CN112859234A - 一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器 - Google Patents

一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，微结构光纤包括纤芯区域、内包层区域和外包层空气孔区域，纤芯区域由纤芯中心大孔以及周围的石英基底构成，纤芯中心大孔内填充向列相液晶，内包层区域由四个增大孔组成，呈C4v对称分布在纤芯中心大孔周围，形成第一层方形阵列排列空气孔，其中，内包层区域中，对任意一个增大孔或沿对角线对称的两个增大孔进行金属镀膜，形成镀膜孔，外包层空气孔区域包括三层方形阵列排列空气孔，与第一层方形阵列排列空气孔构成水平和竖直方向完全对称的微结构端面结构；向微结构光纤内所填充向列相液晶施加外加电场，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐。

Description

一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域，特别是涉及一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器。
背景技术
随着超大带宽、高速率、宽带宽、超稳定的全光相干光纤通信系统的快速发展，光纤器件的集成化、微型化和紧凑化已成为科学技术研究与应用的重要趋势之一。微结构光纤具有灵活可调的结构，选择性功能材料的自由填充使其在光纤器件中得到人们的青睐，而利用功能材料填充在微结构光纤的纤芯或者包层空气孔，可以产生比纯石英材料微结构光纤更多的传输特性。同时，单偏振相关滤波器在偏振敏感光学系统中，比如光学传感系统、光放大器的噪声增益、相干光纤通信系统有重要的应用价值。偏振滤波器可以有效的避免偏振模式色散、偏振干扰、偏振损耗、各种光学噪音，有效的保证了光学系统的信号传输稳定性。
在微结构光纤的纤芯或包层空气孔中进行金属镀膜或金属纳米线的填充，可以利用金属与石英介质表面产生表面等离子共振效应实现纤芯模和表面等离子模的谐振耦合。随着科学技术的不断发展，具有独特传输特性的金属材料填充和镀膜的微结构光纤被拉制，使表面等离子共振的光纤器件的研究更有实际应用价值。现有的表面等离子共振光纤偏振相关滤波器是利用一偏振方向的纤芯模与表面等离子激元产生强谐振耦合，使入射光的模场从纤芯模转移到表面等离子激元上，从而产生了高谐振损耗，而另一偏振方向的纤芯模由于未满足表面等离子谐振耦合条件，使其偏振方向的模场能量很强的限制在纤芯内部以极低的损耗传输，从而实现偏振相关滤波效应。常用表面等离子共振偏振相关滤波的方案有：(1)仅在微结构光纤纤芯模式上引入高非对称性，比如在纤芯区域附近引入大孔、纤芯附近局部引入椭圆孔、光纤端面全部由椭圆孔组成等，使微结构光纤产生高保偏特性，从而增大了两正交偏振方向的纤芯模式折射率之差，而表面等离子激元在两偏振方向模式折射率是简并分布，实现表面等离子模与某一偏振方向纤芯模发生谐振耦合，从而实现单个偏振的偏振相关滤波；(2)同时在纤芯模和表面等离子模场中引入强烈的保偏特性，使正交偏振方向纤芯模折射率色散关系分布相差很大，而正交偏振方向的表面等离子激元模场也产出非简并现象，完成单一偏振方向纤芯模与表面等离子激元产生表面等离子共振现象，完成单偏振滤波效应。但是利用现有技术方案完成的具有宽带单偏滤波传输的光纤结构仅有单个或者2个谐振波长，出现单个或者两个谐振峰，实现宽带偏振滤波器的设计。同时，现有技术中，微结构光纤的结构确定以后，要完成预期的宽带偏振滤波器，其镀膜位置是固定不可调谐的，而且偏振滤波方向也是不可调的，不能满足偏振方向可调的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，结构简单，操作灵活，增大的孔径更易进行金属镀膜和液晶填充，通过改变液晶分子偏振方向对滤波偏振方向进行改变和控制，弥补了现有技术的光纤结构和填充位置一旦固定，只能完成固定偏振方向的单偏振滤波的不足。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，包括：包括由微结构光纤构成的主体结构，微结构光纤以石英作为基底材料，所述微结构光纤包括由内向外依次设置的纤芯区域、内包层区域和外包层空气孔区域，所述纤芯区域由纤芯中心大孔以及周围的石英基底构成，所述纤芯中心大孔内填充向列相液晶；所述内包层区域由方形排列的四个增大孔组成，呈C4v对称分布在所述纤芯中心大孔周围，形成第一层方形阵列排列空气孔，其中，所述内包层区域中，对任意一个增大孔或沿对角线对称的两个增大孔进行金属镀膜，形成镀膜孔；所述外包层空气孔区域包括由内到外依次设置的第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔，与第一层方形阵列排列空气孔构成水平和竖直方向完全对称的微结构端面结构；向微结构光纤内所填充向列相液晶施加外加电场，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐。
