複合式單胞光子晶體光纖設計與分析

Abstract

利用有限元素法對複合式單胞光子晶體光纖的雙折射及損失進行計算。特別針對光子晶體光纖的兩種結構探討，其結構為二氧化矽的實心纖芯與兩種尺寸大小的三角晶格空氣孔纖衣結構。藉由結構參數的適當調整，針對不同光源波長、大小空氣孔的相對孔徑比、纖衣空氣孔的等效面積與空氣孔圈數等變因計算雙折射值，進行分析其原因。同時也計算纖衣空氣孔圈數對光纖損失的影響。我們提出的光子晶體光纖，是經由纖衣引入非對稱性的排列，以獲得較高的雙折射差值，纖衣是由兩套不同直徑大小圓形空氣孔呈週期性排列的複合體，纖芯是由一個光子晶體纖衣結構中的點缺陷所構成。與先前研究者所提出的結構相較，我們的光子晶體光纖雙折射是來自於整個纖衣的貢獻。由雙折射與工作波長的相依關係計算，在正規化頻率Λ/λ比值為1.1時，雙折射可達6×10-3。我們更進一步計算，不同纖衣空氣孔的有效面積(A/Λ2)及大小空氣孔的相對孔徑比(η)對雙折射值的關係，在A=0.41Λ2與η＝4.5條件下，光纖雙折射可達8.7×10-3。藉由光纖不同空氣孔圈數對損失的關係探討，光纖最低損失在7圈空氣孔圈數下可達5.27×10-5 dB/km。