CN104297838A - 一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器 - Google Patents

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    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
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Abstract

一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器，包括纤芯和包层。包层为包围纤芯的直径相同且呈矩形周期性排列的圆孔构成的外围区域。第一与第二两纤芯由六个大圆孔、中间部位的三个中型圆孔，以及左右的包层中四个圆孔包围的，缺失中心孔上下相邻两孔的光纤背景材料石英形成。六个大圆孔上下围绕的双芯被中间的三个中型圆孔分离，形成上下相对的双芯结构。在所有包层圆孔中填充折射率匹配液。本发明的长度较短、串扰带宽较宽，在长度为1.67mm时，两纤芯可将1.3μm和1.55μm的单偏振光分开。本发明结构相对简单，易于制作，在波分复用系统、光传感等领域有重要的应用价值。

Description

一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器
技术领域
 本发明属于光纤通信技术领域，特别是一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器。
背景技术
光子晶体光纤是带有缺陷的二维光波导，通常在轴向上由波长量级的空气孔周期排列构成的新型光纤，较之传统光纤，其有许多优异的特性，如无截止单模传输特性、高双折射特性、可调的色散特性、可控的非线性特性、低损耗等。由于其优异的特性与设计的灵活性，受到了国内外研究者的广泛关注。
单偏振单模光子晶体光纤，可以抑制或消除一个偏振态。通常实现单偏振单模传输的方法有两种，一种方法是，使一个偏振态的折射率高于基本空间模式（FSM）折射率（即包层折射率），另一个偏振态的折射率小于包层折射率，使得折射率高于包层的偏振态被传输，而另一个被截止；另一种方法是在包层形成缺陷波导，使得两个偏振模式的相关损耗比较大，从而使一个偏振模式有效传播。单偏振单模光子晶体光纤可以消除偏振耦合和偏振色散，被应用于光纤陀螺、偏振传感等领域。
分束器有偏振无关分束器与偏振相关分束器，偏振无关分束器可将包含两不同波长的一束光分为波长不同的两束光；偏振相关分束器可将单一波长的两个正交偏振态分开。
分束器在波分复用系统、传感实验中有着重要的应用价值。但是一般的光子晶体光纤分束器存在偏振耦合与偏振色散，这会影响分束器的性能。虽然目前设计的单偏振单模分束器可以消除偏振耦合与偏振色散，但是存在分束器长度较长、串扰较大、串扰小于-20dB的串扰带宽（BW）较窄等缺点。
发明内容
本发明的目的是解决单偏振单模光子晶体光纤分束器长度较长、串扰较大以及串扰小于-20dB的串扰带宽比较窄的问题，提供一种结构相对简单、串扰较低且串扰带宽较宽的短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器。
本发明光子晶体光纤分束器采用矩形晶格，背景材料采用石英，两纤芯分别缺失一个空气孔形成上下相对的双芯结构，包层由呈矩形周期排列的小空气孔构成，在包层小空气孔中填充折射率匹配液。该发明在光通信系统、光传感等领域有重要的应用价值。
本发明的技术方案：
一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器，包括纤芯和包层，包层折射率低于纤芯；包层为包围纤芯的直径相同且呈矩形周期性排列的圆孔(5)构成的区域； 第一纤芯(1)与第二纤芯(2)由六个大圆孔(6)、中间部位的三个中型圆孔(4)，以及左右的四个包层中的圆孔(5)包围的，缺失中心孔上下相邻两孔的光纤背景材料石英(3)形成。其中大圆孔(6)的直径大于中型圆孔(4)的直径，中型圆孔(4)的直径大于包层中圆孔(5)的直径，六个大圆孔(6)分别布置在上下两侧，六个大圆孔围绕的第一纤芯(1)与第二纤芯(2)被中间的三个中型圆孔(4)分离，形成上下相对的双芯结构，第一纤芯(1)与第二纤芯(2)左右包围的包层中的四个圆孔(5)，由原来的晶格位置向远离纤芯的水平方向移动水平孔间距一半的距离；在所有的包层圆孔(5)中填充折射率为1.24的折射率匹配液。
所述的中型圆孔(4)的直径为0.835μm，包层中圆孔(5)的直径为0.63μm，大圆孔(6)的直径为1.05μm，包层中圆孔(5)的水平孔间距为2.6μm，竖直孔间距为1.8μm。
 