进一步的，所述镀膜孔中填充向列相液晶，向所述纤芯中心大孔内填充的向列相液晶以及所述镀膜孔内填充的向列相液晶分别施加外加电场。
进一步的，所述第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔的空气孔大小相同，所述第二层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为16个，所述第三层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为24个，所述第四层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为32个。
进一步的，所述第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔的空气孔直径d为1.5～1.6μm，空气孔孔间距Λ为2.2～2.3μm。
进一步的，所述第一层方形阵列排列空气孔中四个增大孔的直径d1为2.4～2.5μm。
进一步的，金属镀膜的厚度为25～30nm。
进一步的，所述纤芯中心大孔的直径d0为2.4～3μm。
进一步的，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐，具体包括：
通过外加电场作用设置液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000031
为0°或90°完成偏振滤波方向的调谐，当添加到所述纤芯中心大孔中和镀膜孔内的向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000032
角度为0°时，其向列相液晶分子的长轴方向与光纤的横截面x轴一致；当向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000033
由0°转变为90°时，向列相液晶分子长轴方向与光纤y轴一致。
进一步的，所述外包层空气孔区域外还包裹有完美匹配层，其材质为石英。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，第一，结构简单，方便操作，在纤芯中心大孔周围设置对称的四个增大孔，通过增大的孔径更易进行金属镀膜和液晶填充，且任意对角线处的两对称增大孔中进行金属镀膜，使镀膜孔位置具有可选择性；第二，纤芯大孔和镀金膜孔内同时进行填充液晶可以提高两正交偏振方向模式有效折射率，增加了纤芯模和表面等离子激元的谐振峰值，完成了多个谐振峰的级联，有效的克服了仅靠单个谐振峰拖尾产生宽带偏振相关滤波，从而实现了宽带滤波的稳定性，保证了极高的正交偏振损耗比；第三，不需要改变光纤的结构，只要通过外加电场改变微结构光纤内液晶分子排列方向，即可实现宽带偏振滤波方向的调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器的结构示意图；
图2为本发明实施例一向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000041
为0°的色散分布图；
图3为本发明实施例一向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000042
为0°的损耗示意图；
图4为本发明实施例一向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000043
为90°的损耗示意图；
图5为本发明实施例一的串扰示意图；
图6为本发明实施例二滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器的结构示意图；
图7为本发明实施例二向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000044
为0°的损耗示意图；
图8为本发明实施例三滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器的结构示意图；
图9为本发明实施例三向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000045
为0°的损耗示意图。
