CN111175893A - 一种工作波长可调的微结构光纤偏振器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤偏振器技术领域，具体为一种工作波长可调的微结构光纤偏振器。本发明微结构光纤偏振器由一段微结构光纤、金属纳米薄膜和折射率可调液体构成；微结构光纤包括纤芯、包层、支撑壁、套管；包层由围绕所述纤芯均匀排布的空气孔组成，各个空气孔以对应的支撑壁为支撑，空气孔孔深方向为光纤轴向方向；所述套管套在纤芯和支撑壁外面；所述金属纳米薄膜镀覆在相对于所述纤芯对称的两个空气孔内壁；所述折射率可调的液体填充在对称的两个空气孔内，以实现工作波长在可见到近红外波段的调谐。本发明具有体积小，与光纤系统兼容性好的优点，能够为通信、传感系统的小型化和集成化提供解决方案。

Description

一种工作波长可调的微结构光纤偏振器
技术领域
本发明属于光纤偏振器技术领域，具体涉及一种工作波长可调的微结构光纤偏振器。
背景技术
在光纤相干通信系统中，仅当信号光场与本振光场的偏振态一致时，才能得到预期的外差接收高灵敏度。另外，随着物联网的高速发展，光纤传感技术在各个领域得到广泛应用。作为相位、频移等传感信号的重要解调方法之一，光纤干涉技术成为分布式传感等领域的核心技术，而控制偏振态是实现干涉信号稳定输出的关键。综上，偏振控制是相干光纤通信系统和其他相干测量系统中一个极其重要的问题。
偏振器可以将入射的非偏振光或不完全偏振光转化为只沿一个方向偏振的线偏振光。传统的偏振器件以偏振片、双折射晶体为主。此类偏振器件需要将光准直后经过片状或块状元件起偏，再耦合进光纤内，这会带来插入损耗大、稳定性差、体积大等一系列问题，并不适用于光纤通信或光纤传感系统。而光纤偏振器具有较强的抗干扰能力、插入损耗小、易与光纤系统连接等优点，在全光纤通信及传感系统中具有较好的应用前景。光纤偏振器可分为弯曲型光纤偏振器,片式元件型光纤偏振器,利用纤芯与金属或双折射晶体相接触原理的接触型光纤偏振器等三类。其中，利用纤芯与金属相接触的光纤偏振器利用表面等离子体共振（Surface plasmon resonance, SPR）技术，对于纤芯中存在的两个正交的偏振模TM模和TE模，振动方向垂直于金属膜的TM模被吸收掉，振动方向平行于金属膜的TE模几乎无损通过，从而实现短距离、大消光比的线偏振光输出。现有的光纤偏振器制作方法各不相同，在消光比、插入损耗、传输带宽等方面各有优势，但是普遍存在工作波长难以大范围调节的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作波长可调的微结构光纤偏振器，以克服现有的光纤偏振器工作波长难以大范围调节的问题。
本发明提供的工作波长可调的微结构光纤偏振器，是基于表面等离子体共振技术的、工作波长可从可见到近红外调谐的微结构光纤偏振器，为实现全光纤通信、传感系统提供解决方案。
本发明提出的工作波长可调的微结构光纤偏振器，由一段微结构光纤、金属纳米薄膜和折射率可调液体构成；其中，微结构光纤包括纤芯、包层、支撑壁、套管；包层由围绕所述纤芯均匀排布的空气孔组成，各个空气孔以对应的支撑壁为支撑，空气孔孔深方向为光纤轴向方向；所述套管套在纤芯和支撑壁外面；所述金属纳米薄膜镀覆在相对于所述纤芯对称的两个空气孔内壁（即支撑壁内壁）；所述折射率可调的液体填充在对称的两个空气孔内，以实现工作波长在可见到近红外波段的调谐。
所述微结构光纤采用预制棒拉丝技术制成，背景材料为熔融石英，光在所述纤芯中以全反射机制传播；所述纤芯、空气孔、支撑壁、套管的尺寸均在微米量级。
所述金属纳米薄膜为银膜。
所述金属纳米薄膜通过银镜反应镀制于相对所述纤芯对称的两个空气孔的内壁上，银纳米薄膜的厚度为20-90nm。
所述折射率可调液体的折射率范围为1.33~1.45，调节折射率的变化可实现所述偏振器工作波长的调谐。
所述的一段微结构光纤的长度约为18-25cm。
本发明的有益效果在于：本发明利用表面等离子体共振技术对外界折射率敏感的特性，通过改变充入液体的折射率，实现偏振器工作波长从可见到近红外波段的调谐。此外，该器件还具有体积小、插入损耗小、与光纤系统兼容性好等优点。能够为通信、传感系统的小型化和集成化提供解决方案。
附图说明
图1为本发明的工作波长可调的微结构光纤偏振器的横截面示意图。
图2为图1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器在充入液体折射率为1.3333时的SPR共振峰。
图3为图1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器在充入液体折射率为1.3333时SPR共振波长处的偏振图。
