專利名稱：基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖耦合器領(lǐng)域，特別涉及一種用于偏振分離和偏振濾波的光子晶體光纖偏振稱合器，是一種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振稱合器。
背景技術(shù)：
光纖由于具有傳輸損耗低、直徑小、重量輕、可彎曲、耐腐蝕、及抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域，由其組成的全光纖網(wǎng)絡(luò)具有更大的通信容量、便于維護(hù)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。光子晶體光纖是一種在垂直于光束傳播方向具有周期微結(jié)構(gòu)的光纖，這種周期微結(jié)構(gòu)通常由空氣孔或高折射率的介質(zhì)構(gòu)成，利用全反射原理或者光子帶隙將光局域在缺陷中傳輸。與傳統(tǒng)光纖相比，光子晶體光纖具有支持無截止單模傳輸、色散可調(diào)、大模場面積、超高非線性等優(yōu)點(diǎn)，因此光子晶體光纖被廣泛用于制作高功率光纖激光器、超連續(xù)譜激光器等。此外，通過引入多個纖芯(缺陷)可以實(shí)現(xiàn)光纖耦合器、波分復(fù)用器、以及超大容量的信號傳輸?shù)饶康?。但光纖中的偏振模式耦合會降低所傳輸信號的信噪比，減小通信容量等。在傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)中，多采用保偏光纖對偏振模耦合進(jìn)行抑制。保偏光纖可以實(shí)現(xiàn)兩個正交偏振光的獨(dú)立傳輸，通常不具備起偏的功能。光子晶體光纖耦合器是由在中心區(qū)域設(shè)置兩個平行的纖芯而構(gòu)成。當(dāng)光入射到一個纖芯后，在纖芯中沿縱向傳輸?shù)耐瑫r，也在兩個纖芯間發(fā)生周期性的功率轉(zhuǎn)移。在單個纖芯入射的條件下，光子晶體光纖耦合器中的兩個超模被同時激發(fā)，并且每個超模都以各自的傳輸常數(shù)傳輸。超模為光子晶體光纖耦合器的本征模式，由兩個纖芯中的模場疊加形成。其中，偶模由兩個纖芯中同相位 等振幅的兩個模場疊加而成，其傳輸常數(shù)為P…奇模由兩個纖芯中等振幅且存在相位差為的兩個模場疊加而成，其傳輸常數(shù)為3。。隨著傳輸距離Z的變化，兩個超模之間的相位差V (Z) = ( P P J Z不斷變化，光在纖芯間發(fā)生的周期性功率轉(zhuǎn)移，可以認(rèn)為是由此變化引起的。將光從入射纖芯轉(zhuǎn)移到另外一個纖芯中所需的傳輸長度定義為耦合長度L。，則該耦合長度由兩個超模的傳輸常數(shù)決定Lc= /I。傳統(tǒng)的光子晶體光纖耦合器中，沿兩個纖芯連線方向的偏振分量與沿垂直于兩個纖芯連線方向的偏振分量之間存在雙折射現(xiàn)象，但是雙折射系數(shù)很小，不能在有限的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個偏振分量的分尚。當(dāng)線偏振光入射時，兩個正交偏振分量間相位差的不斷變化導(dǎo)致偏振態(tài)的周期性演化。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)的光子晶體光纖耦合器對偏振態(tài)調(diào)制的不足，本發(fā)明提出一種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，提供一種具有寬工作帶寬、性能穩(wěn)定特點(diǎn)的，能夠?qū)崿F(xiàn)偏振分離、偏振濾波的光纖稱合器。—種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振稱合器，其特征在于包括背景材料
1、包層2、第一纖芯4、第二纖芯5和金屬線3 ;背景材料為硅玻璃材料，在背景材料上設(shè)有正六邊形結(jié)構(gòu)周期排列的空氣孔形成包層2，第一纖芯4和第二纖芯5對稱位于包層中心的兩個空氣孔缺陷，選擇包層2中任意一個或兩個空氣孔，將金屬材料填充空氣孔中形成金屬線3。所述填充金屬材料的空氣孔位于第一纖芯4和第二纖芯5之間空氣孔。所述填充金屬材料的空氣孔位于第一纖芯4和第二纖芯5之間兩個空氣孔。所述填充金屬材料的空氣孔位于空氣孔包層的第二層空氣孔中，相鄰的兩個空氣孔。本發(fā)明提出一種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，當(dāng)耦合器處于工作狀態(tài)時，入射光從第一纖芯輸入，在纖芯中同時激發(fā)偶模和奇模，產(chǎn)生周期性的功率轉(zhuǎn)移。纖芯中的偶模和奇模因與金屬線表面等離子體激元模式滿足波矢匹配條件，在金屬表面激發(fā)表面等離子體激元，兩者之間產(chǎn)生耦合，部分能量被轉(zhuǎn)移到金屬線上而損耗掉，導(dǎo)致纖芯模式的傳輸損耗。由于兩個正交偏振分量在金屬線表面切線方向具有不同的磁場分量，導(dǎo)致兩個正交偏振分量具有不同的衰減系數(shù)，輸出端的透射率表現(xiàn)出一定的偏振依賴性。此外，在纖芯間填充金屬線，將增大纖芯中兩個正交偏振分量的傳輸常數(shù)的差值，導(dǎo)致兩個正交偏振分量具有不同的耦合系數(shù)。利用金屬線摻雜的光子晶體光纖耦合器中，兩個正交偏振分量透射率和耦合長度的不同，可以實(shí)現(xiàn)對輸出光透射率和偏振態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)偏振分離、偏振濾波的功能。是一種具有寬工作帶寬、性能穩(wěn)定特點(diǎn)的，能夠?qū)崿F(xiàn)偏振分離、偏振濾波的光纖稱合器。


