[發(fā)明專利]一種超寬帶雙芯光子晶體光纖偏振分束器

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111650687A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 陽圳;李永濤;鄒輝
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/27
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發(fā)明提供一種超寬帶雙芯光子晶體光纖偏振分束器，所述偏振分束器的光纖包括基底材料、六邊形周期性排列的介質孔、中心內介質孔及外介質環(huán)和雙芯區(qū)域，所述介質孔在基底材料上按4層正六邊形結構周期性排列，在中心沿X軸方向上缺失第4、第6個介質孔形成雙芯區(qū)域，在基底材料正中心處添加兩個大小不一的介質孔，內部為介質孔，外部為介質環(huán)，形成中心內介質孔及外介質環(huán)，在光纖傳感，光接收機和保偏傳輸系統(tǒng)等方面發(fā)揮重要的作用。

技術領域

本發(fā)明涉及光子晶體光纖偏振分束器領域，尤其涉及一種超寬帶雙芯光子晶體光纖偏振分束器。

背景技術

偏振分束器作為光學系統(tǒng)中的重要器件在光纖通信及光纖傳感方面具有重要應用，其主要功能是將一束光分解成兩束相互正交的偏振光。基于傳統(tǒng)雙芯光纖的偏振分束器，由于傳統(tǒng)光纖的雙折射小，導致偏振分束器的長度過長，不利于器件的集成。另外，基于傳統(tǒng)雙芯光纖的偏振分束器的波長依賴性強和工作波段窄，限制了其應用范圍。光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)自1996年問世以來，因其具有無盡單模、高雙折射、靈活非線性及可調色散等獨特特性，受到研究者的廣泛關注。在光子晶體光纖中，通過靈活調整基底材料，摻雜材料或空氣孔的大小、位置等，可獲得適用于不同光學器件的光纖。因此，近年來對光子晶體光纖的大力研究和實驗，也為新型偏振分束器的設計提供了新的方向。

2003年，Zhang和Yang提出了基于雙芯PCF的偏振分束器，該分束器能夠保證分光比在10dB以上的前提下，在1550nm波段實現(xiàn)40nm的工作帶寬，獲得了比傳統(tǒng)偏振分束器更優(yōu)異的性能，也突顯出光子晶體光纖在設計偏振分束器時的優(yōu)勢。2006年，Rosa等設計出了正方形晶格排列的光子晶體光纖偏振分束器，長度為20mm，帶寬達到90nm。2012年，Lu等設計的偏振分束器長度為72.5mm，分光比低于-20dB的帶寬已經高達400nm。2013年，Cao和Cui等人設計基于碲酸鹽玻璃的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，長度僅為0.441mm。同年，Han等設計了纖芯摻氟的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，其分束器長度為7.362mm，分光比低于-20dB的帶寬為600nm。2017年，Bai和Wang提出的基于金線填充的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，長度為0.263mm，在波長1550nm處的分光比為-70dB，帶寬為124nm。從上述研究工作可以看出，相比于改變光纖結構或空氣孔結構的設計理念，纖芯區(qū)域引入金屬絲或其他材料，能使偏振分束器具有更小的器件尺寸和更大的工作帶寬。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供了一種超寬帶雙芯光子晶體光纖偏振分束器，其長度為4.78mm，工作帶寬為696nm，波長范圍為1027～1723nm，當工作波段為1550nm時，分光比高達-98.6dB，且容差性能好，其在光接收機和保偏傳輸系統(tǒng)中有著很大應用潛力。

本發(fā)明提供一種超寬帶雙芯光子晶體光纖偏振分束器，所述偏振分束器的光纖包括基底材料、六邊形周期性排列的介質孔、中心內介質孔及外介質環(huán)和雙芯區(qū)域，所述介質孔在基底材料上按4層正六邊形結構周期性排列，在中心沿X軸方向上缺失第4、第6個介質孔形成雙芯區(qū)域，在基底材料正中心處添加兩個大小不一的介質孔，內部為介質孔，外部為介質環(huán)，形成中心內介質孔及外介質環(huán)，且除去中心內介質孔及外介質環(huán)外的水平方向相鄰介質孔間距相等，垂直方向相鄰介質孔間距與水平方向相鄰介質孔間距的比值為√3/2，中心內介質孔及外介質環(huán)中外圈直徑與六邊形周期性排列的介質孔的直徑相等，內圈直徑小于等于外圈直徑，但不為0。

進一步改進在于：所述基底材料包括純石英、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、碲化物玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃和聚合物材料中的一種或多種組合。

進一步改進在于：所述雙芯區(qū)域包括純石英、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、碲化物玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃和聚合物材料中的一種或多種組合。