图4为图1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器在充入液体折射率为1.3632时的SPR共振峰。
图5为图1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器在充入液体折射率为1.3632时SPR共振波长处的偏振图。
图中标号：1为纤芯，2为空气，3为支撑壁，4为套管，5为金属纳米薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
微结构光纤采用预制棒拉丝技术制成，背景材料为熔融石英。如图1所示，所述微结构光纤包括纤芯1、包层、支撑壁3、套管4，包层由围绕所述纤芯均匀排布的一系列空气孔2组成，空气孔的孔深方向为光纤轴向方向。光在所述纤芯中以全反射机制传播。所述纤芯1、空气孔2、支撑壁3、套管4的尺寸均在微米量级。在相对所述纤芯对称的两个空气孔的内壁上利用银镜反应镀上均匀的金属纳米薄膜5，其厚度范围为20-90nm，优选厚度为30-60nm，以确保良好的表面等离子体共振特性，即吸收掉所述纤芯中传播的振动方向垂直于金属面的偏振光（TM偏振模），只留下振动方向平行于金属面的偏振光（TE偏振模）。
将制作好的微结构光纤偏振器一端与光纤跳线连接，接入测试系统，检测本发明偏振器的偏振特性。选用发光波长范围为350～2500nm的卤钨灯光源，首先将从光纤引出的光准直后经过偏振片起偏，再耦合至本发明的微结构光纤偏振器的纤芯中，最后通过跳线输出至光谱分析仪，旋转偏振片的角度，记录本发明的偏振器输出光的强度变化。
由于SPR共振波长对环境折射率非常敏感，当一系列空气孔2中充入不同折射率的液体时，共振波长发生变化。具体地说，纤芯折射率与充入液体的折射率之差增加，共振波长蓝移；反之，纤芯折射率与充入液体的折射率之差减小，共振波长红移。从而可实现偏振器工作波长从可见到近红外的大范围调谐。
实施例1
当充入空气孔内的液体为水（折射率为1.3333）时。所述微结构光纤偏振器的SPR共振峰如图2所示，其共振波长位于541nm处。分析偏振片在不同旋转角度时本发明的偏振器输出光强的变化，得到在541nm处的偏振图如图3所示。
实施例2
当充入空气孔内的液体为无水乙醇（折射率为1.3632）时。所述微结构光纤偏振器的SPR共振峰如图4所示，其共振波长位于599nm处。分析偏振片在不同旋转角度时本发明的偏振器输出光强的变化，得到在599m处的偏振图如图5所示。
综上所述，本发明的偏振器可以通过调节填充液体的折射率，来实现工作波长从可见到近红外的大范围调谐，为实现全光纤通信、传感系统提供了一种解决方案。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用于说明本发明的技术方案，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，由一段微结构光纤、金属纳米薄膜和折射率可调液体构成；其中，微结构光纤包括纤芯、包层、支撑壁、套管；包层由围绕所述纤芯均匀排布的空气孔组成，各个空气孔以对应的支撑壁为支撑，空气孔孔深方向为光纤轴向方向；所述套管套在纤芯和支撑壁外面；所述金属纳米薄膜镀覆在相对于所述纤芯对称的两个空气孔内壁；所述折射率可调的液体填充在对称的两个空气孔内，以实现工作波长在可见到近红外波段的调谐。
2.根据权利要求1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，所述微结构光纤采用预制棒拉丝技术制成，背景材料为熔融石英，光在所述纤芯中以全反射机制传播；所述纤芯、空气孔、支撑壁、套管的尺寸均在微米量级。
3.根据权利要求1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，所述金属纳米薄膜为银膜。
4.根据权利要求1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，所述金属纳米薄膜通过银镜反应镀制于相对所述纤芯对称的两个空气孔的内壁上，银纳米薄膜的厚度为20-90nm。
5.根据权利要求1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，所述折射率可调液体的折射率范围为1.33~1.45，调节折射率的变化可实现所述偏振器工作波长的调谐。
6.根据权利要求1所述的工作波长可调的微结构光纤偏振器，其特征在于，所述的一段微结构光纤的长度为18-25cm。
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