圖1是實(shí)施例1中光子晶體光纖偏振稱合器結(jié)構(gòu)不意圖。圖2是實(shí)施例1中耦合器中兩個正交偏振分量的偶模和奇模對應(yīng)的模式分布圖。圖3是實(shí)施例1中耦合器中兩個正交偏振分量的耦合長度隨入射光波長變化圖。圖4是實(shí)施例1中1330nm波長入射光的正交偏振分量的歸一化強(qiáng)度隨傳輸距離變化圖。圖5是實(shí)施例1中長度為2Ley的耦合器出射光的正交偏振分量透射率比值的光譜圖。圖6是實(shí)施例2中光子晶體光纖稱合器結(jié)構(gòu)不意圖。圖7是實(shí)施例2中1550nm波長入射光的正交偏振分量的歸一化強(qiáng)度隨傳輸距離變化圖。圖8是實(shí)施例2中長度為2_的耦合器，出射光中兩個正交偏振分量的透射率和偏振度光譜圖。圖9是實(shí)施例3中光子晶體光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是實(shí)施例3中耦合器中超模的損耗譜。圖11是實(shí)施例3中1030nm波長入射光的兩個正交偏振分量的歸一化強(qiáng)度隨傳輸
距離變化圖。圖中，背景材料1，空氣孔2，金屬線3，第一纖芯4，第二纖芯具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
本發(fā)明的光子晶體光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括背景材料1，空氣孔2，金屬線3，光纖的兩個纖芯:第一纖芯4和第二纖芯5。兩個纖芯分別由空氣孔缺陷構(gòu)成。當(dāng)入射光由第一纖芯輸入后，將在兩個纖芯間進(jìn)行周期性的功率轉(zhuǎn)移，并在金線表面激發(fā)表面等離子體激元，導(dǎo)致入射光的部分功率轉(zhuǎn)移到金線表面并損耗掉。假設(shè)第一纖芯4和第二纖芯5中導(dǎo)模的復(fù)振幅分別為UpU2,并且定義水平方向?yàn)閄方向，豎直方向?yàn)镮方向，所述耦合器中的兩個纖芯中導(dǎo)模的復(fù)振幅隨傳輸距離z的變化滿足如下條件:
權(quán)利要求
1.一種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，其特征在于包括背景材料(I)、包層(2)、第一纖芯(4)、第二纖芯(5)和金屬線(3);背景材料為娃玻璃材料,在背景材料上設(shè)有正六邊形結(jié)構(gòu)周期排列的空氣孔形成包層(2)，第一纖芯(4)和第二纖芯(5)對稱位于包層中心的兩個空氣孔缺陷，選擇包層(2)中任意一個或兩個空氣孔，將金屬材料填充空氣孔中形成金屬線(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，其特征在于:所述填充金屬材料的空氣孔位于第一纖芯(4)和第二纖芯(5)之間空氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，其特征在于:所述填充金屬材料的空氣孔位于第一纖芯(4)和第二纖芯(5)之間兩個空氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，其特征在于:所述填充金屬材料的空氣 孔位于空氣孔包層的第二層空氣孔中，相鄰的兩個空氣孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙芯光子晶體光纖摻雜金屬線的偏振耦合器，其特征在于包括背景材料、包層、第一纖芯、第二纖芯和金屬線；背景材料為硅玻璃材料，在背景材料上設(shè)有正六邊形結(jié)構(gòu)周期排列的空氣孔形成包層，第一纖芯和第二纖芯對稱位于包層中心的兩個空氣孔缺陷，選擇包層中任意一個或兩個空氣孔，將金屬材料填充空氣孔中形成金屬線。本發(fā)明利用金屬線摻雜的光子晶體光纖耦合器中，兩個正交偏振分量透射率和耦合長度的不同，可以實(shí)現(xiàn)對輸出光透射率和偏振態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)偏振分離、偏振濾波的功能。是一種具有寬工作帶寬、性能穩(wěn)定特點(diǎn)的，能夠?qū)崿F(xiàn)偏振分離、偏振濾波的光纖耦合器。
文檔編號G02B6/27GK103217743SQ20131006870
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者趙建林, 李鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)