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保偏光纤是一类具有重要使用价值的特种光纤,可应用于光纤陀螺、光纤水听器、光纤传感器和相干光通信等许多领域,具有良好的市场前景,但是传统应力型保偏光纤如熊猫型保偏光纤双折射较小,应力单元与温度相关,双折射不稳定。而光子晶体光纤由周期性空气孔构成,通过调整空气孔大小、间距、排列方式,可以获得较大的双折射特性。保偏光子晶体光纤与传统保偏光纤相比,双折射更大,温度稳定性更好,并具有抗辐射的能力,在光纤陀螺为代表的光纤传感领域将发挥巨大的作用。
本文提出了一种新型高保偏光子晶体光纤,该光纤包层为二氧化硅介质中按三角形格子排列的空气孔,在芯区移去了3个空气孔,芯区上下各引入4个大空气孔,并在芯区填入聚甲基丙烯酸甲酯。首先应用平面波展开法分析了这种保偏光子晶体光纤的模式和双折射,仿真计算了光纤结构参数变化对双折射的影响。结果表明,提高近芯区大空气孔直径可以有效提高双折射,选择合适的参数,在1550nm波长双折射最高可以达到4.3×10-3。本文还对保偏光子晶体光纤的色散特性进行了分析,其中包括材料色散、波导色散、偏振模色散。在保偏光子晶体光纤中,波导色散和偏振模色散与基模的有效折射率有关,通过对有效折射率分析,可以得出这两种色散的数值。结果表明提高大空气孔直径,波导色散和偏振模色散的值均变大:通过调整空气孔间距,能实现零色散和有效消除偏振模色散。研究结果表明,本文提出的高保偏光子晶体光纤特别适合于光纤陀螺,在传感与导航领域具有重要的应用价值。