CN101859005A

CN101859005A - 一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件

Info

Publication number: CN101859005A
Application number: CN 201010219488
Authority: CN
Inventors: 董新永; 钱文文; 赵春柳; 邵理阳; 康娟; 倪凯
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2010-10-13

Abstract

一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件，包括光子晶体光纤和固定片；其特征在于：在光子晶体光纤一侧进行研磨加工，光子晶体光纤被研磨部分粘贴于固定片。光子晶体光纤被研磨部分的长度为4～5cm，研磨深度为48～56μm。在光子晶体光纤一侧进行研磨加工形成结构不对称，结构的不对称引起一个偏振分量泄漏，另一个偏振分量保持在纤芯中传输，从而实现起偏功能。整个偏振器件只需4～5cm光子晶体光纤，所以该器件制作方便、结构紧凑、尺寸小；此外该偏振器件消光比高、性能稳定，可以广泛应用于光纤通信和光纤传感技术中。

Description

一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件

技术领域

本发明属于光纤偏振器件技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的迅猛发展，光的偏振态对系统及元器件显得越发重要。光纤偏振器件作为偏振器件的一个重要分支，发挥着独特的作用。由于光纤偏振器体积小、重量轻、插入损耗低、消光比高，与光纤系统的兼容性强，因而倍受青睐。光纤偏振器应用广泛，在光隔离器、光环行器、光开关和光调制器等无源器件中大量使用。在光器件测试系统中，光纤偏振器与其他器件配合可以获得稳定灵活的测试条件，实现对器件的多参数检测。在光纤系统中，光纤偏振器是产生线偏振光的关键器件；在以偏振或者相位为主要检测特征的光纤系统，光纤偏振器是重要无源器件，如光纤陀螺、光纤电流传感器、光纤水听传感以及相干光通信系统等。

金属包层光纤偏振器件是将光纤嵌在一变曲率半径的槽中研磨，将光纤磨抛到纤芯附近，再镀上介质-金属复合膜层。当光波到达此复合膜区时，在介质-金属界面上产生的表面等离体波将光纤内一个偏振模耦合损耗掉。另一偏振模不能激发表面等离子体波，可几乎无损耗地通过此区域，从而实现起偏功能。这种光纤偏振器消光比可以达到35dB以上、插入损耗低于0.5dB、温度稳定性较好、易于实现小型化；但是制作工艺复杂，在小批量生产时消光比只能保证30dB。

环形线圈光纤偏振器是利用了卷绕的保偏光纤对不同偏振模式具有不同的弯曲损耗制成的。在确定好所需保偏光纤长度和曲率半径后，将光纤均匀卷绕在一个特定曲率半径的线圈骨架上。线圈光纤偏振器尺寸较大，通常骨架的半径要10cm左右，缠绕的光纤长度达几米长。此类偏振器制作简单，消光比通常可以达到30dB，但整个器件的插入损耗较大，达3dB。由于保偏光纤的双折射特性会随温度发生微小变化，线圈光纤偏振器使用的保偏光纤又较长，因此器件温度稳定性不好。

微孔光纤偏振器是在一段D形微孔光纤的微孔中注入金属而构成的。在光纤的包层中靠近纤芯处做出一个D形微孔，微孔通常距离纤芯几个微米，当在微孔内注入某种金属后，大的结构非对称性导致光偏振状态发生变化，成为衰减型光纤偏振器。一根长约40cm的微孔光纤偏振器的消光比可达40dB，但插入损耗也比较大，高达2.5dB。

晶体包层光纤偏振器同样需要将光纤研磨，磨抛到纤芯附近成D型光纤后，粘贴(或覆盖生长)上双折射晶片。利用双折射晶片对光波的两个正交偏振分量具有不同的折射率，将其中一个偏振分量泄漏掉，另一个偏振分量保持在纤芯中，达到起偏的目的。这种类型的光纤偏振器件消光比高，插入损耗较小，但制作工艺复杂，对使用的双折射晶片性能要求比较高。

