張正雄,陳吳,佟亮,代問(wèn)問(wèn),劉韶清,鄭子其,葉珊珊,王洋洋,蔣文輝,高偉清

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院光學(xué)工程系,安徽 合肥 230601)

0 引言

1998年,Russell研究組[1]率先拉制出了第一根空芯光子帶隙光纖(HC-PBGF)。相比于實(shí)芯的光子晶體光纖,HC-PBGF在材料吸收、色散、損耗和損傷閾值等方面都有突出的性能。但HC-PBGF嚴(yán)格的周期排布導(dǎo)致其設(shè)計(jì)自由度小,并且只能在特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。近年來(lái),空芯負(fù)曲率光纖(HC-NCF)的出現(xiàn)引起了科研人員的廣泛關(guān)注。與HC-PBGF不同,HC-NCF的結(jié)構(gòu)沒(méi)有嚴(yán)格的周期性排列,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸?shù)膸挻?、包層設(shè)計(jì)更為靈活[2],在紫外至中紅外波段的激光傳輸中有廣泛的應(yīng)用前景[3]。關(guān)于HC-NCF的報(bào)道最早可追溯到2002年,Benabid等[2]報(bào)道了一種新型的Kagome空芯光纖。通過(guò)對(duì)Kagome光纖不斷深入的研究,2011年,Pryamikov等[4]報(bào)道了一種由8個(gè)相鄰圓環(huán)組成的HC-NCF。2013年,Yu等[5]提出并制備了在2.4μm損耗為24.4 dB/m的HC-NCF。為了研究HC-NCF的寬波段傳輸,同年,Kolyadin等[6]提出了能覆蓋2.5～7.9μm波段的HC-NCF。2017年,Debord等[7]制備出的HC-NCF在750 nm處的損耗低至7.7 dB/km,進(jìn)一步闡述了HC-NCF的低損耗特性。2018年,Gao等[8]提出了一種連體管的HC-NCF,對(duì)比普通的HC-NCF,這種連體管進(jìn)一步優(yōu)化了HC-NCF的損耗,在1512 nm處的損耗低至2 dB/km。隨后,英國(guó)南安普頓大學(xué)拉制出在C波段和L波段損耗為0.65 dB/km的HC-NCF[9]。2020年,南安普頓大學(xué)優(yōu)化了光纖結(jié)構(gòu),拉制出在C波段和L波段損耗為0.28 dB/km的嵌套HC-NCF,這是目前報(bào)道損耗最低的HC-NCF[10]。

光入射到具有各向異性的晶體時(shí)通常會(huì)分解成兩個(gè)正交偏振光,其傳播速度和折射率一般都不相同,稱為雙折射效應(yīng)。光在光纖中傳輸時(shí)容易受到外界因素如應(yīng)力和溫度等方面的影響,導(dǎo)致不可控的雙折射,影響了光纖在各方面的應(yīng)用。保偏光纖可通過(guò)改變光纖結(jié)構(gòu)引入高雙折射來(lái)減少外界因素的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)芯光纖來(lái)說(shuō),主要通過(guò)改變纖芯的形狀和光纖橫截面的不均勻性來(lái)實(shí)現(xiàn)高雙折射[11],如熊貓光纖。相比于實(shí)芯光纖,空芯光纖具有低色散、低非線性和高損傷閾值等方面的優(yōu)勢(shì),所以,保偏空芯光纖在高功率激光傳輸?shù)阮I(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。2002年,Saitoh等[12]首次將改變形狀導(dǎo)致雙折射的方法應(yīng)用到空芯光子晶體帶隙型光纖中,數(shù)值模擬的雙折射高達(dá)10?3,但光纖的損耗較大。2008年,Mangan等[13]拉制了一種保偏空芯光子帶隙光纖,最低損耗為15 dB/km,雙折射達(dá)到10?4。雖然光子帶隙光纖能在空氣中進(jìn)行纖芯模式傳輸,但是導(dǎo)光通帶窄和模式純度差等缺點(diǎn)制約了其在光傳輸和光通信等方面的應(yīng)用。而空芯HC-NCF彌補(bǔ)了空芯光子帶隙光纖在導(dǎo)光通帶和模式純度方面的缺陷。2013年,Vincetti等[14]研究了纖芯橢圓率對(duì)空芯HC-NCF雙折射特性的影響,但雙折射都不超過(guò)7×10?5。2016年,Mousavi等[15]展示了一種在1550 nm處偏振消光比為1000的保偏HC-NCF。2018年,Wei等[16]提出一種在簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的無(wú)節(jié)點(diǎn)HC-NCF中引入雙折射的方法,最終獲得1550 nm處雙折射為1.3×10?5。

