專利名稱：一種使光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)起偏的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖偏振技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)起偏的方法。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信和光纖傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展，光的偏振態(tài)對系統(tǒng)及元器件顯得越發(fā) 重要。光纖偏振器件作為偏振器件的一個(gè)重要分支，發(fā)揮著獨(dú)特的作用。由于光纖偏振器 體積小、重量輕、插入損耗低、消光比高，與光纖系統(tǒng)的兼容性強(qiáng)，因而倍受青睞。光纖偏振 器應(yīng)用廣泛，在光隔離器、光環(huán)行器、光開關(guān)和光調(diào)制器等無源器件中大量使用；在光器件 測試系統(tǒng)中，光纖偏振器與其他器件配合可以獲得穩(wěn)定靈活的測試條件，實(shí)現(xiàn)對器件的多 參數(shù)檢測；在光纖系統(tǒng)中，光纖偏振器是產(chǎn)生線偏振光的關(guān)鍵器件；在以偏振或者相位為 主要檢測特征的光纖系統(tǒng)，光纖偏振器是重要無源器件，如光纖陀螺、光纖電流傳感器、光 纖水聽傳感器以及相干光通信系統(tǒng)等?，F(xiàn)有的光纖偏振器件主要包括以下幾種。金屬包層光纖偏振器件是將光纖嵌在一變曲率半徑的槽中研磨，將光纖磨拋到纖 芯附近，再鍍上介質(zhì)_金屬復(fù)合膜層。當(dāng)光波到達(dá)此復(fù)合膜區(qū)時(shí)，在介質(zhì)_金屬界面上產(chǎn)生 的表面等離體波將光纖內(nèi)一個(gè)偏振模耦合損耗掉。另一偏振模不能激發(fā)表面等離子體波， 可幾乎無損耗地通過此區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)起偏功能。這種光纖偏振器消光比可以達(dá)到35dB以 上、插入損耗低于0. 5dB、溫度穩(wěn)定性較好、易于實(shí)現(xiàn)小型化；但是制作工藝復(fù)雜，在小批量 生產(chǎn)時(shí)消光比只能保證30dB。環(huán)形線圈光纖偏振器是利用了卷繞的保偏光纖對不同偏振模式具有不同的彎曲 損耗制成的。在確定好所需保偏光纖長度和曲率半徑后，將光纖均勻卷繞在一個(gè)特定曲率 半徑的線圈骨架上。線圈光纖偏振器尺寸較大，通常骨架的半徑要IOcm左右，纏繞的光纖 長度達(dá)幾米長。此類偏振器制作簡單，消光比通常可以達(dá)到30dB，但整個(gè)器件的插入損耗較 大，達(dá)3dB。微孔光纖偏振器是在一段D形微孔光纖的微孔中注入金屬而構(gòu)成的。在光纖的包 層中靠近纖芯處做出一個(gè)D形微孔，微孔通常距離纖芯幾個(gè)微米，當(dāng)在微孔內(nèi)注入某種金 屬后，大的結(jié)構(gòu)非對稱性導(dǎo)致光偏振狀態(tài)發(fā)生變化，成為衰減型光纖偏振器。一根長約40cm 的微孔光纖偏振器的消光比可達(dá)40dB，但插入損耗也比較大，高達(dá)2. 5dB。液晶灌入式光子晶體光纖偏振器件在光子晶體光纖的包層空氣孔中灌入液晶。由 于液晶的各向異性，對兩個(gè)正交偏振態(tài)的損耗不同，從而導(dǎo)致偏振態(tài)的產(chǎn)生。但是，由于此 類偏振器件是利用灌入液晶后光場變大從而損耗增加的原理，所以該器件有較大的插入損 耗。此外，此類器件需要由長1至1. 5米的光子晶體光纖才能達(dá)到35dB的消光比，大大增 加實(shí)驗(yàn)成本。在綜上所述的研究中，現(xiàn)有的光纖偏振器件在性能和制作方法上各有特點(diǎn)，但是 都存在各自的缺點(diǎn)。金屬包層光纖偏振器尺寸小、消光比高、插入損耗低，但是制作工藝比 較復(fù)雜。