CN105116486A - 八边形光子晶体光纤偏振分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明属涉及一种八边形双纤芯光子晶体光纤偏振分束器，包括中心对称分布的双纤芯和包层，包层由圆形空气孔和背景材料构成，所述包层设置在纤芯***区域，其折射率低于纤芯部分；构成包层的圆形空气孔围绕纤芯呈八边形排列，两个纤芯之间是一个椭圆形空气孔，在所述的光子晶体光纤偏振分束器端面上，所有圆空气孔的孔径都相同。其优点是：改进了光纤包层中空气孔的分布方式，增强了结构的不对称性，使光纤具有高双折射效应。同时，提出的光子晶体光纤偏振分束器具有高消光比、较大的带宽等优点。

Description

八边形光子晶体光纤偏振分束器
技术领域
本发明属于光学器件领域，涉及一种具有高双折射的八边形双纤芯光子晶体光纤偏振分束器。
背景技术
根据模式耦合理论，光波入射到双芯光子晶体光纤的一个纤芯中时，会在其中激发出基模场，而该纤芯的基模场由于光纤的结构特点必然会部分扩展到包层中，从而进入到相邻很近的另一个纤芯中，这部分光能量就成为另一个纤芯的激励源并在其中激发出传输模式。这样，两个纤芯中的模式场就能够发生相互耦合，结果双芯结构中的基模场就由四个偏振分量构成，即X偏振的奇模和偶模，Y偏振的奇模和偶模，可以表示为：和其中，E代表电场，下标表示奇模或偶模，上标表示X偏振态或Y偏振态。
耦合长度是指光波的能量从一个纤芯完全耦合到另一个纤芯时光波沿光纤传播的距离，通过在光纤中引入高双折射可以增大基模X偏振态和Y偏振态的耦合长度差，有利于两个偏振态光场的充分分离。光子晶体光纤具有高度灵活的结构设计特点，可以通过对孔径、孔形状、孔分布方式等结构参数的有效控制来引入不对称性，从而产生高双折射。传统的光纤分束器的结构设计比较单一、制作工艺比较复杂而且工作性能也有待提高，光子晶体光纤由于结构设计灵活多样、制作技术日益完善、具备多方面的优越性能而在偏振分束器领域得到了广泛的应用。相比之下，基于光子晶体光纤的偏振分束器具有高双折射、高消光比和更大的工作带宽等明显的优势。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统的光纤分束器制作工艺比较复杂、双折射较低及工作性能不高的缺点，提供一种结构新颖简单、性能优良且易于制作的八边形双芯光子晶体光纤偏振分束器。
本发明采取的技术方案如下：
一种八边形光子晶体光纤偏振分束器，包括中心对称分布的双纤芯和包层，包层由圆形空气孔和背景材料构成，所述包层设置在纤芯***区域，其折射率低于纤芯部分；构成包层的圆形空气孔围绕纤芯呈八边形排列，两个纤芯之间是一个椭圆形空气孔，在所述的光子晶体光纤偏振分束器端面上，所有圆空气孔的孔径都相同。
所述包层中的每个圆空气孔在不影响相邻空气孔的条件下能够在原来的位置上呈放射状放大。
所述的双纤芯是将包层结构中与椭圆形空气孔左右相邻的两个圆空气孔用硅玻璃代替所形成的高折射率区域。
所述的分束器端面上，一个椭圆空气孔位于结构的中心，其长轴沿横向分布，且椭圆孔的长短轴之比可以调节；包层中空气孔间距的比值Λx/Λy和空气孔径都可以调节。
所述的分束器端面结构中，包层空气孔呈八边形和矩形相结合的方式分布，最内层空气孔是以矩形排列的，其余的各层空气孔排列成八边形。
所述分束器结构的包层背景材料可以为二氧化硅玻璃、软玻璃材料或聚合物材料。
本发明的有益效果体现在：改进了光纤包层中空气孔的分布方式，增强了结构的不对称性，使光纤具有高双折射效应。同时，提出的光子晶体光纤偏振分束器具有高消光比、较大的带宽等优点。
附图说明
图1是本发明实施例一的分束器横截面示意图。图1中，1是背景材料，2是圆空气孔，3是纤芯，4是椭圆空气孔。
图2是图1示例中光子晶体光纤偏振分束器的归一化传输功率与传输距离的关系图。
图3是图1示例中光子晶体光纤偏振分束器的双折射与孔纵向间距的关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一
参照图1，一种八边形光子晶体光纤偏振分束器，沿光纤的轴向有规律地排列许多空气孔，所述的空气孔沿光纤轴线平行排列，横截面呈八边形结构，如图1所示，背景材料1为硅玻璃，折射率为1.45。
所述的分束器横截面包括双纤芯3和包层，双纤芯3是由中心位于规则网格结点上的两个圆空气孔2的缺失形成的高折射率芯区，图1中部的虚线部分表示纤芯的大致范围。
所述分束器的包层是由在背景材料1的规则网格结点上的空气孔2排列形成的等效低折射率区域，空气孔呈规则的八边形分布，位于纤芯3的周围。
所述的包层由具有相同孔径d的圆孔气孔2和背景材料1构成，空气孔2以矩形和八边形相结合的方式排列有四层，最内层空气孔以矩形排列，其余的三层空气孔排列成八边形。相邻空气孔中心的横向和纵向间距分别为Λx和Λy，分束器的横截面中心为一个椭圆形空气孔4。
包层中每个空气孔2的直径d＝1.1μm，孔间距为Λx＝1.2μm，Λy＝1.7μm，中心的椭圆空气孔长短轴分别为1.6μm和1.1μm，包层空气孔径和中心椭圆孔的长短轴都可以调节。分束器的横截面中除了空气孔以外的区域都由硅玻璃材料构成。
图2结果表明，该偏振分束器具有很好的分离基模两个偏振态光场的作用，在长度为314μm时可以将基模的两个线偏振光场完全分离，达到较高的消光比。
图3结果表明该结构具有很强的不对称性，通过调节结构参数可以在1.55μm波长处达到10-3量级的双折射，比普通保偏光纤的双折射高一个量级，具有较强的保持偏振态的能力。
实施例二
一种八边形光子晶体光纤偏振分束器，分束器的横截面为八边形，包层空气孔呈八边形和矩形相结合的方式分布，分束器的背景材料为聚合物或软玻璃材料，其它结构及数据参数与实施例一相同。