目前為止,有關(guān)HC-NCF保偏和單偏振傳輸?shù)难芯窟€較少,主要集中在降低HC-NCF的損耗。目前所報(bào)道的負(fù)曲率保偏光纖的雙折射和模間損耗比都還難以達(dá)到正常光纖的水平。本文提出一種新的HC-NCF結(jié)構(gòu),通過(guò)引入橫向內(nèi)包層破壞光纖的對(duì)稱性,從而獲得高雙折射和高消光比。在引入內(nèi)包層后,分析了影響光纖雙折射和消光比的因素,包括內(nèi)包層管的壁厚、直徑和纖芯直徑。通過(guò)優(yōu)化光纖參數(shù),模擬了該光纖在C波段傳輸時(shí)的雙折射和消光比特性。結(jié)果表明,該光纖在1.55μm附近具有高雙折射和高消光比,且滿足低損耗傳輸。

1 HC-NCF雙折射的物理模型和基本理論

1.1 有限元法

有限元法是一種用于求解各種物理場(chǎng)的計(jì)算方法,具體方程可表示為

式中:μr和εr分別表示介質(zhì)磁導(dǎo)率和相對(duì)介電常數(shù),E表示電場(chǎng),ω表示真空中傳播的頻率,c表示真空中的光速。其思想是將連續(xù)求解域劃分為多個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)格,再對(duì)這些離散的互聯(lián)微小網(wǎng)格近似求解,最后獲得整個(gè)區(qū)域的最終結(jié)果。這種方法計(jì)算精度高,適用于研究HC-NCF這種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)行為。另外,有限元算法的優(yōu)勢(shì)是對(duì)求解域網(wǎng)格劃分比較靈活,可以自由控制求解域網(wǎng)格的疏密程度。一般情況下,對(duì)光場(chǎng)分布比較集中、結(jié)構(gòu)曲率半徑較小和折射率發(fā)生變化的位置進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化,而其他位置可采用比較稀疏的網(wǎng)格。這種計(jì)算方法既提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性,又減少了計(jì)算量。

1.2 保偏HC-NCF模型的建立與基本原理

所設(shè)計(jì)HC-NCF的結(jié)構(gòu)如圖1所示,灰色區(qū)域代表空氣。最外層黑色區(qū)域?yàn)橥昝榔ヅ鋵?PML),其目的是為了減小模擬窗口的尺寸以及提高計(jì)算精度,厚度設(shè)置為設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的一半[17]。和PML相鄰的區(qū)域?yàn)楸Ｗo(hù)層,主要作用是保護(hù)光纖。光纖外包層由六個(gè)管環(huán)構(gòu)成,管環(huán)的厚度為t,紫色部分代表石英材料;外包層管的內(nèi)直徑dtube由空氣填充,其間距為g。纖芯直徑為Dcore。Dcore可以表示為[18]

圖1 所設(shè)計(jì)光纖的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the designed optical f iber

式中p=6,表示環(huán)的數(shù)量。為了引入高雙折射,添加了內(nèi)包層,其由兩個(gè)管環(huán)組成,管環(huán)的厚度為t1,橙色部分代表石英玻璃,內(nèi)包層管的內(nèi)直徑為dtube1。由(2)式可得

主要適用于外包層環(huán)數(shù)量為6的情況。利用有限元算法分析HC-NCF的模場(chǎng)特性以及損耗特性。

沒(méi)有引入內(nèi)包層情況下,當(dāng)滿足反諧振條件時(shí),外包層管環(huán)壁厚t表示為[19]

