Page 37 - 网络电信2018年1/2月刊下
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解 决 方 案
在实际应用中，模场的限制和消逝是非常重要的因素，为 图4为光子晶体光纤有效折射率随波长的变化情况。从
了准确测量限制损耗的大小以及消除边界条件的影响，可以通 图中可以看出，在空气孔间距撰=2μm，空气孔直径d=1μm，
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过增加完美匹配层来吸收边界 。在光子晶体光纤周围加入完 d/∧=0.5的条件下，单芯全内反射型光子晶体光纤中，x偏振
美匹配层，在求解的有效折射率值中，会存在一个虚部，我们 方向和y偏振方向上的有效折射率随着波长λ的增大而减小。
可以由这个虚部根据公式（3）求出限制损耗的值： 这是因为在短波处，能量主要集中在纤芯中，随着传输波长的
40π 增大，能量逐渐向包层扩散，但纤芯中的有效折射率远高于包
______
L oss = I m (n eff )=8.686k 0 I m (n eff ).（3）
λln10 层折射率，因此模式的有效折射率逐渐减小。从图中还可以发
其中，k 0 为自由空间的波数。 现，x偏振方向上的有效折射率要高于y偏振方向，这主要是因
为y 偏振方向上引入了破坏结构，从而导致有效折射率减小。
三、仿真结果及分析 2.空气孔层数对限制损耗的影响
1.波长对限制损耗和有效折射率的影响 在空气孔间距∧=2.0μm，d1/∧=0.98，空气孔层数4层、5
限制损耗特性的研究主要侧重对光纤几何形状中包层范围 层、6层、7层的情况下，x方向上的限制损耗随波长的变化情况
变化的研究，在d 1 /∧=0.98、空气孔间距∧=2.0μm、空气孔层 如下页图5所示。从图中可以看出，在波长为1.1μm时，空气孔
数N=5的情况下，x方向和y方向上的限制损耗随波长的变化关系 层数每增加一层，限制损耗就降低二阶左右；在波长为1.8μm
如图2所示。从图中可以看出，在波长为1.1μm时，x方向和y方 时，空气孔层数每增加一层，限制损耗降低一阶左右。由此可
-3
-4
向上的限制损耗分别在10 和10 左右的量级，在波长为1.8μm 以得出，随着空气孔环数目的增加，限制损耗迅速下降。这是
2
-0
时，x方向和y方向上的限制损耗猛增至10 和10 左右的量级。 由于光在传输过程中可以到达所有的包层，并且有一部分光会
这是因为随着波长的增加，模场向外扩展的效应增强，从而造 透过包层泄漏出去，包层的层数越多，透过包层泄漏出去的光
成在传输过程有更多的光波从包层中泄漏出去。图3所示波长分 就越少，光纤的限制损耗就越低。通过与其他参数的比较，由
别1.1μm和1.8μm时的模场外扩效果。从图2还可以看出，在波 理论分析和实验得出，改变空气孔层数是一种重要的控制限制
长1.1~1.8μm的范围内，x方向上的限制损耗比y方向上的限制 损耗的方式。
损耗平均低一阶，这是由于文中讨论的光子晶体光纤的纤芯是
经过特殊处理的，在x方向上抽去三个空气，并且将y 偏振方向 图5 空气孔层数与限制损耗的关系
上最内层空气孔增大而实现的。
图2 光波长与限制损耗的关系
3.d1/∧对双折射度的影响
光子晶体光纤双折射度是由两个正交的偏振模式间有效折
射率之差决定的。图6为∧=2μm，d=1μm，空气孔层数均为5
层，模式双折射度在不同d1/撰时随波长的变化情况。d 1 /∧依
次分别为0.5、0.94、0.96、0.98。在特定波长处，双折射度随
d 1 /∧的增加而增大，这主要是因为d 1 /∧增大，使得模场受内层
图3 波长1.1μm、1.8μm时的模场
气孔不对称性的影响增大，从而双折射度增大。在1.55μm波长
处，模式双折射度分别为9.16×10-4，6.30×10-3，6.79×10-
3，7.32×10-3。由图中可以看出，在没有破坏最内层空气孔大
小的时候，模式双折射很小，但是比传统光纤要大，这主要是
因为纤芯为抽取三个空气孔实现，已经破坏了一次对称结构。
图7为∧=2μm，d=1μm，空气孔层数均为5层，d 1 /∧依次
分别为0.5、0.94、0.96、0.98 时，该光子晶体光纤的能量
图。由图中可以看出，随着d 1 /∧的增大，模场逐渐减小，与内
层气孔接触更明显。
3-1 λ=1.1μm 3-2 λ=1.8 μm
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