Claims (6)

1.一种八边形光子晶体光纤偏振分束器，包括中心对称分布的双纤芯和包层，其特征是：包层由圆形空气孔和背景材料构成，所述包层设置在纤芯***区域，其折射率低于纤芯部分；构成包层的圆形空气孔围绕纤芯呈八边形排列，两个纤芯之间是一个椭圆形空气孔，在所述的光子晶体光纤偏振分束器端面上，所有圆空气孔的孔径都相同。
2.根据权利要求1所述的八边形光子晶体光纤偏振分束器，其特征是：所述包层中的每个圆空气孔在不影响相邻空气孔的条件下能够在原来的位置上呈放射状放大。
3.根据权利要求1所述的八边形光子晶体光纤偏振分束器，其特征是：所述的双纤芯是将包层结构中与椭圆形空气孔左右相邻的两个圆空气孔用硅玻璃代替所形成的高折射率区域。
4.根据权利要求1所述的八边形光子晶体光纤偏振分束器，其特征是：所述的分束器端面上，一个椭圆空气孔位于结构的中心，其长轴沿横向分布，且椭圆孔的长短轴之比可以调节；包层中空气孔间距的比值Λx/Λy和空气孔径都可以调节。
5.根据权利要求1所述的八边形光子晶体光纤偏振分束器，其特征是：所述的分束器端面结构中，包层空气孔呈八边形和矩形相结合的方式分布，最内层空气孔是以矩形排列的，其余的各层空气孔排列成八边形。
6.根据权利要求1所述的八边形光子晶体光纤偏振分束器，其特征是：所述分束器结构的包层背景材料为二氧化硅玻璃、软玻璃材料或聚合物材料。
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