式中:λ為波長(zhǎng),n1和n0分別為石英玻璃和空氣的折射率,m為任意正整數(shù)。光在傳輸時(shí)共有三種模式:材料中的玻璃管模式,包層環(huán)內(nèi)空氣部分的包層管模式和纖芯模式。在滿足反諧振條件時(shí)光會(huì)從玻璃管中反射回纖芯,減少纖芯模式的泄露。因此,為了減少纖芯模式泄漏,包層管的壁厚應(yīng)該滿足反諧振條件。在空芯HC-NCF中,每一個(gè)單獨(dú)包層環(huán)也具備反諧振條件,可以把模式束縛在環(huán)中,導(dǎo)致外包層空氣中的管模有效折射率和纖芯中有效折射率幾乎一致,這會(huì)使纖芯基模和空氣中的管模發(fā)生耦合,導(dǎo)致纖芯的損耗增大。為了抑制兩個(gè)模式的耦合,需要使兩個(gè)模式之間有一定程度的空間錯(cuò)位,并且使兩個(gè)模式的有效折射率失配[20]。這就要求在設(shè)計(jì)空芯HC-NCF時(shí),既要滿足壁厚t的反諧振條件來(lái)防止纖芯模式泄露,又要考慮纖芯和外包層管的內(nèi)直徑大小來(lái)抑制纖芯模式和外包層空氣中的管模的耦合。所以,通過(guò)引入橫向內(nèi)包層改變結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的方法來(lái)提高雙折射。在引入內(nèi)包層后,既破壞了光纖的對(duì)稱性,又減少了外包層管和纖芯之間的模式耦合。光纖雙折射B可表示為

式中:βx、βy分別表示x和y兩個(gè)正交方向上的模式傳播常數(shù),nx、ny表示兩個(gè)正交方向的有效折射率。在引入內(nèi)包層時(shí),隨著內(nèi)包層管壁厚度的變化,纖芯模式和玻璃管模式發(fā)生反交叉式的耦合現(xiàn)象。兩種模式的耦合將局域改變其有效折射率。另外,這種模式耦合還會(huì)在光纖的損耗譜內(nèi)引入一個(gè)損耗尖峰[21]。通過(guò)這種方式可以獲得具有高雙折射和具有單偏振傳輸特性的光纖,其中偏振消光比(PER)[22]定義為兩個(gè)正交方向上的基模損耗比值,當(dāng)PER大于100(20 dB)時(shí),則可認(rèn)為是單偏振光傳輸。當(dāng)然在獲得高折射率保偏光纖的同時(shí),需要保證光纖的限制損耗不能過(guò)高。限制損耗LC可以表示為[23]

式中:nimag表示有效折射率的虛部,λ表示光的波長(zhǎng)。

2 HC-NCF參數(shù)對(duì)傳輸特性的影響

2.1 壁厚t和包層管直徑d tube1對(duì)光纖雙折射的影響

本節(jié)主要討論引入內(nèi)包層后,內(nèi)包層管環(huán)壁厚和內(nèi)包層管的內(nèi)直徑對(duì)光纖雙折射和損耗的影響。外包層管環(huán)壁厚和外包層管內(nèi)直徑的大小主要是控制光纖的損耗,對(duì)光纖的雙折射影響不大。設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為1550 nm,玻璃材料折射率為1.444。為了不增大光纖限制損耗,同時(shí)考慮光纖制備的簡(jiǎn)易性,選擇外包層管壁厚t在二階反諧振區(qū)。根據(jù)(4)式可知,當(dāng)m=2時(shí),壁厚為1.116μm。纖芯直徑Dcore和外包層管的內(nèi)直徑dtube都為30μm。以下計(jì)算都設(shè)置外包層管的內(nèi)直徑和纖芯直徑的值相等。首先,對(duì)內(nèi)包層管環(huán)壁厚t1進(jìn)行分析。內(nèi)包層管的內(nèi)直徑dtube1是外包層管的內(nèi)直徑dtube的一半。圖2所示為x和y偏振分量有效折射率隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線圖。由圖2可知,x和y偏振分量的有效折射率相差不大。但在內(nèi)包層管壁厚為0.8μm和1.55μm時(shí)x和y偏振分量的有效折射率出現(xiàn)了不連續(xù)的情況,這是因?yàn)楣鈧鬏敃r(shí)在這兩個(gè)位置發(fā)生了一階和二階諧振,光不能透過(guò)。另外,當(dāng)內(nèi)包層壁厚接近諧振壁厚時(shí),x和y偏振分量的有效折射差會(huì)變大。當(dāng)內(nèi)包層管環(huán)壁厚在一階諧振附近(0.8μm)時(shí),x和y偏振分量的有效折射率差為1.9×10?5;當(dāng)壁厚在二階諧振附近(1.55μm)時(shí),x和y偏振分量的有效折射率差為2.33×10?5。所以,對(duì)于該結(jié)構(gòu)的保偏HC-NCF來(lái)說(shuō),內(nèi)包層管環(huán)壁厚應(yīng)選擇在諧振區(qū)域附近,以下研究中選擇內(nèi)包層管環(huán)壁厚在二階諧振附近進(jìn)行分析。

