其導(dǎo)模，圖5為一階帶隙內(nèi)雙折射隨歸一化波長 的變化關(guān)系圖。
實施例二 圖2是本發(fā)明中心摻氟的三芯結(jié)構(gòu)保偏全固光子帶隙光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。 該結(jié)構(gòu)包括了芯區(qū)和包層區(qū)。芯區(qū)的結(jié)構(gòu)是這樣構(gòu)成的光纖正中心基本單元21由摻氟的 石英玻璃材料代替，折射率為nQ1 ;兩邊對稱的兩個基本單元(22和23)兩個基本單元被背 景材料替代，折射率為n。。因此芯區(qū)具有兩種材料組成，即位于正中心的摻氟石英材料的基 本單元與位于它的兩側(cè)的背景材料組成的兩個基本單元。光纖的包層區(qū)由包層基本單元、 也稱為摻雜單元組成，其中心位于正六邊形網(wǎng)格的結(jié)點上，構(gòu)成以芯區(qū)中心為中心的周期 性排布方式，如圖2所示。該基本單元的中心區(qū)域為高折射率r^的圓形區(qū)域；該高折射率 摻雜區(qū)域的周圍包括著低折射率r^的環(huán)帶型區(qū)域。
所述包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為7圈。 上述材料折射率之間的關(guān)系為高摻雜材料折射率化〉背景材料折射率n。 >芯區(qū) 正中心21的折射率nQ1 >環(huán)帶型區(qū)材料折射率rv 為保證所述光子帶隙光纖在200nm 1800nm波段通光時光纖玻璃包層直徑接近
125微米，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)材料折射率n2之間，需要滿足3%》^ 2% 。 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損 耗都較低，背景材料折射率n。、高摻雜區(qū)周圍包裹的低折射率材料A之間，需要滿足
一0.80/"^^-0.5%。 為保證所述光子帶隙光纖在通訊窗口通光時低階帶隙的限制損耗和彎曲損耗都 較低，所述光纖包層的基本單元中，高摻雜區(qū)直徑dh、高摻雜區(qū)周圍包裹的低摻雜區(qū)直徑4、光纖節(jié)距A即最近臨兩個基本單元中心距離，這三者之間需滿足0.95>2>^^0.2，
A A
并且0.95〉^0.4，3 4"1 。 本發(fā)明中的高摻雜材料為二氧化鍺摻雜的石英玻璃，低折射率材料為摻雜氟元素 的石英玻璃。本發(fā)明的制備方法如實施例一所述。 為了更加具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容，我們也針對該實施例二選定一組特定的參數(shù) 計算該結(jié)構(gòu)光纖的帶隙圖、導(dǎo)模，模場分布，以及帶隙內(nèi)的雙折射。參數(shù)選定如下
背景材料折射率n。 = 1. 45 環(huán)帶型區(qū)材料折射率ni = 1. 4413，對應(yīng)的摻雜區(qū)直徑為0. 8 A
高摻雜材料折射率n2 = 1. 483，對應(yīng)的摻雜區(qū)直徑為0. 4 A
芯區(qū)正中心基本單元摻氟材料區(qū)折射率nQ1 = 1. 447
包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為5圈 計算結(jié)果由圖6、7、8分別表達。圖6為歸一化波長A/A為0. 25處的模場分布 圖，圖7為前三個帶隙的光子帶隙結(jié)構(gòu)圖及其導(dǎo)模，圖8為一階帶隙內(nèi)雙折射隨歸一化波長 的變化關(guān)系圖。
權(quán)利要求
具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，它包括芯區(qū)和包層區(qū)，光纖包層區(qū)的背景材料具有一定的折射率n0，高摻雜材料折射率為n2的基本單元分布在包層的規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點上，構(gòu)成以芯區(qū)中心為中心的周期性排布方式，每個基本單元的高摻雜區(qū)周圍包裹著至少一層低折射率n1的環(huán)帶形區(qū)域，且 <mrow><mfrac> <mrow><msub> <mi>n</mi> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>n</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <msub><mi>n</mi><mn>0</mn> </msub></mfrac><mo>≥</mo><mn>1.5</mn><mo>%</mo><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mfrac> <mrow><msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>n</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <msub><mi>n</mi><mn>0</mn> </msub></mfrac><mo>≤</mo><mo>-</mo><mn>0.3</mn><mo>%</mo><mo>,</mo> </mrow>光纖的芯區(qū)的中心位于光纖端面的中心，并沿光纖長度方向延伸；其特征是光纖芯區(qū)的形狀是非圓對稱的，并具備軸對稱特點，對稱軸過芯區(qū)中心，所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)由光纖正中心的基本單元和以正中心的基本單元為中心對稱分布的兩個或四個基本單元組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心的基本單元和以正中心的基本單元對稱分布的兩個基本 單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜材料替代而形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心的一個基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻 雜材料替代而形成；以正中心的基本單元對稱分布的兩個基本單元被應(yīng)力摻雜材料替代而 形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心和以正中心的基本單元為中心對稱分布的四個基本單元 被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜材料替代而形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)如下光纖正中心一個基本單元被背景材料、摻氟玻璃材料或者稀土摻雜 材料替代而形成；以正中心的基本單元為中心對稱分布的四個基本單元被應(yīng)力摻雜材料替 代而形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述包層的基本單元的中心位于正六邊形網(wǎng)格的結(jié)點上，構(gòu)成以芯區(qū)中心為中心的周期性 排布方式；包層的基本單元的組成為基本單元的中心區(qū)域為高折射率摻雜的圓形區(qū)域； 該高折射率摻雜區(qū)域的周圍包括著低折射率摻雜的環(huán)帶型區(qū)域；以及包裹圓形區(qū)域和環(huán)帶 型區(qū)域的正六邊形區(qū)域，該六邊形的中心為高摻雜區(qū)域的中心，該六邊形的大小滿足和其 它一系列相同的基本單元密排光纖端面微結(jié)構(gòu)區(qū)域的形態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6之一所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光 纖，其特征是所述光纖包層的基本單元中，高摻雜區(qū)直徑dh、高摻雜區(qū)周圍包裹的低 摻雜區(qū)直徑dp最近臨兩個基本單元中心距離也就光纖節(jié)距A，這三者之間需滿足0.95>i>$0.2并且0.95>^0.4 3^".1
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6之一所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特 征是所述包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為3 8圈，
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，其特征是 所述包層基本單元形成的正六邊形的圈數(shù)為5 8圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有偏振保持性能的低損耗全固光子帶隙光纖，它包括芯區(qū)和包層區(qū)，光纖包層區(qū)的背景材料具有一定的折射率n0，高摻雜材料折射率為n2的基本單元分布在包層的規(guī)則網(wǎng)格結(jié)點上，每個基本單元的高摻雜區(qū)周圍包裹著至少一層低折射率n1的環(huán)帶形區(qū)域，且光纖的芯區(qū)的中心位于光纖端面的中心，并沿光纖長度方向延伸；光纖芯區(qū)的形狀是非圓對稱的，并具備軸對稱特點，對稱軸過芯區(qū)中心。所述芯區(qū)的結(jié)構(gòu)由光纖正中心的基本單元和以正中心的基本單元為中心對稱分布的兩個或四個基本單元組成。本發(fā)明的全固光子帶隙光纖既具備低的限制損耗、彎曲損耗，又具備偏振保持的性能。
文檔編號G02B6/024GK101713843SQ200910272790
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者張方海, 童維軍, 郭江濤, 陳蘇, 韋會峰, 韓慶榮 申請人:長飛光纖光纜有限公司