CN109254348A - 一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤技术领域，具体的说是一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器。包括包层，在包层中设有六条填充有液体的第一填充孔和两条填充有钛线的第二填充孔，六条第一填充孔呈矩形分布，两条第二填充孔分别设置在矩形两条短边的中心，在包层中位于矩形的中心还设有内部空气孔，包层上的矩形区域中位于内部空气孔两侧的部分分别形成纤芯；在包层中位于矩形区域以外的部分还设有多条外部空气孔，且任意一行外部空气孔中均包括横截面为圆形的多个第一空气孔和横截面为椭圆形的多个第二空气孔。本发明具有耦合长度短、消光比高的优点，非常适合用于制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器。
Description
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，具体的说是一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器。
背景技术
在现阶段光纤通信的发展进程中，光纤已经普遍应用在现代国防和高新科技等领域中。然而，伴随着诸多应用领域中高精度和高性能等方面应用需求的逐渐提高，传统光纤逐渐暴露出其存在的内在缺陷而无法满足日渐提升的应用需求。
自光子晶体光纤诞生以来，因其在近红外和可见光波段具有异常色散、极强的双折射、无截止单模、较低的损耗、高非线特性、可控的模场面积、易拉制的多芯结构等独特的光学性质，被广泛的应用于传感、成像、药物检测、通信、生物工程等领域，同时为高性能偏振分束器的研究提供了基础。偏振分束器能够分离出两个正交偏振模，使其沿着不同的方向传播。偏振分束器在光通信、光存储和集成电路领域具有非常重要的应用价值。
发明内容
本发明旨在提供一种具有耦合长度短、消光比高的填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，包括包层，在包层中沿包层的长度方向设有六条填充有液体的第一填充孔和两条填充有钛线的第二填充孔，六条第一填充孔在包层横截面上的投影呈矩形分布，两条第二填充孔分别设置在由六条第一填充孔形成的矩形区域的两条短边的中心位置，在包层中位于由六条第一填充孔形成的矩形区域的中心位置还设有沿包层长度方向分布的一条内部空气孔，包层上由六条第一填充孔形成的矩形区域中位于内部空气孔两侧的部分分别形成纤芯；在包层中位于由六条第一填充孔形成的矩形区域以外的部分还设有多条沿包层的长度方向分布的外部空气孔，多条外部空气孔在包层横截面上的投影呈行分布，且任意一行外部空气孔中均包括横截面为圆形的多个第一空气孔和横截面为椭圆形的多个第二空气孔。
优选的，任意一行外部空气孔均平行于由六条第一填充孔形成的矩形区域的宽度方向分布。
优选的，包层的横截面形状为圆形，内部空气孔与包层横截面的圆心重合。
优选的，外部空气孔的总行数为奇数。
优选的，位于多行外部空气孔的中心位置的一行外部空气孔与包层横截面的中心轴线重合；两条纤芯的位置分别与多行外部空气孔中的最接近包层横截面中心轴线的两行外部空气孔的位置相对应；由六条第一填充孔形成的矩形区域的短边分别与多行外部空气孔中次接近包层横截面中心轴线的两行外部空气孔的位置相对应。
优选的，第一填充孔、第二填充孔以及内部空气孔的横截面形状均为圆形。
优选的，任意一行外部空气孔中相邻两个外部空气孔之间的间距均为∧=0.9μm，第一空气孔的直径为d=0.63μm，第一空气孔的相对孔间隔比为f，且f=d/∧=0.7；第二空气孔的长轴长度为a=0.8μm，短轴长度为b=0.64μm，椭圆率η=b/a=0.8；第一填充孔的直径为d1=0.8μm；第二填充孔的直径为d2=0.7μm；内部空气孔的直径为d3=0.6μm。
优选的，第一空气孔、第二空气孔和内部空气孔的折射率为1.0，包层材料的折射率为1.45，填充钛线的第二填充孔的折射率为2.15，填充液体的第一填充孔的折射率为1.35。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有很超短的耦合长度和很高的消光比特性，非常适合用于制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器，并具有宽带宽、物理长度较短、分光比较高等优点，可满足宽大、大容量的光通信网的需求。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图；