圖2 x和y偏振分量有效折射率隨內(nèi)包層壁厚變化曲線Fig.2 Variation curve of x and y polarization effective refractive index with inner cladding wall thickness

分析了內(nèi)包層管環(huán)壁厚對(duì)光纖雙折射的影響后,需要研究?jī)?nèi)包層管的內(nèi)直徑對(duì)光纖雙折射特性的影響。為了保證光能傳輸,內(nèi)包層管環(huán)壁厚選取在二階諧振附近,其余的參數(shù)不變,即t1=1.56μm,使內(nèi)包層管的內(nèi)直徑在6～29μm內(nèi)變化。圖3為雙折射隨內(nèi)包層管內(nèi)直徑變化的曲線。該光纖結(jié)構(gòu)的雙折射會(huì)隨著內(nèi)包層管內(nèi)直徑的增大呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在內(nèi)包層管的內(nèi)直徑為8μm和9μm時(shí),光纖的雙折射都超過(guò)了10?4。當(dāng)光纖內(nèi)包層管的內(nèi)直徑超過(guò)這兩個(gè)值時(shí),雙折射會(huì)下降。當(dāng)內(nèi)包層管的內(nèi)直徑增大到17μm以后,該光纖的雙折射低于10?5。所以,對(duì)于纖芯直徑為30μm的情況,選擇內(nèi)包層管的內(nèi)直徑為9μm。

圖3 雙折射隨內(nèi)包層管環(huán)的內(nèi)直徑變化曲線Fig.3 Variation curve of birefringence with inner cladding tube diameter

以上研究表明,當(dāng)壁厚值接近諧振區(qū)域時(shí)光纖具有高雙折射,但HC-NCF對(duì)內(nèi)包層管壁厚值較為敏感。所以,選擇內(nèi)包層管的內(nèi)直徑為9μm時(shí),在接近二階諧振區(qū)域做進(jìn)一步分析。圖4(a)所示為x和y偏振分量有效折射率隨內(nèi)包層管壁厚增大的變化趨勢(shì)。當(dāng)內(nèi)包層管壁厚增大時(shí),x偏振分量分別在壁厚值為1.56μm和1.59μm處有效折射率發(fā)生突變,而y偏振分量分別在1.56μm和1.58μm兩個(gè)位置發(fā)生突變。這是因?yàn)樵谝雰?nèi)包層時(shí),兩個(gè)正交方向上的模式和內(nèi)包層玻璃管模式進(jìn)行耦合。圖4(b)所示為雙折射隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線圖。與有效折射率變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng),當(dāng)基模的x和y偏振分量與玻璃管模式發(fā)生耦合時(shí),光纖的雙折射都會(huì)出現(xiàn)峰值。其中當(dāng)壁厚值t1=1.56μm時(shí),雙折射值最大,B=1.33×10?4。圖4(c)所示為x和y偏振分量的損耗隨內(nèi)包層壁厚變化的曲線圖。由圖可見(jiàn)x偏振的損耗都大于1 dB/m,在橫向引入內(nèi)包層,所以對(duì)x偏振分量的耦合更明顯。x偏振和y偏振在耦合的位置都出現(xiàn)了損耗增大的現(xiàn)象。由于內(nèi)包層的引入,兩個(gè)正交方向上的基模與包層玻璃管模式發(fā)生耦合后會(huì)泄露到包層中,導(dǎo)致模式的損耗增大。圖4(d)所示為x和y偏振分量偏振消光比隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線圖。在t1值為1.55～1.562μm、1.593～1.6μm范圍時(shí),偏振消光比都大于100(20 dB),其中在t1=1.56μm時(shí),偏振消光比最大,達(dá)到了4723(36.7 dB)。

