钱 燕，刘 敏，杨 静，马云华

(重庆大学通信工程学院，重庆400044)

引 言

光子晶体光纤由于其无尽的单模传输、可控的非线性、灵活的色散及大模面积［1-5］等特性而成为近年来研究的热点。其中多芯光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)因具有更大的模场面积和更新颖的导光特性而在很多光学器件中有着重要的运用，如光纤定向耦合器［6］、矢量传感器［7］、光纤激光器［8］等。目前对多芯PCF特性的理论研究主要包括双芯 PCF 的耦合特性［9］、模间色散特性［10］、高双折射特性［11］以及三芯、四芯光纤的非线性特性［12-13］等，与三芯、四芯PCF相比，五芯PCF具有更大的模面积，更有望获得高功率、高光速质量的激光输出。多芯PCF纤芯间的耦合特性对相位锁定［14］具有决定作用，是设计多芯PCF波分复用器和定向耦合器的理论依据，目前鲜有报道基于正方形晶格排列的五芯光子晶体光纤的耦合特性的研究。作者由五芯PCF 5个超模的特性研究模式和耦合特性之间的关系，利用有限元法详细分析了五芯PCF结构参量对耦合特性的影响，为设计基于多芯PCF的光学器件提供理论依据。

1 理论模型

基于正方形排列的五芯光子晶体光纤的横截面结构如图1a所示，空气孔采用正方形排列，纤芯1和距离中心3Λ位置的纤芯2、纤芯3、纤芯4、纤芯5通过填充高折射率材料形成纤芯。其结构参量为:纤芯折射率 n1=1.46，背景折射率 n2=1.45，空气孔的折射率n3=1，空气孔间距Λ=2.6μm，空气孔直径为d，占空比d/Λ，纤芯直径D=3μm，此时归一化频率ν＜π，每个纤芯保证单模传输［15］。图1b所示为5个纤芯在波长λ=1.55μm时的同相位模场分布图，可以看出各纤芯中的模场只是强度不同，并没有改变其单模输出特性。……