图2为本发明的的x-偏振方向与y-偏振方向耦合长度随波长的变化关系图；
图3 是本发明的归一化传输功率随传输距离的变化关系图；
图4 是本发明的消光比与波长的变化关系图；
图中标记：1、外部空气孔，101、第一空气孔，102、第二空气孔，2、第二填充孔，3、第一填充孔，4、包层，5、内部空气孔，6、纤芯。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，包括包层4和分布于包层4中心上下位置的两条纤芯6。在包层4中沿包层4的长度方向还设有第一填充孔3、第二填充孔2、内部空气孔5以及外部空气孔1。纤芯6为包层4材料本身由上述多个孔分隔形成。
第一填充孔3和第二填充孔2的横截面形状均为圆形。其中的第一填充孔3的数量为六个并分别填充有液体，六个第一填充孔3在包层4横截面上的投影呈矩形分布。由六个第一填充孔3形成的矩形区域的短边为两个第一填充孔3，长边为三个第一填充孔3。第二填充孔2的数量为两个并分别填充有钛线，两个第一填充孔3在包层4横截面上的投影位置分别位于上述两条短边之间的中心位置。在由六个第一填充孔3形成的矩形区域的中心位置，即包层4横截面的中心位置还设有无填充物质的内部空气孔5，从而通过内部空气孔5将上述矩形区域均分为两块并分别形成纤芯6。
如图1所示，在包层4中位于上述矩形区域以外的部分还设有十一行无填充物质的外部空气孔1，所有外部空气孔1同样沿包层4长度方向分布。任意一行外部空气孔1中均包括横截面为圆形的多个第一空气孔101和横截面为椭圆形的多个第二空气孔102。任意一行外部空气孔1均平行于上述矩形区域的宽度方向即水平方向分布。其中第六行的外部空气孔1与包层4横截面的水平中心轴线重合。两条纤芯6的位置分别位于第五行和第七行外部空气孔1的中间。上述矩形区域的短边以及两条内部空气孔5分别与第四行和第八行的外部空气孔1的位置相对应。
任意一行外部空气孔1中相邻两个外部空气孔1之间的间距均为∧=0.9μm。需要说明的是，第五行和第七行外部空气孔1被上述矩形区域阻断，未被阻断部分的行内相邻两个外部空气孔1之间的间距仍为∧，但是行内位于最接近上述矩形区域两侧的两个外部空气孔1之间的间距较大，即相当于包层4材料中第五行和第七行外部空气孔1的中间位置缺失两个外部空气孔1而分别形成纤芯6，且两个纤芯6以包层4水平中心轴线相互对称。第一空气孔101的直径为d=0.63μm，第一空气孔101的相对孔间隔比为f，且f=d/∧=0.7；第二空气孔102的长轴长度为a=0.8μm，短轴长度为b=0.64μm，椭圆率η=b/a=0.8；第一填充孔3的直径为d1=0.8μm；第二填充孔2的直径为d2=0.7μm；内部空气孔5的直径为d3=0.6μm。第一空气孔101、第二空气孔102和内部空气孔5的折射率为1.0，包层4材料的折射率为1.45，填充钛线的第二填充孔2的折射率为2.15，填充液体的第一填充孔3的折射率为1.35。
本实施例中，当∧=0.9μm，f=0.7时，采用光束传播法（BeamPROP）计算可得到本发明的X-偏振方向与Y-偏振方向的耦合长度Lx和Ly分别为0.02091mm、0.02796mm。当L=4Lx=3Ly=83.9μm时，可以实现两偏振光的分离，可以制作偏振分束器。当L=8Lx=6Ly时，两偏振光又在填充液体的双芯光子晶体光纤的同一个纤芯6中发生耦合，可以制作与偏振无关的耦合器。
本发明如图2所示的X-偏振方向与Y-偏振方向的耦合长度Lx和Ly分别为0.02091mm、0.02796mm。图3给出了，在波长1.55μm处，本发明的归一化功率随传输距离的变化关系，其中∧=0.9μm，f=0.7。从图3可以看出，当L=4Lx=3Ly=83.9μm时，从上方纤芯6入射基模模场光功率，经过一个光纤长度后，实现了X,Y-偏振光功率的分离。此时，X-偏振模场光功率处于上方的纤芯6，而Y-偏振模场光功率可以完全进入下方的纤芯6中，可实现两偏振光的完全分离。
图4所示的为X-偏振和Y-偏振的归一化功率随波长呈现周期性变化图。消光比为偏振分束器一个非常重要的参数指标，展现的是X,Y-偏振方向的光的分离效果，其消光比越大，分离效果越好。从图4可见，消光比达到-10dB时，本发明的带宽大约为32.1nm。