圖4 纖芯直徑為30μm。(a)有效折射率隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(b)雙折射隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(c)損耗隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(d)PER隨內(nèi)包層壁厚變化曲線Fig.4 The core diameter is 30μm.(a)Variation curve of effective refractive index with inner cladding wall thickness;(b)Variation curve of birefringence with inner cladding wall thickness;(c)Variation curve of loss with inner cladding wall thickness;(d)Variation curveof PER with inner cladding wall thickness

2.2 纖芯直徑對(duì)光纖雙折射的影響

根據(jù)Marcatili和Schmeltzer模式傳輸理論[24],當(dāng)增大纖芯直徑時(shí),入射光在纖芯邊界的掠射角會(huì)增大,從而提高了菲涅爾衍射,所以可以通過(guò)增大纖芯直徑來(lái)減少模式的傳輸損耗。兩個(gè)正交方向上的損耗都會(huì)降低,這也將影響光纖PER的值和雙折射。為了研究纖芯直徑對(duì)該HC-NCF雙折射特性的影響,分別選擇了纖芯直徑為20μm和40μm進(jìn)行計(jì)算。雖然改變纖芯直徑的大小并不會(huì)影響傳輸時(shí)的邊界值,但HC-NCF的光傳輸由反諧振和模式耦合共同決定,所以內(nèi)包層管的內(nèi)直徑值會(huì)影響光纖的雙折射特性。此時(shí)固定內(nèi)包層管壁厚的大小為1.56μm。圖5(a)、(b)分別表示纖芯直徑為20μm、40μm時(shí),光纖雙折射隨內(nèi)包層管的內(nèi)直徑變化的趨勢(shì)。它們都在dtube1=8μm時(shí),雙折射值達(dá)到最大,分別為1.74×10?4和7.2×10?5。這說(shuō)明在同樣的條件下,增大纖芯直徑會(huì)降低雙折射的值。

除了內(nèi)包層管的內(nèi)直徑大小,壁厚對(duì)雙折射也有影響。纖芯直徑為20μm、內(nèi)包層管的內(nèi)直徑為8μm時(shí),光纖的雙折射特性以及PER隨內(nèi)包層管壁厚的變化趨勢(shì)如圖6所示。與圖4相比,兩種情形下纖芯模式都會(huì)與玻璃管模式發(fā)生耦合從而使有效折射率不連續(xù)。當(dāng)纖芯直徑減小時(shí),光纖的高雙折射所對(duì)應(yīng)的壁厚位置和大小都會(huì)發(fā)生變化。纖芯直徑為20μm時(shí),在壁厚值為1.566μm時(shí)雙折射值和PER值都達(dá)到最高,分別為2.62×10?4和234(23.7 dB)。但是,纖芯直徑的大小影響傳輸損耗,此時(shí)y偏振的損耗約為0.8 dB/m,增大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖6 纖芯直徑為20μm。(a)有效折射率隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(b)雙折射隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(c)損耗隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(d)PER隨內(nèi)包層壁厚變化曲線Fig.6 The core diameter is 20μm.(a)Variation curve of effective refractive index with inner cladding wall thickness;(b)Variation curve of birefringence with inner cladding wall thickness;(c)Variation curve of loss with inner cladding wall thickness;(d)Variation curve of PER with inner cladding wall thickness

纖芯直徑增大到40μm時(shí),x和y偏振分量有效折射率隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線如圖7(a)所示。與纖芯直徑30μm相比,x和y偏振分量的耦合位置不一樣,內(nèi)包層管壁厚分別為1.572μm和1.578μm。圖7(b)所示為雙折射隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線圖。當(dāng)纖芯直徑增大時(shí),光纖的雙折射會(huì)下降,都低于10?4。當(dāng)光纖的壁厚值為1.56μm時(shí),光纖具有最大的雙折射值7.48×10?5,其對(duì)應(yīng)的PER為163(22.1 dB)。圖7(c)所示為損耗隨內(nèi)包層管壁厚變化的曲線圖。雖然雙折射值降低,但是隨著光纖直徑的增大,光纖整體的傳輸損耗也降低了,在t1為1.71μm時(shí)光纖的傳輸損耗約為9×10?3dB/m。圖7(d)所示為x和y偏振分量的偏振消光比隨內(nèi)包層壁厚變化的曲線圖。在壁厚值為1.56～1.574μm都能保證單偏振光傳輸,其中在1.71μm處具有最大的PER,為1.6×104(42.04 dB)。

