079-93 高双折射率的光子晶体光纤

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所属分类:软件电子

079-93 高双折射率的光子晶体光纤

【成果概况】:光子晶体光纤(PCF)是最近几年特种光纤研究领域的热点课题,其包层截面上具有折射率的二维周期性变化,利用光子带隙和全内反射效应来导引光波。典型的PCF结构是在光纤包层中含有二维周期性排列的微小气孔(微米量级),而纤芯是纯石英材料或空洞结构。PCF光纤截面结构参数的可变范围很大,通过合理的设计和配置,可以对光纤的各种传输特性进行调控。我们的研究工作主要集中在高双折射PCF光纤的结构优化设计和工艺实现方法及其保偏特性测试方面。探索了制备光子晶体光纤(PCF)的工艺技术,如:各种外径(0.6-1.0mm)薄壁(0.1-0.3mm)石英毛细管的拉制技术,各种几何外形(如正六面柱体)石英管(棒)的研磨技术,石英毛细管(棒)的密接拼合与套管封棒技术,预制棒中微孔气压的控制技术,拉丝炉温度场分布的控制技术等。制作了具有全同气孔均匀分布的PCF样品A和具有不同孔径的非对称结构的双折射PCF样品B。样品A:芯径约11.5微米,包层多孔区直径约60微米, 其内对称均匀分布4层共54个微孔,孔径约3.25微米, 孔间距约7.25微米。样品B: 包层多孔区域直径约40微米, 其内分布5层共84个微孔,孔间距约 4.2微米,其中82个微孔直径约2.2微米,靠近纤芯两侧两个特殊微孔的直径约4微米,形成类椭圆形纤芯约4.3X5.4微米。对PCF样品的传输特性进行了实验测量,研究了光纤弯曲损耗在短波长段对PCF光纤透射谱的影响,运用波长扫描和磁光调制等方法,测量了非对称结构PCF样品的双折射拍长值及其随波长的变化规律。分别基于时域有限差分(FDTD)算法和多极子(Multipole)方法,编写了计算软件,光纤双折射的计算精度为10-6量级,可适用于研究非对称性截面结构的双折射光纤。研究表明,非对称微结构光子晶体光纤的双折射随波长的增大而增大,对应的双折射拍长随波长的增大而减小, 而纤芯两侧两个特殊微孔的直径相对于包层其它微孔直径的变化越大,产生的双折射越强。非线性光学(超连续光谱光源),光纤传感(光纤陀螺、大电流传感器等)。

【技术特点】:PCF多孔包层偏离对称性结构时,可以引起双折射效应,通过合理设计PCF多孔包层中的非对称性结构,可以将其双折射值提高到接近甚至优于常规保偏光纤(如熊猫型或领结型)的数值。由于PCF光纤包层中有许多微气孔,缓冲了外部应力对于纤芯的作用强度,也减缓了环境温度的变化对其性能的影响,使它比传统的保偏光纤具有更为优良的偏振态保持能力,可应用于各种光纤传感器中,改善其抗温度扰动和震动扰动的能力,提高稳定性和可靠性。主要技术性能指标:普通型光子晶体光纤(A类样品)在500-1700nm波长范围内可单模传输, 零色散波长约为1000-1200nm,高双折射光子晶体光纤(B类样品)在1550nm的双折射拍长可以达到1-3mm的范围(依两侧边孔直径的变化幅度而定)。A类多孔光纤受侧向挤压引起的线双折射较小,为普通单模通信光纤的10~20%。在相同压力下,B类多孔光纤的偏振态的变化为应力双折射光纤的20-30%,保偏能力较强。B类多孔光纤的拍长随温度的变化率较小,比常规应力型保偏光纤小一个数量级。

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