線圈光纖偏振器制作工藝較簡單，但是尺寸較大，插入損耗相對比較高。微孔光纖 偏振器制作簡單，但是插入損耗相對較高。液晶灌入式光子晶體光纖偏振器件制作方便，但是成本較高，有較大的插入損耗?；诠饫w偏振器件的廣闊應(yīng)用及對新型光纖偏振器件的迫切需求，需要大大改進(jìn)和提高現(xiàn)有的光纖偏振器件制作技術(shù)，以滿足工程應(yīng)用及科學(xué)研 究的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有偏振器件制作工藝復(fù)雜、尺寸大、性能不穩(wěn)定等 問題，提供了一種使光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)起偏的方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為在光子晶體光纖的包層中的部分空氣孔中灌入溶液，使得包層折射率分布不對 稱，入射光經(jīng)過該光子晶體光纖即可實(shí)現(xiàn)偏振；所述的溶液為去離子水和乙醇。所述的部分空氣孔是以光子晶體光纖的中心為圓心、圓心角為α的扇環(huán)區(qū)域中 所包含的空氣孔；該扇環(huán)區(qū)域的短半徑為光子晶體光纖的纖芯半徑與一個(gè)空氣孔直徑之 和，扇環(huán)區(qū)域的長半徑為光子晶體光纖的半徑，其中30° < α <45° ；所述的扇環(huán)區(qū)域中 所包含的空氣孔是指該空氣孔的完整截面在該扇環(huán)區(qū)域范圍內(nèi)。空氣孔中灌入溶液的光子晶體光纖的長度為IOmm 15mm。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)為通過在光子晶體光纖的局部空氣孔灌入溶液就可以實(shí)現(xiàn) 偏振功能，所以實(shí)現(xiàn)起偏的方法簡單，制作方便；整個(gè)偏振器件只需IOmm 15mm光子晶體 光纖，所以該器件結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸??；此外該方法制作的偏振器件消光比高、性能穩(wěn)定，可以 廣泛應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感技術(shù)中。


圖1為光子晶體光纖灌入溶液后的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。如圖1所示，取10 15mm長的光子晶體光纖1(本實(shí)施例取12mm)，然后在該光子 晶體光纖1的部分包層空氣孔2灌入去離子水3 (折射率為1. 44)，形成包層折射率分布不 對稱。該部分空氣孔處于以光子晶體光纖的中心為圓心，圓心角為30° 45°所形成的扇 環(huán)區(qū)域中(本實(shí)施例中圓心角取30° )；去離子水3充滿整個(gè)扇環(huán)區(qū)域內(nèi)的空氣孔(除了 與纖芯緊鄰的空氣孔)，當(dāng)波長為1550nm入射光經(jīng)過該段光子晶體光纖1即可產(chǎn)生起偏。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)偏振的方法是基于以下原理光纖偏振器要解決的問題是設(shè)法保留一 個(gè)偏振模而消除另一個(gè)偏振模，其基本原理可分為兩大類一類是衰減型的，即增加兩個(gè)偏 振模的衰減差，如金屬包層光纖偏振器、環(huán)形線圈光纖偏振器等；另一類是截止型的，即讓 其中的一個(gè)偏振模截止，如雙折射晶體包層光纖偏振器等。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)起偏功能的關(guān)鍵技術(shù)為光子晶體光纖也稱作多孔光纖或微結(jié)構(gòu)光纖，是一種新型光纖且具備優(yōu)良的光學(xué) 特性。在其包層中分布著沿徑向周期性排列、沿光纖軸向伸展的波長量級的空氣孔。一方面 可以通過靈活改變空氣孔大小、形狀、位置分布來獲得具有各種特殊性質(zhì)的光子晶體光纖。 