圖7 纖芯直徑為40μm。(a)有效折射率隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(b)雙折射隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(c)損耗隨內(nèi)包層壁厚變化曲線;(d)PER隨內(nèi)包層壁厚變化曲線Fig.7 The core diameter is 40μm.(a)Variation curve of effective refractive index with inner cladding wall thickness;(b)Variation curve of birefringence with inner cladding wall thickness;(c)Variation curve of loss with inner cladding wall thickness;(d)Variation curve of PER with inner cladding wall thickness

因此,纖芯直徑小于30μm時(shí),雖然會(huì)增大光纖的雙折射,但同時(shí)也會(huì)增大光纖的傳輸損耗,且光纖的偏振消光比也會(huì)隨之變小;當(dāng)光纖大于30μm時(shí),傳輸損耗會(huì)下降,偏振消光比會(huì)得到大幅度上升,但雙折射會(huì)下降,都不會(huì)超過(guò)10?4。另外,當(dāng)纖芯直徑過(guò)大時(shí),還會(huì)產(chǎn)生高階膜,導(dǎo)致模式不純。為了獲得高雙折射、低損耗以及高消光比的光纖,纖芯直徑選定為30μm。

2.3 優(yōu)化后1.55μm附近的雙折射

在分析了內(nèi)包層的壁厚、直徑以及纖芯對(duì)光纖雙折射的影響后,確定了光纖結(jié)構(gòu)參數(shù),如表1所示。

表1 光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Optical fiber structure parameters

在明確光纖的參數(shù)后,進(jìn)一步分析了該光纖結(jié)構(gòu)在C波段的雙折射特性。如圖8(a)所示為x和y偏振分量隨波長(zhǎng)變化的曲線圖,該光纖結(jié)構(gòu)在波長(zhǎng)大于1.545μm的雙折射都大于10?5,這是因?yàn)樵?.544μm處y方向上的偏振與玻璃管模式發(fā)生耦合導(dǎo)致有效折射率發(fā)生突變,損耗也隨之升高。從圖8(b)可以看出,在1.549～1.55μm和1.556～1.56μm的雙折射都在10?4左右,在1.55μm的雙折射為1.33×10?4。如圖8(c)所示為損耗隨波長(zhǎng)變化的曲線圖,當(dāng)波長(zhǎng)大于1.546μm時(shí),y偏振分量損耗都小于1 dB/m,在1.55μm處的損耗約為0.03 dB/m。圖8(d)為偏振消光比隨波長(zhǎng)變化的曲線圖,在1.547～1.554μm的7 nm范圍內(nèi)偏振消光比都大于100(20 dB),偏振消光比在1.55μm附近達(dá)到6684(38.3 dB)。

圖8 (a)有效折射率隨波長(zhǎng)變化曲線;(b)雙折射隨波長(zhǎng)變化曲線;(c)損耗隨波長(zhǎng)變化曲線;(d)PER隨波長(zhǎng)變化曲線Fig.8 (a)Variation curve of effective refractive index with wavelength;(b)Variation curve of birefringence with wavelength;(c)Variation curve of loss with wavelength;(d)Variation curve of PER with wavelength

3 結(jié)論

通過(guò)引入橫向內(nèi)包層破壞光纖結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,利用纖芯模式和內(nèi)包層的玻璃管模式的反交叉耦合來(lái)提高HC-NCF的雙折射和消光比,并研究分析影響光纖雙折射和消光比的因素,包括內(nèi)包層管壁厚、內(nèi)包層管的內(nèi)直徑和纖芯直徑。對(duì)光纖結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,進(jìn)一步分析該光纖結(jié)構(gòu)在C波段的雙折射特性。最終,在1.55μm波長(zhǎng)處的雙折射達(dá)到1.33×10?4,偏振消光比達(dá)到4723(36.7 dB),最低損耗約為0.03 dB/m,并且可實(shí)現(xiàn)帶寬為7 nm的偏振濾波。本工作將為空心光纖中偏振敏感器件提供有效的解決辦法。