光子晶體光纖禁帶位置調節裝置及方法
2023-05-19 04:29:31
專利名稱：光子晶體光纖禁帶位置調節裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種禁帶位置可調的光子晶體光纖，屬於光電子技術領域。
背景技術：
光子產業中存在著一種基礎的材料——光子晶體，光子晶體的研究不僅僅是光通訊領域內的問題，同時它對其他相關產業也將產生巨大的影響。自從1987年Yablonowitch 和John分別獨立地提出了光子晶體和光子禁帶的概念以來，光子晶體就成為國內外都受到極大重視的熱點課題，在光學物理、凝聚態物理、電磁波、信息技術等領域引起了人們廣泛的關注。在這短短二十年裡，光子晶體在理論研究和實驗研究方面都取得了顯著的成果， 並且在某些領域也有了一定的應用，比如光子晶體光集成迴路、光子晶體光波導、光子晶體濾波器等。但這畢竟是一種全新的概念，對它的研究還不夠深入和廣泛，其很多特性還沒有得到很好的應用，有必要開展進一步的研究，尤其是在可見光波段全向禁帶的實現與展寬方面。而光子晶體三維全空間禁帶的獲得是光子晶體諸多應用得以實現的前提，因此，三維全空間禁帶的實現及其製備技術更是受到人們的廣泛關注，並一直是光子晶體領域理論、 實驗和應用研究所關注的熱點。目前，實現全空間禁帶一直是人們所追求的，但是，有些時候在光子晶體的應用中可能並不需要全空間的光子晶體，而是需要禁帶位置可調節的光子晶體，也即所需的禁帶寬度可能並不是很寬，但是其中心位置可能需要多個。針對該需求，中國專利CN1996100A 提出了一種溫度調控一維光子晶體產生動態光子晶體的方法，其方法是用折射率對溫度變化相對敏感的膜層材料來製作一維光子晶體，從而通過溫度的變化來改變所述膜層材料的折射率，從而實現該一維光子禁帶位置的調節，但是，這種方法存在一定的缺陷，其並不涉及二、三維光子晶體結構，也即這種方法僅能實現一維光子晶體禁帶位置的動態變化，但是在一些應用中往往需要的是二維或三維光子晶體的禁帶位置變化，在另外一些情況中，該多層膜結構的光子晶體並不適於某些特定的應用，例如，在光纖傳輸以及光纖雷射器等的應用中，該多層膜結構的光子晶體與光纖之間存在耦合困難，結構複雜等缺陷，此時我們需要的往往是一種禁帶位置可動態變化的光子晶體光纖，該光子晶體光纖不僅可以在結構簡單的情況下很好的實現與光纖之間的耦合，並且還能夠實現禁帶位置調節的需要，本發明就是針對於此而提出的。
發明內容
本發明就是為解決上述問題而提出的，提供一種禁帶位置可調節的光子晶體光纖及其製造方法，其很好的解決了上述技術問題。眾所周知，光子晶體光纖是光纖中沿軸向均勻排列的空氣孔所組成的，其中光纖材料一般為石英、塑料等。普通的光纖對於溫度本身也具有一定的溫度特性，也即其折射率也會隨著溫度的改變而改變，但是這種光纖對溫度變化非常不敏感，也即折射率隨溫度的改變而發生的變化量非常小，一般都在10_5/°c，在這種情況下，如果我們直接使用溫度來調諧其禁帶位置就存在困難，因為即使我們對於光纖施加了很大的一個溫度變化，但是折射率的改變還是非常小，其調諧作用基本體現不出來。現有技術中，還有一種光纖，就是摻雜光纖，這種光纖一般用在光纖雷射器中，作為增益介質使用，其中所摻雜的物質就作為增益介質，例如，摻Er、摻鐿等光纖，均是光纖雷射器中所經常使用的。本發明就是基於上述現有技術而做出的，發明人提出的構思是將折射率對溫度變化相對敏感的材料摻雜進入光子晶體光纖，然後再改變其溫度，即可實現光子晶體光纖禁帶的位置的調節。根據本發明，提供了一種光子晶體光纖，在製作所述光子晶體光纖的材料中摻雜有折射率對溫度變化敏感材料，並且所述光子晶體連接有加熱爐或製冷器。根據本發明的一實施例，所述製作光子晶體光纖的材料為石英或塑料。