附图标记：1、完美匹配层；2、基底；3、外包层空气孔区域；4、增大孔；5、镀膜孔；6、纤芯中心大孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，结构简单，操作灵活，增大的孔径更易进行金属镀膜和液晶填充，通过改变液晶分子偏振方向对滤波偏振方向进行改变和控制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，包括：由微结构光纤构成的主体结构，微结构光纤以石英作为基底材料，形成基底2，所述微结构光纤包括由内向外依次设置的纤芯区域、内包层区域和外包层空气孔区域3，所述外包层空气孔区域3外还包裹有完美匹配层1，完美匹配层1的材料和基底材料石英一致，用来吸收辐射的能量，同时又不反射能量，在计算的时候将其外围设置散射边界条件，可以进一步减少能量的反射；所述纤芯区域由纤芯中心大孔6以及周围的石英基底构成，所述纤芯中心大孔6内填充向列相液晶E7，内包层区域由方形排列的四个增大孔4组成，呈C4v对称分布在纤芯中心大孔6周围，形成第一层方形阵列排列空气孔，其中，所述内包层区域中，对任意一个增大孔4或沿对角线对称的两个增大孔4进行金属镀膜，形成镀膜孔5，所述外包层空气孔区域3包括由内到外依次设置的第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔，与第一层方形阵列排列空气孔构成水平和竖直方向完全对称的微结构端面结构；液晶的指向矢方向由图1所示的矢量n表示，当对液晶盒加上外部电场时，液晶分子的长轴会发生一个不同倾角的旋转，使液晶分子的长轴与光纤轴形成一个夹角
Figure BDA0002959833750000051
向微结构光纤内所填充向列相液晶施加外加电场，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐。
其中，第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔的空气孔大小相同，第二层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为16个，第三层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为24个，第四层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为32个。
微结构光纤所有孔均为方形阵列方式排列，包层空气孔间距Λ设置为2.2～2.3μm，第一层方形阵列排列空气孔的间距为2Λ，本实施例中，孔间距Λ为2.2μm；纤芯中心大孔6与围绕的围绕的石英基底材料组成四重旋转对称(C4v)结构，纤芯中心大孔6直径d0设置为2.4～3μm，本实施例中，纤芯中心大孔6直径d0选为3μm；第一层方形阵列排列空气孔也为C4v对称结构，由4个增大孔4组成，其增大孔4的直径d1设置为2.4～2.5μm，本实施例中，直径d1设置为2.4μm；第一层方形阵列排列空气孔竖直方向两对称孔镀膜厚度t设置为25～30nm，本实施例中，镀膜孔5的镀膜厚度t设置为30nm。外包层空气孔区域3均按方形阵列排列组成的C4v对称结构，其空气孔3直径d设置为1.5～1.6μm，本实施例中，空气孔直径d设置为1.6μm；竖直方向两对称镀膜孔5内和纤芯中心大孔6内均可填充液晶E7。
实施例一：
在实施例一中，如图1所示，沿对角线对称的两个增大孔4均进行金属镀膜，形成两个镀膜孔5，并且两个镀膜孔5内均填充向列相液晶E7，向所述纤芯中心大孔6内和2个镀膜孔5内的向列相液晶施加外加电场，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向n，实现滤波方向的调谐。纤芯中心大孔6内液晶的填充一方面可以增大非对称性，更主要的是可以通过外加电场的调制，实现滤波方向的调谐。
本发明由于在纤芯区域纤芯中心大孔6内填充向列相液晶E7，向列相液晶在一定范围内排列方式是取向一致的，液晶分子形状是长条椭圆状，当加上外加电场(电压)之后，可以通过调节外加电场(电压)大小改变液晶分子的长轴方向。当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000061
为0°时，其液晶分子的长轴方向与光纤的横截面x轴一致；当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000062
由0°转变为90°时，液晶分子长轴方向与光纤y轴一致。由于液晶E7的各向异性特性，有效的增大了纤芯模的双折射，故两正交偏振方向纤芯模式折射率相差很大，为两偏振方向的模场分离提供了保障；本发明利用外加电场改变液晶分子角度，实现了偏振滤波器滤波方向的调谐。本方案还在第一层方形阵列排列空气孔竖直方向两对称孔内进行金属膜镀膜，使其表面产生表面等离子模场，同时在镀金膜孔内进行液晶的填充，有效的增加了单个偏振方向纤芯模和表面等离子模的谐振耦合，实现了多个谐振耦合点级联，使单一偏振方向纤芯模可以和表面等离子模模场发生多个谐振耦合，保证了在很宽的波段范围内完成高损耗。
