本發(fā)明涉及一種光纖器件，尤其是涉及一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

偏振器和其它偏振相關(guān)的器件在光纖通信、光纖測量儀器、光纖傳感器等領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用，如光學(xué)陀螺、干涉型光纖傳感器等。相對于體塊偏振器，光纖偏振器在全光纖通訊系統(tǒng)中更具有應(yīng)用前景，因?yàn)槠骷牟迦霌p耗小，且與光纖系統(tǒng)相匹配。

傳統(tǒng)的光纖偏振器研究大部分以D型光纖為載體，即將標(biāo)準(zhǔn)的光纖研磨成截面為D形的光纖，然后沿著軸向在磨平的平面上沉積、蒸度、壓附、定向生長選擇性吸光薄膜材料，如金、銀、銦、鋁、鉻、雙折射聚合物或者雙折射晶體等。申請?zhí)枮?01410045795.8的專利提出了一種石墨烯與微光纖結(jié)合的三維立體全光纖偏振器。近年又出現(xiàn)了單偏振光纖偏振器。

上述基于D型光纖的偏振器制作工藝復(fù)雜，而且D型光纖脆性很大，器件容易損壞。第二類基于石墨烯與微光纖結(jié)合的三維立體全光纖偏振器雖然在一定程度上解決了一些第一類偏振器中出現(xiàn)的問題，但總體看其器件尺寸偏大、機(jī)械強(qiáng)度不高、需要附加其它部件。由于受微光纖的機(jī)械強(qiáng)度限制，所以微光纖與石墨烯棒間的接觸面不可能很牢固，在振動、溫度沖擊等環(huán)境條件變化時(shí)，接觸面就會產(chǎn)生滑動、改變接觸狀態(tài)等，所以該光纖起偏器的起偏質(zhì)量和可靠性尚不能滿足更高使用條件的要求。

單偏振光纖偏振器是迄今為止公認(rèn)的最好的光纖偏振器，在實(shí)際科研生產(chǎn)中，從各個(gè)方面講都具有絕對的優(yōu)勢，如工藝簡單、成本低、優(yōu)異的力學(xué)和光學(xué)性能、可靠性高、適于工業(yè)化生產(chǎn)和使用等，已經(jīng)被廣泛的工程化使用。

在實(shí)際使用中，如果要求單偏振光纖的消光比參數(shù)達(dá)到30dB以上，一般單偏振光纖的使用長度要大于5米，這就使得在某些條件下使用起來很不方便，或不能滿足使用要求，使得其應(yīng)用受到了限制。為解決以上諸多光纖偏振器中存在的問題，提升光纖系統(tǒng)用偏振器的起偏質(zhì)量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、縮小光纖偏振器的尺寸方便使用和適于工程化批量生產(chǎn)，需要研究一種新的無源光纖偏振器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多缺陷和問題，本發(fā)明目的是提供一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過將具有吸光特性的金屬、合金、非金屬、復(fù)合材料、石墨烯等涂覆在單偏振光纖的表面上，利用它們與截止模式HE_11Y倏逝場的相互作用，最終在最短光纖長度范圍內(nèi)吸收消耗掉其能量，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)模HE_11x的低損耗傳輸。由于這種光纖是全長光纖涂覆，所以對截止模式的吸收效率更高，在達(dá)到同樣的消光比參數(shù)的條件下，使用吸光材料涂覆的單偏振光纖的長度會大大縮短，可以滿足一些特殊條件下的使用要求；同樣是因?yàn)槿L涂覆和吸光效率高，使得光纖偏振器的偏振性能和穩(wěn)定性大大提高；最終目的是制作一種單偏振光纖偏振器，具有高效率起偏的性能，滿足某些特殊條件下的工程化應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)，所述單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)包括單偏振光纖纖芯、單偏振光纖內(nèi)包層、單偏振光纖外包層、單偏振光纖應(yīng)力施加單元以及在單偏振光纖纖芯傳輸?shù)腍E_11x導(dǎo)模和在單偏振光纖外包層內(nèi)傳輸?shù)腍E_11y截止模，其特征在于，在所述的單偏振光纖外包層表面有一層吸光涂覆層。