另一方面可以通過在空氣孔灌入溶液(或液晶)，引起包層折射率變化設(shè)計(jì)和制作出具有特殊用途的光子晶體光纖。在光子晶體光纖包層局部空氣孔中灌入溶液，包層折射率分布不對稱。這不僅導(dǎo)致光纖高雙折射效應(yīng)出現(xiàn)，使兩個(gè)正交偏振模式產(chǎn)生大的有效折射率差；而且由于包層折 射率分布不對稱，纖芯中的能量很容易在灌入溶液方向上產(chǎn)生泄漏，使兩個(gè)偏振模式的傳 輸損耗差別加大。當(dāng)光在此結(jié)構(gòu)的光纖中傳輸一段距離后(在實(shí)施例中選用12mm長的光 子晶體光纖)，一個(gè)偏振模式將完全損耗掉，因而實(shí)現(xiàn)了起偏功能。使用全矢量有限元分析法，可以從理論上模擬光在灌入去離子水的光子晶體光纖 傳輸情況。實(shí)驗(yàn)中所使用光子晶體光纖為Crystal Fiber A/S生產(chǎn)的HC-1550-02光子帶 隙型光子晶體光纖。表1表示理論計(jì)算所得的在不同波長時(shí)，兩個(gè)正交模式(X和Y)的限 制損耗(confinement loss,CL)及偏振相關(guān)損耗(polarizer dependence loss，PDL)。由 表1的結(jié)果可得，在波長1500-1620nm范圍，灌入去離子水的光子晶體光纖有較高的偏振相 關(guān)損耗，所以可以實(shí)現(xiàn)偏振。表1.不同波長時(shí)X和Y模式的CL及PDL變化
波長(nm) ~~1500 ~~1520 1540 ~~1560 ~~1580 ~~1600 ~~1620 CL (X)(dB/mm) 0. 2731 0. 3834 0. 3380 0. 2481 0. 8135 1. 2763 1. 7120 CL (Y)(dB/mm) 3. 1655 3. 8748 3. 0195 2. 9220 3. 5133 4. 4228 5. 2999 PDL (dB/mm) 2.8924 3.4914 2.6815 2.6738 2.7028 3.1465 3.5879
權(quán)利要求
一種使光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)起偏的方法，其特征在于該方法是在光子晶體光纖的包層中的部分空氣孔中灌入溶液，使得包層折射率不對稱，入射光經(jīng)過該光子晶體光纖即可實(shí)現(xiàn)偏振；所述的溶液為去離子水或乙醇；所述的部分空氣孔是以光子晶體光纖的中心為圓心、圓心角為α的扇環(huán)區(qū)域中所包含的空氣孔，30°≤α≤45°；該扇環(huán)區(qū)域的短半徑為光子晶體光纖的纖芯半徑與一個(gè)空氣孔直徑之和、長半徑為光子晶體光纖的半徑；所述的扇環(huán)區(qū)域中所包含的空氣孔是指該空氣孔的完整截面在該扇環(huán)區(qū)域范圍內(nèi)；空氣孔中灌入溶液的光子晶體光纖的長度為10mm～15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)起偏的方法?，F(xiàn)有的方法制作工藝比較復(fù)雜，插入損耗相對較高。本發(fā)明方法是在光子晶體光纖的包層中的部分空氣孔中灌入溶液，使得包層折射率分布不對稱，入射光經(jīng)過該光子晶體光纖即可實(shí)現(xiàn)偏振；部分空氣孔是以光子晶體光纖的中心為圓心、圓心角為α的扇環(huán)區(qū)域中所包含的空氣孔；該扇環(huán)區(qū)域的短半徑為光子晶體光纖的纖芯半徑與一個(gè)空氣孔直徑之和，扇環(huán)區(qū)域的長半徑為光子晶體光纖的半徑?？諝饪字泄嗳肴芤旱墓庾泳w光纖的長度為10mm～15mm。本發(fā)明方法簡單，制作方便，此外該方法制作的偏振器件消光比高、性能穩(wěn)定。
文檔編號G02B6/10GK101825742SQ20101016943
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者倪凱, 康娟, 董新永, 趙春柳, 錢文文 申請人:中國計(jì)量學(xué)院