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摘要：提出了一种在波段1430 nm～1680 nm的范围内、色散为5.28±0.52 ps/（nm·km）的平坦色散微结构光纤，这包含了常用的S+C+L+U通信波段，并且该光纤在1550 nm处的模式面积达到了288.2 μm2。另外，本光纤为全固态结构，更易于拉制，可以适用于目前的密集波分复用系统中。
关键词：微结构光纤;大模场面积;平坦色散
中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.07.102
1引言
随着社会的发展，人们对通信技术的要求越来越高，光纤作为新一代传输媒体以及信息传输能力，传输速度等优势，有着快速的发展趋势。在光纤通信的早期阶段，每根光纤的容量只有几百Mbit/s。现在我们的光纤通信容量可以达到几个Tbit / s，因为使用了密集波分复用（DWDM）系统。在该系统中，在信号传输过程中，由于信号光强度的增强，光纤中可能出现自相位调制（SPM）和四波混频（FWM）等非线性光学效应。这种非线性效应可能导致传输信号的附加损耗，信道之间的串扰和信号频移。此外，色散的积累可导致脉冲展宽，导致误码率的提升。这模式面积和色散问题都将降低通信的能力和质量。
大模式面积光纤可以降低光纤端面的功率密度和非线性效应。近零平坦色散光纤，特别是当平坦色散在1 ps /（nmkm）～5 ps /（nmkm）之间时，不仅可以降低误码率，还可以避免四波混频。因此，具有大模式面积且色散在该范围内平坦的光纤在目前的DWDM系统中有着重要的应用。然而，实现大模式面积和色散平坦是很难同时获得的。因为大模式面积微结构纤维总是需要大的孔间距，而色散平坦微结构光纤需要小的间距以确保强的波导色散的调控能力。为了解决这个问题，本文使用19芯光纤来实现大模式面积特性并使用模式耦合和低折射率沟槽共同调节的调节机制来实现大模面积且色散平坦特性。但气孔微结构光纤发展最具挑战性的是光纤的拉制问题。在光纤拉制过程中，由于气孔内部的压力，石英玻璃的表面张力和预制件中的温度梯度，微结构的形状将发生变化，从而导致光纤拉制失败，且光纤的纵向均匀性难以保证。但是，全固态微结构光纤可以完美地避免上述问题。
考虑到上述因素，本文提出了一种新型的全固态大模模式面积和色散平坦微结构光纤。该光纤能在1430 nm～1680 nm波长范围内具有5.28±0.52 ps/（nmkm）的平坦色散并且保证单模传输，1550 nm的有效模式面积为288.2 μm2。
2设计和分析
所设计的光纤如图1所示，光纤的基底为纯二氧化硅，整个光纤的微结构掺杂石英柱按正六面形排布，柱间距Λ=2.65 μm，中心和第一层的二氧化锗掺杂石英柱的折射率和直径相同，n1= n2=1.452，直径d1=d2=2.54 μm，第二层为12个二氧化锗掺杂石英柱，其折射率n3=1.455，直径d3=1.40 μm。第三层是18个低掺氟石英柱，其折射率n4=1.440，直徑d4=1.38 μm。
3结论
本文提出了一种全固态19芯的大模式面积色散平坦微结构光纤。首先，在理论方面，根据耦合模理论，通过多芯之间的耦合机制配合外层低折射率沟槽来调整色散。在这种新的调节机制的加入后，数值结果表明，在1430至1680 nm波长范围内，色散为5.28±0.52 ps/（nm·km），且在1550 nm波长下其模式面积达到了288.2 μm2。其次，本光纤为全固态结构，且折射率差小于0.01，在拉制过程中可以很好地解决玻璃的匹配问题，更易于拉制。由于其同时具有大模式面积色散平坦特性，低弯曲损耗且易于拉制的特性，适用于当前的DWDM系统中。
参考文献
[1]高鹏飞，李晓辉，罗文峰等.抽运波长对中红外超连续谱影响的数值模拟[J].中国激光，2017，（7）：225-230.
[2]楼洋，魏一振.基于级联型光纤的孤子自频椅增强特性[J].光子学报，2017，4（8）：87-91.