本發(fā)明所述的在單偏振光纖外包層表面有一層吸光涂覆層，該吸光涂覆層為選擇性和非選擇性吸光材料，包括金屬、非金屬、復(fù)合材料、雙折射聚合物、雙折射晶體、吸光復(fù)合物、光學(xué)吸收染料、吸光聚酯組合物、金屬配合物、石墨烯等等，只要涂覆材料具有吸光性能并能夠與光纖表面形成牢固的結(jié)合即可，這個(gè)材料選擇范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的光纖起偏器的涂覆材料范圍。

本發(fā)明提供的一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)相比諸多光纖偏振器件具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢：1、制作工藝簡單，如某些金屬只需要在拉絲時(shí)進(jìn)行在線涂覆即可。2、使用簡單，由于器件本身是光纖，所以可以使用光纖熔接機(jī)直接與光纖光路進(jìn)行連接。3、與單偏振光纖制作的偏振器相比，起偏效率更高；這是由于全光纖吸光涂覆層相當(dāng)于有許多傳統(tǒng)的光纖器件在一根單偏振光纖上同時(shí)工作。4、起偏精度高，對截止模偏振態(tài)過濾徹底； 5、使用光纖長度大幅度縮短，可以滿足一些特殊條件下的使用要求。

本發(fā)明具有的有益效果是：①單偏振光纖及其偏振器的偏振性能和可靠性提高；②大幅度縮短單偏振光纖作為偏振器的使用長度；③制作的光纖偏振器較傳統(tǒng)光纖偏振器在光纖系統(tǒng)中的插入損耗??；④機(jī)械強(qiáng)度較一些傳統(tǒng)光纖偏振器增加；⑤較一些傳統(tǒng)光纖偏振器制作方法簡單，成品率高，成本低，適于大批量工程化生產(chǎn)和使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明以熊貓型結(jié)構(gòu)單偏振光纖為實(shí)施例的一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)剖面圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

參照圖1，一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)包括單偏振光纖纖芯1、單偏振光纖內(nèi)包層2、單偏振光纖外包層3、單偏振光纖應(yīng)力施加單元4以及被束縛在單偏振光纖纖芯1傳輸?shù)腍E_11x導(dǎo)模6和在單偏振光纖外包層3內(nèi)傳輸?shù)腍E_11y截止模7，本單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)在單偏振光纖外包層3表面有一層吸光涂覆層5。

本單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)對單偏振光纖的外徑不限，可以是各種不同直徑如Ф125μm、Ф80μm、Ф45μm等直徑；其形狀不限，可以是圓形、D型、多邊形等。

本單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)對單偏振光纖的結(jié)構(gòu)不限，可以是熊貓型、領(lǐng)結(jié)型、橢圓包層型、空氣孔輔助幾何雙折射型、橢圓芯幾何雙折射型等。

本單偏振光纖偏振器結(jié)構(gòu)的制備方法有在線和非在線法兩種，由于涂覆材料眾多，所以僅就金屬和非金屬類材料在線涂覆、金屬和非金屬類材料非在線涂覆工藝舉例說明，具體步驟如下：

（一）在線金屬材料涂覆：①在拉絲塔上將單偏振光纖引纖穿過光纖涂杯孔；②將涂覆金屬加熱熔化后注入涂杯，并使涂杯保持溫度大于該金屬熔化溫度；③當(dāng)進(jìn)行光纖拉制時(shí)，金屬就自然冷凝涂覆在經(jīng)過的單偏振光纖表面上，再經(jīng)過冷卻后就制作成激光涂覆層單偏振光纖；④截取適當(dāng)長度的單偏振光纖，就形成具有金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。

