本發明專利技術公開了一種光子晶體光纖偏振分束器，該分束器由其中光子晶體光纖的包層由基質材料（1）和排布在正三角形結構網格結點上的空氣孔（2）所組成；金屬介質柱（3）位于光纖的中心，第一纖芯（4）和第二纖芯（5）均由正三角形網格中缺失一個空氣孔所組成，所述第一纖芯（4）、第二纖芯（5）均由正三角形網格中缺失一個空氣孔所組成，且位于金屬介質柱（3）兩側，所述第一纖芯（4）的中心、第二纖芯（5）的中心與金屬介質柱（3）的中心在一直線上，所缺失的兩個空氣孔的中心與金屬介質柱（3）的中心的距離L為L=Λ。本發明專利技術通過引入金屬介質柱，增大了不同偏振態下兩纖芯的耦合長度差異，實現了寬帶偏振分束的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光子集成、光學系統等領域，具體涉及一種光子晶體光纖偏振分束器件。
技術介紹
偏振分束器是光子集成芯片中一種重要的功能器件，它對于光學系統中陀螺儀等其它需要偏振控制的器件也是不可或缺的。近十幾年來，光子晶體光纖(PCF)由于結構設計的靈活性和獨特的光學性質，已引起了國內外學者廣泛關注。基于光子晶體光纖的偏振分束結構也已被廣泛的提出。他們大多數是利用雙芯或多芯光子晶體光纖能產生較大的雙折射來實現偏振分束的。目前光子晶體光纖偏振分束器的設計主要是基于以下幾種機制:一種方法是在雙芯光子晶體光纖中破壞光纖結構的對稱性，使得纖芯中產生較高的雙折射，使得其中一個偏振方向與另一個偏振方向耦合長度的比值滿足m:n，(m，η均是正整數且奇偶性不同)，通過合適的選取光纖參數即能實現兩個偏振光分離\m.Express, 2003,11(24): 3188]。另外，利用雙芯或多芯光纖的諧振現象，使其中一個偏振方向折射率相位匹配而產生諧振，另一個偏振方向相位不匹配或部分匹配從而不產生諧振，以達到偏振模式分離的目的L/ Lightwave Technol., 2005, 23(11)，3558]。此外,采用部分匹配f禹合理論可以實現一種寬帶的、高消光比偏振分束器[為吵7.0pt.2010, 49(17)，3042]。基于以上幾種方法能夠實現或寬帶、或高消光比等一些特性的偏振分束器件，但這類分束器一般光纖輸出端的模式場變形的比較嚴重(這是由于需要實現高雙折射導致的)，因而與常規光纖連接時存在著很大的插入損耗。通過向光子晶體光纖纖芯或包層等空氣孔中填充液晶\_Opt.Lett.，2008, 33，986]、半導體[辦1.Express., 2008，16，17227]或金屬[[/ .Rev.B., 2008，77，033417], [Opt.Express., 2011，19，3799]]等來改變光纖的偏振特性已被越來越受到關注。特別是，當填充金屬時，由于金屬自身的一些特性會給光子晶體光纖帶來很強的偏振特性。與此同時，金屬填充技術的快速發展也給實現這類偏振特性器件提供了良好的硬件基礎 YOpt.Express., 2011, 19, 12180]。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的是提一種光子晶體光纖偏振分束器，該分束器增大了不同偏振態下兩纖芯的耦合長度差異，實現了寬帶偏振分束的目的。本專利技術的技術方案是:一種光子晶體光纖偏振分束器，包括包層和纖芯，所述包層由基質材料和排布在正三角形結構網格結點上的空氣孔所組成，所述纖芯包括第一纖芯和第二纖芯；金屬介質柱位于分束器中心，所述第一纖芯、第二纖芯均由正三角形網格中缺失一個空氣孔所組成，且位于金屬介質柱兩側，所述第一纖芯的中心、第二纖芯的中心與金屬介質柱的中心在一直線上，所述第一纖芯的中心、第二纖芯的中心與金屬介質柱的中心的 距離相同，均為L=S Λ，其中Λ為孔周期，也即正三角形結構網格任意兩個相鄰最近結點之間距離。所述金屬介質柱所激發的表面模的有效折射率與第一纖芯或第二纖芯的基模有效折射率之差的絕對值范圍為0.00Γ0.01。所述金屬介質柱由金屬銀組成。金屬介質柱的引入，會增加傳輸模式的損耗，采用在近紅外波段傳輸損耗較小的金屬銀可有效地減小器件的損耗。本專利技術的有益效果是:通過引入金屬介質柱，增大了不同偏振態下兩纖芯的耦合長度差異，實現了寬帶偏振分束的目的。同時，保持了纖芯模式的基本形狀，有利于減小偏振分束器與光纖的連接損耗。附圖說明圖1為本專利技術的實施例的橫截面示意 圖2為對比實施例的橫截面示意 圖3為兩偏振模的耦合長度曲線； 圖4為圖1所示實施例的纖芯(4)與金屬表面模的模式有效折射率曲線； 圖5為不存在金屬介質柱時兩纖芯的耦合長度曲線； 圖6為傳輸過程中的模場分布 圖7為兩纖芯中的能量及傳輸距離的曲線； 圖8為偏振分束器的消光 比與波長的關系曲線； 其中，1-基質材料，2-空氣孔，3-金屬介質柱，4-第一纖芯，5-第二纖芯，6-中心空氣孔。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明如下:圖1是本專利技術所述填充有金屬的雙芯光子晶體光纖偏振分束器橫截面示意圖。