本发明的宽带单偏振原理在于：纤芯中心大孔6液晶的填充已经保证了其中一偏振方向折射率远远高于各阶表面等离子模式有效折射率，从而失去了耦合匹配条件；而另一正交的偏振方向折射率接近各阶非对称表面等离子模的折射率，镀膜孔内液晶的填充加了该偏振方向纤芯模与多阶表面等离子体模场发生耦合的机会，从而产生了多个谐振耦合的级联，完成了宽带滤波，有效的弥补了现有技术实现宽带偏振滤波仅有1个或者两个谐振点且导致带宽窄传输不稳定性的问题。
微结构光纤具有滤波方向可调谐性的原理在于，当镀膜孔所在位置在竖直方向两对称位置上，三个液晶填充孔所在位置都在y轴方向一条直线上且液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000071
设置0°，当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000072
为0°时，液晶的长轴方向与光纤的x轴方向一致，液晶短轴方向与y轴方向一致，使x偏振方向纤芯模折射率远远高于y偏振方向纤芯模折射率，因此只要y偏振方向纤芯模和各阶表面等离子模式存在折射率匹配点，可实现y偏振方向纤芯模与各阶表面等离子模的多级谐振耦合级联，实现y偏振方向滤波；在实际应用中，当将微结构光纤整体旋转90°时，液晶填充镀金属膜孔由竖直方向y轴转移到水平方向x轴上，通过外加电场的调节作用，可以将液晶分子指向矢方向n旋转成90°方向，即液晶分子长轴方向与y轴方向一致，使y偏振方向纤芯模折射率远远高于x偏振方向纤芯模折射率，因此只有x偏振纤芯模与各阶表面等离子模式折射率存在折射率匹配点，可以实现x偏振方向纤芯模与表面等离子激元的级联谐振耦合，实现x偏振方向的单偏振滤波。本方案的光纤偏振滤波方由y偏振模式变成x偏振模式(或由x偏振模式变成y偏振模式)，进而达到了改变液晶分子方向即可实现偏振方向调谐的技术效果，弥补了现有技术一旦固定了滤波方向即不可调制的不足。
图2所示为本发明实施例一向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000073
为0°的色散分布图，曲线F，G分别代表y偏振和x偏振方向纤芯基模随波长变化。曲线A到F分别代表5阶、4阶、3阶、2阶、1阶表面等离子模场折射率随波长变化。如附图2所示，当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000081
为0°时，液晶分子长轴方向与光纤的x轴方向一致，x偏振方向纤芯模式折射率远远高于y偏振方向模式折射率和各阶表面等离子模式折射率，所以x偏振方向纤芯模和各阶表面等离子模未能满足谐振耦合条件使其模场很好的限制在纤芯传输。结构中镀膜孔内液晶的填充，使单偏振方向纤芯模与表面等离子模内产生多个谐振耦合点，如图2所示，微结构光纤y偏振方向纤芯模与5阶至1阶分别有5个谐振耦合点，满足了多个谐振耦合，更好保证宽带单偏振滤波其一偏振方向损耗在宽波段内保持高损耗水平，弥补了现有技术中仅有两个谐振点实行宽带滤波的不足。
图3为本发明实施例一所示光纤内液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000082
为0°的损耗分布图，其损耗峰值与图2的y偏振纤芯模与各阶表面等离子模交点一一对应。参见附图3，当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000083
为0°时，液晶的长轴方向与光纤的x轴方向一致。曲线1显示了y偏振方向纤芯模在波段1μm和2μm之间呈现了五个谐振耦合点，多个谐振耦合点的级联使y偏振方向纤芯模损耗在波段1μm和2μm内损耗大于420dB/cm。曲线2显示了x偏振方向纤芯模传输损耗，由于图2的x偏振纤芯模折射率远远高于表面等离子模场而未能实现耦合，使x偏振方向纤芯模几乎没有能量损耗而被很好的限制在纤芯传输，在波段1μm和2μm之间内损耗低于1.5dB/cm。尤其在通信波长1.55μm处x和y偏振方向损耗分别为0.38dB/cm和1596dB/cm。
图4是本发明实施例一的光纤填充材料液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000084
为90°时的损耗图，不需要改变结构和镀膜位置的前提下，旋转光纤90度使其端面镀膜孔位置及液晶填充孔位置呈现到水平方向(可参见附图4的插图)。通过外加电场的作用下，调整液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000085
由0°转为90°时，此时液晶分子长轴方向与光纤y偏振方向一致。当液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000086