根據本發明的該實施例，所述折射率對溫度變化敏感材料為二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、一氧化鎂或者上述四者之間的任意組合。根據本發明的另外一實施例，提供了一種製作禁帶位置可調的光子晶體光纖的方法，其特徵在於包括以下步驟1)在製作所述光子晶體光纖的材料中摻入折射率對溫度變化敏感的材料；2)使用上述摻入有折射率對溫度變化敏感的材料的製作所述光子晶體光纖的材料製作光子晶體光纖；3)將加熱爐或製冷器連接至所述製作出的光子晶體光纖。根據該實施例，所述製作光子晶體光纖的材料為石英或塑料。根據該實施例，所述折射率對溫度變化敏感材料為二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、一氧化鎂或者上述四者之間的任意組合。
具體實施例方式下面將對本發明的具體實施方式
進行說明，直接將折射率溫度敏感材料摻雜進入製作光纖的材料中，其中折射率溫度敏感材料包括二氧化鈦，氧化鋯，氧化鋁以及一氧化鎂，這與CN1996100A所提出的折射率溫度敏感材料是一樣的。這樣形成的光子晶體光纖結構就與現有的光子晶體光纖結構是一樣的，也即在光纖內部包括有沿軸向均勻排列的空氣孔；其中製作光子晶體光纖的材料為石英或塑料。上述光子晶體光纖的製作方法為在摻雜的製作過程中與現有技術中的光纖摻雜是一樣的，而光子晶體光纖的拉制過程則與現有普通的光子晶體光纖製作過程一樣。從上述製作方法可以看出，本發明所提出摻雜有折射率溫度敏感材料的光子晶體光纖在製作上由於不需要新的設備，能夠很好在現有產業的基礎上實現，所以有利於產業上的推廣。該光子晶體光纖的禁帶位置調節方式可採用CN1996100A所使用的調節方式，也即使用與該光子晶體光纖相連接的加熱爐，當然也可以是製冷裝置，例如製冷器，在此不需要再次進行詳細闡述。當光子晶體被加熱爐加熱或製冷器製冷之後，摻雜在光子晶體內的折射率溫度敏感材料的折射率會隨著溫度的變化而變化，從而實現光子晶體光纖禁帶位置調節的目的。
權利要求
1.一種禁帶位置可調的光子晶體光纖，其特徵在於在製作所述光子晶體光纖的材料中摻雜有折射率對溫度變化敏感的材料，並且所述光子晶體光纖連接有加熱爐或製冷器。
2.根據權利要求1所述的光子晶體光纖，其特徵在於所述製作光子晶體光纖的材料為石英或塑料。
3.根據權利要求1或2所述的光子晶體光纖，其特徵在於所述折射率對溫度變化敏感的材料為二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、一氧化鎂或者上述四者之間的任意組合。
4.一種製作禁帶位置可調的光子晶體光纖的方法，其特徵在於包括以下步驟1)在製作所述光子晶體光纖的材料中摻入折射率對溫度變化敏感的材料；2)使用上述摻入有折射率對溫度變化敏感的材料的製作所述光子晶體光纖的材料製作光子晶體光纖；3)將加熱爐或製冷器連接至所述製作出的光子晶體光纖。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述製作光子晶體光纖的材料為石英或塑料。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於所述折射率對溫度變化敏感的材料為二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、一氧化鎂或者上述四者之間的任意組合。
全文摘要
一種禁帶位置可調的光子晶體光纖，其特徵在於在製作所述光子晶體光纖的材料中摻雜有折射率對溫度變化敏感的材料，並且所述光子晶體連接有加熱爐或製冷器。
文檔編號G02B6/02GK102193137SQ20111016829
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者任芝, 劉喜排, 李松濤 申請人:華北電力大學(保定)