[發明專利]一種光子晶體光纖偏振器

在審

• 申請號: 201410840395.6
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104536084A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 夏歷;韓雅;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/024
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明涉及光纖通信和光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于表面等離子體共振原理的、具有超寬帶寬和高偏振消光比的光子晶體光纖光纖可調在線偏振器。

背景技術

光纖偏振器可以將入射的非偏振光或不完全偏振光轉化為只沿一個方向偏振的線偏振光，它是保證高速光纖通信以及傳感系統全光纖、小型化的關鍵器件之一。在光纖中，由于材料本身的雙折射特性以及應力等因素，傳輸中的兩個正交模式會發生偏振模色散以及偏振模耦合，如此便導致一系列的光器件響應受到偏振狀態隨機變化的影響。同時，在光纖傳感領域，光相位以及光偏振態中包含有更豐富的外界變化信息，若能保證光纖中的偏振態只有一個，便可準確的解調出外界參量的變化，實現高精度的傳感。

傳統的偏振器件以雙折射晶體、偏振片為主。此類偏振器件原理簡單、工藝成熟，但需要先把光束從光纖引出，準直后經過片狀或塊狀元件起偏，再耦合至光纖。這會帶來穩定性差、體積大、附加損耗大、偏振消光比低等一系列問題，不利于提高現代光纖器件的效能。隨著光纖通信、光纖陀螺等領域的快速發展，全光纖型光纖偏振器擁有巨大的市場需求。研究者對與光纖偏振器的研究有兩類：第一類是截止型，利用拉錐技術，將單模或者多模光纖拉錐，在其錐區定向生長雙折射材料，光源發出的部分偏振光通過該光波導時，尋常光由于不再滿足全反射條件將進入晶體內而截止，非常光則繼續滿足光波導內全反射條件將無阻地通過晶體傳輸從而實現對偏振態的選取，由于這類結構錐區的直徑尺寸在微米級別，在加工制作過程中容易折斷損壞，需要有良好的封裝工藝；第二類是損耗型，通過彎曲雙折射光纖(專利號US?5386484)，或者在新型多孔光纖結構中灌注金屬、液體等(專利號201010142198.9，專利號201010169436.5)利用兩個偏振態對彎曲半徑不同的損耗響應、對損耗介質不同的泄漏特性，達到在一定波長范圍內只保留一個偏振方向的光。現有的光纖偏振器制作方法各不相同，在插入損耗、偏振消光比以及傳輸帶寬方面各有優勢，但是普遍存在通信波段(1250-1650nm)覆蓋率低，器件制作好就難以調節性能的問題，需要尋找更加有效的機制來滿足通信與傳感領域的需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種光子晶體光纖偏振器，克服現有光纖偏振器在第二通信波段覆蓋率低的限制，為實現通信、傳感系統的小型化和集成化提供解決方案。

本發明的技術構思是利用表面等離子體波(Surface?Plasmon?Polariton，簡稱SPP)多樣的相位匹配特性，以及它對電介質折射率變化的靈敏性，提出一種可調超長帶寬光纖偏振器。

為解決上述技術問題，本發明提出了一種光子晶體光纖偏振器，所述光纖偏振器為一段光子晶體光纖，包括纖芯、包層；所述包層介質上設有若干第一空氣孔、兩個第二空氣孔，所述第一空氣孔的孔深方向為光纖軸向方向，所述第一空氣孔圍繞所述纖芯成正多邊形分布，以使所述包層的有效折射率低于纖芯，保證纖芯模式的全內反射導引；

所述兩個第二空氣孔分別位于所述纖芯兩側的光纖圓截面的直徑上，且所述兩個第二空氣孔之間沒有所述第一空氣孔干涉阻隔；所述兩個第二空氣孔內分別鍍有厚度為20-90nm的金屬薄膜，以使所述兩個第二空氣孔之間形成耦合的金屬波導。

進一步優化的方案是，所述第二空氣孔中填充溫敏液體，通過改變溫度入射光經過該光纖偏振器便可實現可調線偏振輸出。

優選的，所述第二空氣孔的金屬薄膜厚度為30-60nm。

所述光子晶體光纖采用堆積法制成，背景材料為石英，中央缺失一個空氣孔形成纖芯，用于傳導基模；所述第一空氣孔直徑在微米量級，所述第一空氣孔、第二空氣孔均為圓形空氣孔。

所述第二空氣孔內鍍有金屬薄膜的光子晶體光纖長度為1cm-2cm。

為確保良好的表面等離子體共振(Surface?Plasmon?Resonance，簡稱SPR)特性，所述金屬薄膜為金或銀膜，以確保良好的表面等離子體共振特性。

本發明偏振器的PER大于40dB，帶寬達到373nm，可達到長帶寬的線偏振輸出。本偏振器可以在制作好之后調節溫度以調整該器件的偏振特性，表現出在線可調功能。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步具體說明。

圖1為本發明所述的一種SPR光子晶體光纖偏振器示意圖，圖中第一空氣孔呈正六邊形排列。

圖2為本發明所述的另一種SPR光子晶體光纖偏振器示意圖，圖中第一空氣孔呈正四邊形排列。