为90°时，y偏振方向纤芯模的折射率会远远高于x偏振方向纤芯模式折射率，同时也远远大于各阶表面等离子折射率，此时就限制了y偏振方向纤芯模和表面等离子模的谐振耦合。曲线1显示了x偏振方向纤芯模与表面等离子激元发生了多个谐振耦合级联，实现宽波段范围内的高损耗传输。曲线2显示了y偏振方向纤芯模传输损耗。液晶分子由0°转为90°后，使y偏振方向纤芯模由于未发生耦合几乎没有能量损耗而被很好的限制在纤芯传输，而x偏振方向纤芯模和多阶表面等离子模满足多些谐振匹配点，实现多个谐振损耗峰级联，保证了其偏振方向在宽波段内保持高损耗而被滤除。
根据图3和图4可以对比得出，不需要改变发明结构，只要通过外加电场改变液晶分子角度，就可以在保证同样好的滤波性能的前提下完成宽带偏振滤波器的偏振滤波方向的调谐。
如附图5，偏振串扰是衡量宽带偏振滤波器的一种重要参数，在实际应用中，当偏振串扰绝对值达到了20dB时，相当于一个偏振光的光功率将为另一偏振光功率的100倍，这足以实现两个正交偏振光的分离。一般定义串扰值绝对值大于20dB(串扰值大于20dB或小于-20dB)所对应的波长范围为偏振滤波器件的带宽。由附图5可知，本发明实施例一提供的微结构光纤宽带偏振相关滤波器的在其光纤长度仅为0.1mm时，其偏振串扰在波长1μm到2μm之间均小于-20dB，完成了1000nm的宽带滤波传输性能。
实施例二：
在实施例二中，如图6所示，沿对角线对称的两个增大孔均进行金属镀膜，形成两个镀膜孔，实施例二和实施例一结构相同，不同之处在于实施例二的两对称镀膜孔内未填充液晶，只有光纤中心大孔内填充液晶；如图7所示，曲线1、2分别为液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000091
为0°时光纤x和y两正交偏振方向损耗。由图7可知，曲线1显示了y偏振方向纤芯模在波段1μm和2μm之间虽然仅有1个谐振耦合点，由于y偏振方向纤芯模和表面等离子模在宽带波段内不完全耦合，使y偏振方向纤芯模损耗在波段1μm和2μm内损耗大于340dB/cm。曲线2显示了x偏振方向纤芯模传输损耗，和实施例一谐振耦合原理相同，由于x偏振纤芯模折射率远远高于表面等离子模场而未能实现耦合，使x偏振方向纤芯模几乎没有能量损耗而被很好的限制在纤芯传输，在波段1μm和2μm之间内损耗低于1.4dB/cm，完成了宽带单偏振滤波传输，与实施例一相比，实施例二被滤除偏振方向纤芯模谐振强度稍减弱，但液晶填充孔的数量的减少，降低了工艺的难度，且实现了大偏振滤波损耗的宽带偏振滤波；实施例二可通过向中心大孔内向列相液晶施加外加电场，调整液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000101
由0°转为90°时，完成偏振滤波方向的可调谐。
实施例三：
实施例三与实施例一的结构相同，不同之处如图8所示，所述内包层区域中，四个增大孔内任意选择一个增大孔进行金属镀膜，镀膜孔内未填充液晶，只有光纤中心大孔内填充液晶。如图9所示，曲线1、2分别为液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure BDA0002959833750000102
为0°时光纤x和y两正交偏振方向损耗。由图9可知，曲线1显示了y偏振方向纤芯模在波段1.05μm和2μm之损耗大于262dB/cm。曲线2显示了x偏振方向纤芯模在波段1.05μm和2μm之间内损耗低于0.8dB/cm。相比实施例二，实施例三减少了一个对称镀膜孔，从而降低了y偏振方向纤芯模与表面等离子模的谐振强度，但保留下的另一偏振方向纤芯模损耗同时降低，实现了滤波特性较好的偏振宽带滤波，本实施例进一步展示了内包层区域四大空气孔内镀膜孔位置选择的灵活性。
本发明提供的实施例二和实施例三均可通过外加电场改变中心大孔内液晶分子指向矢方向n的旋转角度，实现偏振滤波方向的可调谐性。
本发明提供的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，与现有技术相比具有如下有益效果：
第一，宽带偏振相关滤波器微的微结构内包层(第一层)由方形排列的四个大孔组成，内包层四大孔和纤芯大孔构成的四重旋转对称性结构，使镀膜孔位置具有可选择性；
第二，不需要改变光纤的结构，只要通过外加电场改变微结构光纤内液晶分子排列方向，即可实现宽带偏振滤波方向的调节；
第三，实施一作为最优方案，在同一条直线相邻排列的镀金膜孔和中心大孔均填充液晶，可有效的完成单一偏振方向纤芯模实现多个谐振耦合点，保证宽波段范围内具有高损耗，而另一偏振方向无谐振，几乎没有能量损耗，保证了单偏振方向的稳定传输，这也是本发明的独特之处；
第四，该偏振滤波器在波段1μm到2μm的偏振串扰值绝对值均大于20dB，且光纤长度可低至0.1mm；
第五，该偏振滤波器在宽带通信波长范围内，限制在纤芯传输的偏振方向模式损耗低于1.5dB/cm，被滤除偏振方向模式损耗高于420dB/cm，其滤波带宽高达1000nm。
