一种四层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤

摘要

本发明公开了一种四层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤，属于微结构光纤技术领域。具体结构为：截面为圆形，从外向内依次为涂覆层，包层和包层空气孔；包层空气孔为4层对称结构，呈六角形排列；包层空气孔的中心为缺陷，中心沿x轴方向有两个大空气孔，形成光纤的形状双折射。包层空气孔的直径d为3.0～3.8μm；相邻两个包层空气孔间的距离Λ为5.4～6.2μm；大空气孔的直径D为5.5～6.4μm，占空比d/Λ为0.55～0.65，归一化频率Λ/λ范围在3.5～4之间；优点为：在一定尺寸限度内大幅提高陀螺精度，提高光纤陀螺的温度性能和光纤双折射的温度稳定性，降低光纤陀螺的温度敏感性；光纤模场直径更接近于普通保偏光纤，熔接损耗更小；包层和涂覆层直径小于目前光纤水平，有利于陀螺小型化。

主权项

一种四层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤，其特征在于：光纤截面为圆形，从外向内的结构依次为涂覆层，包层和包层空气孔；所述保偏光子晶体光纤结构的参数为：纤芯两侧大空气孔的直径D，包层空气孔的直径d，两相邻空气孔间的距离Λ，占空比d/Λ及归一化频率Λ/λ；所述的包层空气孔的直径d为3.0～3.8μm，两相邻空气孔间的距离Λ为5.4～6.2μm，大空气孔的直径D为5.5～6.4μm，两个大空气孔间的距离2Λ为10.8～12.4μm，占空比d/Λ为0.55～0.65，归一化频率Λ/λ为3.5～4；涂覆层直径优选为135μm；包层直径优选为80μm‑100μm；通过仿真对参数进行优化，使细径保偏实芯光子晶体光纤满足模场直径、双折射、损耗的性能；具体仿真步骤如下：步骤1、计算保偏光子晶体光纤的有效V值并确定实现单模传输的占空比范围；根据仿真软件计算，当有效V值小于π时能实现光的单模传输，占空比范围为：小于等于0.7；步骤2、根据单模传输和模场直径，在步骤1的范围内进一步确定与普通熊猫型保偏光纤模场相匹配的占空比范围及归一化频率范围；与普通熊猫型保偏光纤相匹配的有效模场直径范围为：归一化频率Λ/λ大于3.5，小于4，且占空比d/Λ大于0.5；同时为使光纤实现单模传输，在归一化频率Λ/λ范围下，进一步确定占空比小于0.65；步骤3、在步骤2的范围内，计算满足光纤双折射时大空气孔直径的范围；根据步骤2得到：当归一化频率Λ/λ范围为：大于3.5，小于4，同时该保偏光子晶体光纤双折射大于5×10^‑4，根据仿真软件得到大孔直径需大于5μm；步骤4、根据步骤2中占空比及归一化频率的范围，进一步得到限制光纤损耗的占空比范围；为达到限制损耗小于0.01dB/km，根据仿真软件计算，占空比范围d/Λ进一步需大于0.55，同时小于0.65；步骤5、根据步骤1‑4的计算结果，得到保偏光子晶体光纤的优化参数；以光纤截面圆心为原点，建立x‑y轴坐标系，同时该原点为包层空气孔的中心缺陷，沿x轴正方向依次等间距Λ设有1个大空气孔和2个小包层空气孔；沿x轴负方向依次等间距Λ设有1个大空气孔和2个小包层空气孔；两个大空气孔关于中心缺陷对称，两个大空气孔破坏光纤的六角对称性，在x轴方向与y轴方向传输光的折射率不同，形成光纤的形状双折射；在包层上沿y轴正方向等间距设有4层包层空气孔，依次为最内层，第三层，第二层和最外层，其中最内层为8个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，第三层有7个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，第二层有6个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，最外层为3个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔；沿y轴负方向等间距设有4层包层空气孔，依次为最内层，第三层，第二层和最外层，其中最内层有8个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，第三层有7个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，第二层有6个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔，最外层为3个关于y轴对称且等间距Λ放置的包层空气孔；y轴正方向和y轴负方向的4层包层空气孔分别关于x轴对称，所有的包层空气孔均呈正六角形排列。