[3]石建平，纪艳平，李子旻等.纯介质光子晶体非线性效应研究进展[J].光电工程，2017，44（3）：297-312.
[4]王丹，郑义.双包层色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析[J].光学学报，2011，31（8）：78-83.
关键词：微结构光纤;大模场面积;平坦色散
中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.07.102
1引言
随着社会的发展，人们对通信技术的要求越来越高，光纤作为新一代传输媒体以及信息传输能力，传输速度等优势，有着快速的发展趋势。在光纤通信的早期阶段，每根光纤的容量只有几百Mbit/s。现在我们的光纤通信容量可以达到几个Tbit / s，因为使用了密集波分复用（DWDM）系统。在该系统中，在信号传输过程中，由于信号光强度的增强，光纤中可能出现自相位调制（SPM）和四波混频（FWM）等非线性光学效应。这种非线性效应可能导致传输信号的附加损耗，信道之间的串扰和信号频移。此外，色散的积累可导致脉冲展宽，导致误码率的提升。这模式面积和色散问题都将降低通信的能力和质量。
大模式面积光纤可以降低光纤端面的功率密度和非线性效应。近零平坦色散光纤，特别是当平坦色散在1 ps /（nmkm）～5 ps /（nmkm）之间时，不仅可以降低误码率，还可以避免四波混频。因此，具有大模式面积且色散在该范围内平坦的光纤在目前的DWDM系统中有着重要的应用。然而，实现大模式面积和色散平坦是很难同时获得的。因为大模式面积微结构纤维总是需要大的孔间距，而色散平坦微结构光纤需要小的间距以确保强的波导色散的调控能力。为了解决这个问题，本文使用19芯光纤来实现大模式面积特性并使用模式耦合和低折射率沟槽共同调节的调节机制来实现大模面积且色散平坦特性。但气孔微结构光纤发展最具挑战性的是光纤的拉制问题。在光纤拉制过程中，由于气孔内部的压力，石英玻璃的表面张力和预制件中的温度梯度，微结构的形状将发生变化，从而导致光纤拉制失败，且光纤的纵向均匀性难以保证。但是，全固态微结构光纤可以完美地避免上述问题。
考虑到上述因素，本文提出了一种新型的全固态大模模式面积和色散平坦微结构光纤。该光纤能在1430 nm～1680 nm波长范围内具有5.28±0.52 ps/（nmkm）的平坦色散并且保证单模传输，1550 nm的有效模式面积为288.2 μm2。
2设计和分析
所设计的光纤如图1所示，光纤的基底为纯二氧化硅，整个光纤的微结构掺杂石英柱按正六面形排布，柱间距Λ=2.65 μm，中心和第一层的二氧化锗掺杂石英柱的折射率和直径相同，n1= n2=1.452，直径d1=d2=2.54 μm，第二层为12个二氧化锗掺杂石英柱，其折射率n3=1.455，直径d3=1.40 μm。第三层是18个低掺氟石英柱，其折射率n4=1.440，直徑d4=1.38 μm。
3结论
本文提出了一种全固态19芯的大模式面积色散平坦微结构光纤。首先，在理论方面，根据耦合模理论，通过多芯之间的耦合机制配合外层低折射率沟槽来调整色散。在这种新的调节机制的加入后，数值结果表明，在1430至1680 nm波长范围内，色散为5.28±0.52 ps/（nm·km），且在1550 nm波长下其模式面积达到了288.2 μm2。其次，本光纤为全固态结构，且折射率差小于0.01，在拉制过程中可以很好地解决玻璃的匹配问题，更易于拉制。由于其同时具有大模式面积色散平坦特性，低弯曲损耗且易于拉制的特性，适用于当前的DWDM系统中。
参考文献
[1]高鹏飞，李晓辉，罗文峰等.抽运波长对中红外超连续谱影响的数值模拟[J].中国激光，2017，（7）：225-230.
[2]楼洋，魏一振.基于级联型光纤的孤子自频椅增强特性[J].光子学报，2017，4（8）：87-91.
[3]石建平，纪艳平，李子旻等.纯介质光子晶体非线性效应研究进展[J].光电工程，2017，44（3）：297-312.
[4]王丹，郑义.双包层色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析[J].光学学报，2011，31（8）：78-83.