综上，本发明提供的偏振滤波器可以通过外加电场对微结构光纤内填充的液晶分子方向进行控制，实现偏振滤波方向的调谐，并且利用镀膜孔内液晶的填充完成了多谐振点级联宽带单偏振滤波，弥补和改善了上述现有技术的不足。该偏振滤波器器件长度实现微型化，所示结构第一层仅有四个大孔排列，更易完成金属金镀膜和液晶填充，液晶材料在镀膜孔内的填充有效的调节了表面等离子共振，增加了谐振峰值，使得宽带滤波器的单一被滤波方向纤芯模在宽波段范围内都保证了高损耗，从而使其滤波更加稳定。本发明提供的实施方案可以解决宽带滤波具有一个或者两个谐振峰仅靠其峰值拖尾实现宽带滤波的限制，另外有效的补偿了偏振滤波方向一旦确定了无法改变的技术问题，采用该技术方案，只需要外部调制液晶方向即可获得通信波长1.55附近带宽为1000nm的宽带滤波。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，包括由微结构光纤构成的主体结构，微结构光纤以石英作为基底材料，其特征在于，所述微结构光纤包括由内向外依次设置的纤芯区域、内包层区域和外包层空气孔区域，所述纤芯区域由纤芯中心大孔以及周围的石英基底构成，所述纤芯中心大孔内填充向列相液晶；所述内包层区域由方形排列的四个增大孔组成，呈C4v对称分布在所述纤芯中心大孔周围，形成第一层方形阵列排列空气孔，其中，所述内包层区域中，对任意一个增大孔或沿对角线对称的两个增大孔进行金属镀膜，形成镀膜孔；所述外包层空气孔区域包括由内到外依次设置的第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔，与第一层方形阵列排列空气孔构成水平和竖直方向完全对称的微结构端面结构；向微结构光纤内所填充向列相液晶施加外加电场，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐。
2.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述镀膜孔中填充向列相液晶，向所述纤芯中心大孔内填充的向列相液晶以及所述镀膜孔内填充的向列相液晶分别施加外加电场。
3.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔的空气孔大小相同，所述第二层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为16个，所述第三层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为24个，所述第四层方形阵列排列空气孔的空气孔数量为32个。
4.根据权利要求2的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述第二层方形阵列排列空气孔、第三层方形阵列排列空气孔和第四层方形阵列排列空气孔的空气孔直径d为1.5～1.6μm，空气孔孔间距Λ为2.2～2.3μm。
5.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述第一层方形阵列排列空气孔中四个增大孔的直径d1为2.4～2.5μm。
6.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，金属镀膜的厚度为25～30nm。
7.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述纤芯中心大孔的直径d0为2.4～3μm。
8.根据权利要求2的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，通过调节外加电场的电压大小改变向列相液晶分子的长轴方向，实现滤波方向的调谐，具体包括：
通过外加电场作用设置液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure FDA0002959833740000021
为0°或90°完成偏振滤波方向的调谐，当添加到所述纤芯中心大孔中和镀膜孔内的向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure FDA0002959833740000022
角度为0°时，其向列相液晶分子的长轴方向与光纤的横截面x轴一致；当向列相液晶分子指向矢方向n的旋转角度
Figure FDA0002959833740000023
由0°转变为90°时，向列相液晶分子长轴方向与光纤y轴一致。
9.根据权利要求1的滤波方向可调谐的微结构光纤宽带偏振滤波器，其特征在于，所述外包层空气孔区域外还包裹有完美匹配层，其材质为石英。
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