本发明的优点和有益效果
本发明提出了一种结构相对简单、短长度、低串扰、宽串扰带宽的单偏振单模光子晶体光纤分束器。该光子晶体光纤分束器在所有的小圆孔中填充折射率匹配液，提高了包层的有效折射率，实现了光的单偏振单模传输。采用矩形晶格、双芯的结构，该结构表现出了较高的模式双折射，减小了耦合长度。该发明的长度为1.67mm时，两纤芯可将1.3μm和1.55μm的单偏振光分开；在两个波长附近，小于-20dB的串扰带宽分别可以达到25nm与35nm；波长为1.55μm处的串扰可达到-35dB/m,波长在1.3μm处的串扰可达到-41dB/m。本发明在波分复用系统、光传感等领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明的单偏振单模光子晶体光纤分束器一个实施例的横截面示意图。
图中：1为第一纤芯、2为第二纤芯，3为背景材料石英，4为直径为0.835μm的中型圆孔，5为包层中直径为0.63μm的圆孔，6为直径为1.05μm的大圆孔。
图2为图1实施例光子晶体光纤分束器计算得到的基本空间模式和光子晶体光纤的两正交方向上模式有效折射率随波长的变化图。
图3是图1实施例光子晶体光纤分束器计算得到的归一化功率随光传输距离的变化图，其中，（a）为纤芯1中1.3μm与1.55μm的x偏振光归一化功率随光传输距离的变化图，（b）为纤芯2中1.3μm与1.55μm的x偏振光归一化功率随光传输距离的变化图；
图4是图1实施例光子晶体光纤分束器计算得到的两纤芯的串扰随波长变化图，其中，（a）为期望波长为1.3μm的串扰随波长的变化图，（b）为期望波长为1.55μm的串扰随波长的变化图。
 
具体实施方式
实施例：
一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器，截面图如图1所示，包括纤芯和包层，包层为包围纤芯的直径相同且呈矩形周期性排列的圆孔5构成的区域，包层折射率低于纤芯；第一纤芯(1)与第二纤芯(2)由六个大圆孔(6)、中间部位的三个中型圆孔(4)，以及左右的四个包层中的圆孔(5)包围的，缺失中心孔上下相邻两孔的光纤背景材料石英(3)形成。其中大圆孔(6)的直径大于中型圆孔（4）的直径，六个大圆孔（6）分别布置在上下两侧，六个大圆孔围绕的第一纤芯（1）与第二纤芯（2）被中间的三个中型圆孔（4）分离，形成上下相对的双芯结构，两纤芯左右包围的包层中的四个圆孔（5）由原来的位置向远离纤芯的水平方向移动水平孔间距一半的距离。为了提高基本空间模的有效折射率，在所有包层中的圆孔（5）中填充折射率为1.24的折射率匹配液。
所述的中型圆孔（4）的直径为0.835μm，包层中的圆孔（5）的直径为0.63μm，大圆孔（6）的直径为1.05μm，包层中圆孔（5）的水平孔间距为2.6μm，竖直孔间距为1.8μm。
图2表明：波长大于1.28μm时，基本空间模式y方向的折射率大于PCF的y方向上的有效折射率；波长小于1.61μm时，基本空间模式x方向的折射率小于PCF的x方向上的有效折射率。在1.28μm到1.61μm之间的波长范围内，y偏振光被消除，x偏振光被有效传输。本发明可以实现x偏振光在1.28μm到1.61μm范围内的单模单偏振传输。
图3表明：包含有1.55μm与1.3μm波长的一束光从第一纤芯（1）入射，当传输距离为1.67mm时，1.3μm的x偏振光从第一纤芯（1）出射，1.55μm的x偏振光从第二纤芯（2）出射，该光子晶体光纤分束器实现了波长为1.3μm与1.55μm的x偏振光的分离。
图4表明：波长为1.55μm时的串扰可达到-35dB/m,波长在1.3μm处的串扰可达到-41dB/m。在1.55μm附近，串扰小于-20dB的串扰带宽可达25nm，在1.3μm附近，串扰小于-20dB的串扰带宽可达35nm。

Claims (2)

1.一种短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器，所述光子晶体光纤分束器包括纤芯和包层，其特征在于：所述的包层为包围纤芯的直径相同且呈矩形周期性排列的圆孔（5）构成的区域；第一纤芯（1）与第二纤芯（2）由六个大圆孔（6）、中间部位的三个中型圆孔（4），以及左右的四个包层中的圆孔（5）包围的，缺失中心孔上下相邻两孔的光纤背景材料石英（3）形成；其中大圆孔（6）的直径大于中型圆孔（4）的直径，中型圆孔（4）的直径大于包层中圆孔（5）的直径，六个大圆孔（6）分别布置在上下两侧，六个大圆孔围绕的第一纤芯（1）与第二纤芯（2）被中间的三个中型圆孔（4）分离，形成上下相对的双芯结构，第一纤芯（1）与第二纤芯（2）左右包围的包层中的四个圆孔（5），由原来的位置向远离纤芯的水平方向移动水平孔间距一半的距离；在所有包层中的圆孔（5）中填充折射率为1.24的折射率匹配液。
2.根据权利要求1所述的短长度单偏振单模光子晶体光纤分束器，其特征在于：中型圆孔（4）的直径为0.835μm，包层中的圆孔（5）的直径为0.63μm，大圆孔（6）的直径为1.05μm，包层中的圆孔（5）水平孔间距为2.6μm，竖直孔间距为1.8μm。
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