在综上所述的研究中，现有的光纤偏振器件在性能和制作方法上各有特点，但是都存在各自的缺点。其中尺寸小、消光比高、插入损耗低的金属包层光纤偏振器及晶体包层光纤偏振器的制作工艺都比较复杂。线圈光纤偏振器和微孔光纤偏振器尺寸较大，插入损耗相对比较高，但制作工艺较简单。基于光纤偏振器件的广阔应用及对新型光纤偏振器件的迫切需求，需要改进现有光纤偏振器件制作技术，寻求一种尺寸小、制作方便和性能稳定的新型光纤偏振器件。

发明内容

本发明的目的就是克服现有偏振器件制作工艺复杂、尺寸大等问题，提供了一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件。

一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件，包括光子晶体光纤和固定片；其特征在于：在光子晶体光纤一侧进行研磨加工，光子晶体光纤被研磨部分粘贴于固定片。

光子晶体光纤被研磨部分的长度为4～5cm，研磨深度为48～56μm。

本发明所具有的优点为：在光子晶体光纤一侧进行研磨加工形成结构不对称，结构的不对称引起一个偏振分量泄漏，另一个偏振分量保持在纤芯中传输，从而实现起偏功能。由于光子晶体光纤包层由一定周期的空气孔排列构成，所以较易于研磨加工，该偏振器件制作方便，易于加工；整个偏振器件只需4～5cm光子晶体光纤，所以该器件结构紧凑、尺寸小；此外该方法制作的偏振器件消光比高、性能稳定，可以广泛应用于光纤通信和光纤传感技术中。

附图说明

图1为本发明的偏振器件结构示意图；

图2为光子晶体光纤被研磨部分的截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件，包括光子晶体光纤1和固定片3。在光子晶体光纤1一侧进行研磨加工，光子晶体光纤被研磨部分2粘贴于固定片3。

图2为光子晶体光纤被研磨部分的截面图。光子晶体光纤1由纤芯空气孔4和周期性排列的包层空气孔5构成。本实施例中光子晶体光纤被研磨部分2的长度为4.5cm，研磨深度为50μm。

本发明实现起偏功能的关键技术为：

光子晶体光纤是一种新型光纤，纤芯由纯石英构成，包层中分布着沿径向周期性排列、沿光纤轴向伸展的波长量级的空气孔。在光子晶体光纤一侧进行研磨加工，研磨至一定深度(48～56μm)。由于包层由周期性排列的空气孔构成所以比较容易研磨加工。光子晶体光纤被研磨加工后形成结构不对称。大的结构不对称导致纤芯中的能量很容易在被研磨的方向上产生泄漏，使两个偏振模式的传输损耗差别加大。当光在此结构中传输一段距离后一个偏振模式将完全损耗掉，因而实现了起偏功能。

表1.本实施例偏振器件在对应波长时X和Y模式的CL及PDL变化

波长(nm)	1540	1550	1560	1570	1580	1590	1600
波长(nm)	1540	1550	1560	1570	1580	1590	1600	CL(X)(dB/mm)	0.085	0.075	0.092	0.126	0.114	0.146	0.333
CL(Y)(dB/mm)	0.902	0.933	0.914	0.851	1.108	1.331	1.855	CL(X)(dB/mm)	0.085	0.075	0.092	0.126	0.114	0.146	0.333
CL(Y)(dB/mm)	0.902	0.933	0.914	0.851	1.108	1.331	1.855	PDL(dB/mm)	0.818	0.858	0.822	0.725	0.994	1.185	1.522

使用全矢量有限元分析法，可以从理论上模拟光在基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件中的传输情况。本实施例中所使用的光子晶体光纤纤芯空气孔直径为12.5μm，空气孔间距为3.9μm，空气孔直径为3.8μm。光子晶体光纤被研磨部分的深度为50μm。表1表示理论计算所得的在不同波长时，两个正交模式(X和Y)的限制损耗(confinement loss，CL)及偏振相关损耗(polarizer dependence loss，PDL)。由表1的结果可得，在波长为1540nm-1600nm的范围内，当光子晶体光纤被研磨部分长度为4.5cm时，基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件可以产生超过35dB的PDL，可以实现偏振效果。

Claims

1.一种基于光子晶体光纤的研磨型光纤偏振器件，包括光子晶体光纤和固定片；其特征在于：在光子晶体光纤一侧进行研磨加工，光子晶体光纤被研磨部分粘贴于固定片。