（二）在線非金屬類材料涂覆：①在拉絲塔上將單偏振光纖引纖穿過光纖涂杯孔；②將涂覆液態(tài)非金屬類材料注入涂杯，當(dāng)進(jìn)行光纖拉制時(shí)，向下運(yùn)動的光纖自然就將液態(tài)非金屬類材料帶出涂杯并涂覆在經(jīng)過的光纖表面上，再經(jīng)過紫外或熱固化爐進(jìn)行固化使其固化在光纖表面上，形成非金屬吸光涂覆層；③截取適當(dāng)長度的該光纖，就形成具有非金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。

（三）非在線金屬涂覆有多種方法，下面列出幾種：

①熔化金屬涂覆法：將一段傳統(tǒng)有機(jī)材料涂覆的單偏振光纖的有機(jī)材料包層剝離，進(jìn)行單偏振光纖表面處理，將裸纖穿過涂杯孔；將要涂覆的金屬或合金在熔化杯內(nèi)熔化，然后將單偏振光纖通過熔化杯底部的涂杯嘴拉出，經(jīng)過冷卻即在拉出的光纖表面上自然形成金屬吸光涂覆層。

②蒸鍍法：將一段單偏振光纖有機(jī)涂覆層剝離并進(jìn)行處理，然后放入真空鍍膜機(jī)中進(jìn)行真空蒸度，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。

③濺射法：將一段單偏振光纖有機(jī)涂覆層剝離并進(jìn)行處理，然后放入濺射機(jī)中進(jìn)行金屬濺射，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。

④化學(xué)淀積法：將一段單偏振光纖有機(jī)涂覆層剝離并進(jìn)行清潔處理，然后通過粗化、敏化、活化等工藝進(jìn)行常規(guī)金屬淀積，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。

經(jīng)過上述四種工藝過程制成的光纖就是具有金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。

（四）非在線非金屬材料涂覆方法也較多，簡單介紹主要過程如下：

①將傳統(tǒng)單偏振光纖的有機(jī)材料涂層剝離；②進(jìn)行單偏振光纖表面處理；③將要涂覆的非金屬材料放入容器；如果是固態(tài)物，需要進(jìn)行物理或化學(xué)液化處理；④將單偏振光纖浸入其中，通過一定孔徑的涂杯孔拉出即在光纖表面上形成液態(tài)涂覆層，再經(jīng)過紫外或熱固化處理形成非金屬吸光涂覆層；⑤截取適當(dāng)長度的該光纖，就形成具有非金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。

本發(fā)明通過將具有吸光特性的材料涂覆在單偏振光纖的表面上，利用它們與截止模式HE_11Y倏逝場的相互作用，最終在最短光纖長度范圍內(nèi)吸收消耗掉其能量。

本單偏振光纖偏振器的工作原理：單偏振光纖的起偏機(jī)理與以前出現(xiàn)的光纖偏振器完全不同，它是利用光纖波導(dǎo)自身的光學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)的。光纖中的HE_11x模式（X軸向偏振）的光能量被束縛在光纖芯部傳輸，而HE_11y模式（Y軸向偏振）的光能量由于波導(dǎo)模式截止的原因只能在光纖包層中傳輸，即光纖包層表面處的倏逝波場能量都來源于截止模HE_11y。如果在單偏振光纖表面涂覆或生長吸光材料（包括選擇性和非選擇性吸光材料），一旦在光纖包層內(nèi)傳輸?shù)腍E_11y截止模光能量遇到這些選擇性吸光材料，其光能量就會被迅速消耗掉，而HE_11x導(dǎo)模的光能量不會受到任何影響，這一方面使得單偏振光纖的偏振性能和偏振質(zhì)量提高，另一方面更顯著的特點(diǎn)是提高起偏效率，可以大大縮短單偏振光纖用作光纖起偏器的長度，這使得某些條件下的應(yīng)用變?yōu)榱丝赡堋?/p>