综上，本发明的填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，具有超短的耦合长度和高的消光比特性，非常适合用于制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器。
Claims (8)
1.一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：包括包层（4），在包层（4）中沿包层（4）的长度方向设有六条填充有液体的第一填充孔（3）和两条填充有钛线的第二填充孔（2），六条第一填充孔（3）在包层（4）横截面上的投影呈矩形分布，两条第二填充孔（2）分别设置在由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域的两条短边的中心位置，在包层（4）中位于由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域的中心位置还设有沿包层（4）长度方向分布的一条内部空气孔（5），包层（4）上由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域中位于内部空气孔（5）两侧的部分分别形成纤芯（6）；在包层（4）中位于由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域以外的部分还设有多条沿包层（4）的长度方向分布的外部空气孔（1），多条外部空气孔（1）在包层（4）横截面上的投影呈行分布，且任意一行外部空气孔（1）中均包括横截面为圆形的多个第一空气孔（101）和横截面为椭圆形的多个第二空气孔（102）。
2.根据权利要求1所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：任意一行外部空气孔（1）均平行于由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域的宽度方向分布。
3.根据权利要求2所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：包层（4）的横截面形状为圆形，内部空气孔（5）与包层（4）横截面的圆心重合。
4.根据权利要求3所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：外部空气孔（1）的总行数为奇数。
5.根据权利要求4所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：位于多行外部空气孔（1）的中心位置的一行外部空气孔（1）与包层（4）横截面的中心轴线重合；两条纤芯（6）的位置分别与多行外部空气孔（1）中的最接近包层（4）横截面中心轴线的两行外部空气孔（1）的位置相对应；由六条第一填充孔（3）形成的矩形区域的短边分别与多行外部空气孔（1）中次接近包层（4）横截面中心轴线的两行外部空气孔（1）的位置相对应。
6.根据权利要求5所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：第一填充孔（3）、第二填充孔（2）以及内部空气孔（5）的横截面形状均为圆形。
7.根据权利要求5所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：任意一行外部空气孔（1）中相邻两个外部空气孔（1）之间的间距均为∧=0.9μm，第一空气孔（101）的直径为d=0.63μm，第一空气孔（101）的相对孔间隔比为f，且f=d/∧=0.7；第二空气孔（102）的长轴长度为a=0.8μm，短轴长度为b=0.64μm，椭圆率η=b/a=0.8；第一填充孔（3）的直径为d1=0.8μm；第二填充孔（2）的直径为d2=0.7μm；内部空气孔（5）的直径为d3=0.6μm。
8.根据权利要求5所述的一种填充液体和钛线的双芯光子晶体光纤偏振分束器，其特征在于：第一空气孔（101）、第二空气孔（102）和内部空气孔（5）的折射率为1.0，包层（4）材料的折射率为1.45，填充钛线的第二填充孔（2）的折射率为2.15，填充液体的第一填充孔（3）的折射率为1.35。
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