雙芯光纖的基質材料為純石英，光纖中心填充金屬介質柱3，具體為銀。為方便起見，圖2給出了未填充金屬的雙芯光子晶體光纖結構，其中心為中心孔空氣孔6，其它參數均與圖1所示相同。我們計算了工作波長為λ =1.55 Mffl時填充金屬與未填充金屬兩種結構的x、y兩偏振方向的耦合長度及兩者的比值隨孔周期的變化關系。圖3為兩纖芯之間未填充金屬的情形，很顯然，x、y偏振方向的耦合長度相差不大，并且隨著孔周期的增加而變長；此外，兩偏振方向的耦合長度比值比較小(小于1.3)，這很難達到偏振分束的目的。為此，我們通過對兩纖芯之間的空氣孔填充金屬，能夠很明顯的增強該結構的偏振相關特性，如圖4所示。從圖4中可以看出，兩偏振方向的耦合長度先是隨著孔周期的增加而變長，接著出現極大值，然后隨著孔周期的進一步變大而變小；需說明的是填充有金屬的雙芯光子晶體光纖的耦合長度明顯小于未填充金屬的雙芯光子晶體光纖的稱合長度。同時，填充有金屬的雙芯結構的耦合長度的比值在2附近。其基本原理為:由光纖理論，當三芯結構光纖的三個纖芯模式匹配，即模式有效折射率相等時，三個纖芯之間耦合最強，其耦合長度比雙芯結構(即中間纖芯與兩邊纖芯模式不匹配)時的耦合長度要短。當金屬介質柱激發的表面模與兩側纖芯的基模有效折射率差異很大時，這種光纖即相當于雙芯光纖，而當金屬介質柱激發的表面模與兩側纖芯的基模有效折射率差異較小(〈0.01)時，表面模與纖芯的基模能力發生一定的率禹合，從而減小了原來的雙芯結構的稱合長度。由于表面模的偏振相關性，兩個偏振的表面模與纖芯基模耦合的強弱不同，從而導致兩個偏振耦合長度的較大差異。圖5為纖芯基模與金屬表面模的有效折射率曲線。由圖可見，兩者存在有效折射率相等的波長位置。由圖4和圖5可知，當兩者有效折射率差較小時，其兩偏振的耦合長度比保持在2左右，而當兩者有效折射率接近或完成相等時，其兩偏振的耦合長度和耦合長度比均減小。因此，應選取合適的有效折射率差。根據分析結果可知，當金屬介質柱所激發的表面模的有效折射率與纖芯的基模有效折射率之差的絕對值范圍為0.00Γ0.01時，其兩偏振的耦合長度比可保持在2左右。從而實現覽帶的偏振分束。綜合考慮，我們選擇一組參數，孔周期Λ為3.8 Mffl，包層空氣孔2的直徑為1.71 Mm,金屬介質柱3的直徑為1.558 Mm。圖6給出了該參數下的模場分布，由超模理論可以知道，該雙芯結構有四個超模，分別為X偏振方向的偶模和奇模，y偏振方向的偶模和奇模。從某一個纖芯中輸入一束光(波長為1.55 Mm)后，由于填充金屬的作用，X、y兩偏振方向的能量從一個纖芯完全耦合到另一個纖芯所需的光纖長度如圖7所示。很明顯，當將光纖的長度取為L=63 mm,正好能實現偏振分數的目的。同時，我們還計算出了該偏振分束裝置長度為63 mm的消光比和帶寬如圖8所示。從圖中可以看出，在波長λ =1.55 Mm,ERx=-39.4 dB, λ =1.441 Mm 1.587 Mm，達到 146 nm 的帶寬范圍內分光比 E本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種光子晶體光纖偏振分束器，包括包層和纖芯，其特征在于：所述包層由基質材料（1）和排布在正三角形結構網格結點上的空氣孔（2）所組成，所述纖芯包括第一纖芯（4）和第二纖芯（5）；金屬介質柱（3）位于分束器中心，所述第一纖芯（4）、第二纖芯（5）均由正三角形網格中缺失一個空氣孔所組成，且位于金屬介質柱（3）兩側，所述第一纖芯（4）的中心、第二纖芯（5）的中心與金屬介質柱（3）的中心在一直線上，所述第一纖芯（4）的中心、第二纖芯（5）的中心與金屬介質柱（3）的中心的距離相同，均為L=????????????????????????????????????????????????Λ，其中Λ為孔周期。2012105826682100001dest_path_image001.jpg
【技術特征摘要】
1.一種光子晶體光纖偏振分束器，包括包層和纖芯，其特征在于:所述包層由基質材料(I)和排布在正三角形結構網格結點上的空氣孔(2)所組成，所述纖芯包括第一纖芯(4)和第二纖芯(5);金屬介質柱(3)位于分束器中心，所述第一纖芯(4)、第二纖芯(5)均由正三角形網格中缺失一個空氣孔所組成，且位于金屬介質柱(3)兩側，所述第一纖芯(4)的中心、第二纖芯(5)的中心與金屬介質柱(3)的中心在一直線上，所述第一纖芯(4)的中心、第二纖芯(5)的中心與金屬介質柱(3)的中心的距離相同，均為L...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明陽，孫兵，戴茂春，邊清華，張永康，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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