[發明專利]一種空氣孔填充液晶的菱形雙芯光子晶體光纖偏振分束器

有效

• 申請號: 202111350765.4
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114035262B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 苑金輝;徐亞楠;屈玉瑋;邱石;梅超;周嫻;顏玢玢;王葵如;桑新柱;余重秀
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;北京郵電大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發明公開了一種空氣孔填充液晶的菱形雙芯光子晶體光纖偏振分束器，包括纖芯區域和包層區域；其中，包層區域位于纖芯區域的外側；纖芯區域包括第一圓孔氣孔、第一纖芯和第二纖芯，第一圓空氣孔位于纖芯區域的正中心，其內部完全填充向列項液晶材料；第一纖芯和第二纖芯位于第一圓空氣孔兩側；包層區域包括多個第二圓空氣孔、多個第三圓空氣孔以及多個第四圓空氣孔；第一纖芯、第二纖芯、多個第二圓空氣孔、多個第三圓空氣孔以及多個第四圓空氣孔環繞第一圓孔氣孔呈多層排布結構，且多層排布結構的每一層均為菱形結構。本發明結構簡單，長度較短，能夠在全光通信系統等方面發揮重要作用。

技術領域

本發明涉及光子晶體光纖偏振分束器技術領域，特別涉及一種空氣孔填充液晶的菱形雙芯光子晶體光纖偏振分束器。

背景技術

隨著現代通信的快速發展，大容量、集成化的全光網絡受到越來越多的關注，而偏振分束器作為其中一個重要的無源光器件，主要作用就是將一束光的兩種相互垂直的偏振態分離開來。為了滿足現代光通信系統的需求，偏振分束器將小型化、寬帶寬和高消光比作為發展的目標。光子晶體光纖由于具有靈活可調的結構和一些傳統光纖無法比擬的光學特性而得到了國內外學者的廣泛研究，此后，基于光子晶體光纖的偏振分束器逐漸走進人們的視野。其中，基于雙芯光子晶體光纖的偏振分束器的研究更為廣泛，該種分束器主要是利用雙芯的不對稱性引起的雙折射效應使兩個偏振方向的光具有不同的耦合長度，從而實現偏振光的分離。

為了獲得性能更好的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，學者們主要從以下幾個方面入手：第一種是在結構上改變圓形空氣孔的尺寸或排布方式，從而改變結構的不對稱性，實現好的偏振效果。例如，2012年，Li等人設計了一種具有三種不同尺寸圓孔的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，該分束器的長度達到了544μm，消光比高于10dB的帶寬達到了80nm。2016年，Zhang等人提出了一種含有大尺寸圓孔的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，在器件長度為4.21mm，消光比高于20dB的情況下實現了27nm的帶寬。第二種是通過引入不規則空氣孔，如橢圓型空氣孔，來破壞結構的對稱性，從而進一步增加光纖的雙折射效果。例如，Feng等人在2014年介紹了一種基于橢圓雙芯光子晶體光纖的偏振分束器，并最終實現了0.775mm的分束長度和30nm的帶寬。Rajeswari等人在2017年設計出了一種具有兩種尺寸橢圓空氣孔的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，并得到了2mm的器件長度，52.5dB的消光比和100nm的帶寬。第三種則是通過向空氣孔中填充功能性的材料進一步增大纖芯區與包層區的折射率差，從而改善分束器的性能。基于這種方法，Fan等人在2016年設計出了一種金屬納米線填充空氣孔的雙芯光子晶體光纖偏振分束器，在器件長度為827μm的情況下，該分束器的最大帶寬達到了103nm。

從上述可見，有一部分工作設計的光纖結構較為復雜，不僅涉及不同尺寸的空氣孔，還涉及橢圓型的空氣孔，這無疑給制備增加了一定的難度。還有一部分工作盡管具有相對寬的帶寬，但是器件的長度較長，并不利于未來集成化的光通信系統發展。因此，對于新型偏振分束器結構的探索，依然具有挑戰性。

發明內容

本發明提供了一種空氣孔填充液晶的菱形雙芯光子晶體光纖偏振分束器，以解決傳統分束器所存在的結構復雜，長度較長的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種空氣孔填充液晶的菱形雙芯光子晶體光纖偏振分束器，所述偏振分束器包括纖芯區域和包層區域；其中，所述包層區域位于所述纖芯區域的外側，所述纖芯區域和所述包層區域均填充有二氧化硅基底材料；

所述纖芯區域包括第一圓孔氣孔、第一纖芯和第二纖芯，所述第一圓空氣孔位于所述纖芯區域的正中心，且所述第一圓孔氣孔的內部完全填充向列項液晶材料；所述第一纖芯和所述第二纖芯分別位于所述第一圓空氣孔的左右兩側，且所述第一纖芯和所述第二纖芯與所述第一圓空氣孔之間的距離均為Λ；