CN113608299B - 一种全光纤起偏器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光纤起偏器及制备方法，该起偏器在双包层光纤上设计了作用面和金属薄膜，光纤的涂覆层中间部分有剥除区域，剥除区域对应的包层上加工有作用面，且该作用面有两个，对称分布在纤芯两侧，且相互平行，作用面上均镀一层金属薄膜；本发明公开的制备方法首先剥除涂覆层上的部分涂层；然后对包层进行研磨，得到两个互相对称且平行的作用面；其次在两个作用面上镀一层金属薄膜，最后利用玻璃管对涂覆层剥除区域进行封装。本发明提供的全光纤起偏器，可直接与保偏光纤激光器输出端熔接，在保证传输效率的同时，极大提升保偏激光的消光比，且能实现激光单模传输，保证光束质量不发生劣化，具有结构简单，成本低、可实现全光纤化等优点。
Description
技术领域
本发明属于激光器领域，尤其涉及一种全光纤起偏器及制备方法。
背景技术
保偏光纤激光在相干通信、激光雷达、光束合成、非线性频率转化、引力波探测、柱矢量光的产生等方面具有重要的应用价值，其中保偏激光的偏振纯度，即保偏激光的偏振消光比的高低直接决定了保偏激光性能的高低，这种性能主要体现在探测灵敏度、合成效率、转化效率等方面。
现有保偏光纤激光的产生方式主要分有两种，一种是通过由保偏光纤与保偏器件组成的保偏光纤激光器产生，这种方式一般是在高功率下运转，产生的保偏激光的偏振消光比会出现退化，其消光比一般不超过15dB，而且在应用中通常需要利用双折射晶体或者偏振片进行起偏，结构也比较复杂；另一种是通过利用主动偏振控制技术对非保偏光纤激光器进行偏振控制，从而产生保偏激光，这种方式需要引入复杂的偏振反馈控制系统。因此，无论是第一种方式引入双折射晶体或者偏振片来起偏，还是第二种方式中引入偏振反馈控制系统来控制激光的偏振态，都将大大增加成本，并且使得光路变得更加复杂，不易维护。
因此，为了克服现有技术中产生保偏光纤激光的系统成本高，光路复杂等问题，本发明提除了一种全光纤起偏器及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种全光纤起偏器，所述全光纤起偏器基于金属介质界面的表面等离子体共振效应设计，可直接与保偏光纤激光器输出端熔接，在保证传输效率的同时，极大提升保偏激光的消光比。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种全光纤起偏器，所述起偏器包括：玻璃管、涂覆层、包层、纤芯，所述包层包覆纤芯，所述涂覆层位于包层外侧；所述起偏器还包括：作用面和金属薄膜，所述涂覆层中间部分有剥除区域，剥除区域对应的包层上加工有作用面，所述作用面有两个，对称分布在纤芯两侧，且相互平行，作用面上均镀一层金属薄膜；所述玻璃管位于涂覆层剥除区域外侧。
优选的，所述作用面为平面，与纤芯表面的距离为10um。
优选的，所述作用面为与纤芯距离渐变的斜面。
优选的，所述包层材料为二氧化硅。
优选的，所述金属薄膜的厚度大于100nm。
优选的，所述金属薄膜的材料为铝、铜、金、银、铁中任意一种。
一种上述全光纤起偏器的制备方法，所述方法包括：首先剥除涂覆层上的部分涂层；然后对包层进行研磨，得到两个互相对称且平行的作用面；其次在两个作用面上镀上一层金属薄膜，薄膜的厚度在100nm以上；最后利用玻璃管对涂覆层剥除区域进行封装。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种全光纤起偏器，所述全光纤起偏器基于金属介质界面的表面等离子体共振效应设计，可直接与保偏光纤激光器输出端熔接，在保证传输效率的同时，极大提升保偏激光的消光比；其次本发明的全光纤起偏器能实现单模传输，保证光束质量不发生劣化，相比于传统的双折射晶体、偏振片或者偏振主动控制技术，本发明提出的光纤起偏器具备结构简单，成本低、可实现全光纤化等优点。
附图说明
图1为本发明的全光纤起偏器的结构示意图；
图2为本发明的全光纤起偏器的轴向中心横截面图；
图3a为不同模式光传输损耗曲线图；图3b为不同模式光功率曲线图；图3c为本发明的全光纤起偏器消光比随作用区长度变化的曲线图；
图4a为光纤的激光LP11模的4种形式的光场分布图；图4b为LP11模的基模LP01x与高阶模LP11ex、LP11ox的模式有效折射率曲线图；
图中：1.玻璃管 2.涂覆层 3.包层 4.纤芯 5.作用面 6.金属薄膜。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种如图1和图2所示的全光纤起偏器，所述起偏器包括：玻璃管1、涂覆层2、包层3、纤芯4，所述包层3包覆纤芯4，所述涂覆层2位于包层3外侧，该起偏器还包括：作用面5和金属薄膜6，所述涂覆层2中间部分有剥除区域，剥除区域对应的包层3上加工有作用面5，所述作用面5有两个，对称分布在纤芯4两侧，且相互平行，作用面5上均镀一层金属薄膜6；所述玻璃管1位于涂覆层2剥除区域外侧，对该起偏器进行封装
上述作用面5为平面或者斜面，如果为平面，则与纤芯表面的距离为10um，若为斜面，则与纤芯距离渐变。
上述包层3材料为二氧化硅，上述金属薄膜6的厚度大于100nm，且其材料为铝、铜、金、银、铁中任意一种。
上述全光纤起偏器的制备方法包括：首先剥除涂覆层上的部分涂层；然后对包层进行研磨，得到两个互相对称且平行的作用面；其次在两个作用面上镀上一层金属薄膜，薄膜的厚度在100nm以上；最后利用玻璃管对涂覆层剥除区域进行封装。
本发明基于金属介质界面的表面等离子体共振效应，对光纤传输的激光传导模式具有偏振选择性，偏振方向垂直于金属薄膜6的光表现为高损模式，将不能在光纤中传输，而偏振方向平行于金属薄膜的光则表现为低损模式，可近似无损耗传输，基于这一原理，保偏光纤激光器输出端熔接本发明的光纤起偏器后，其偏振消光比会得到极大的提高。保偏光纤激光器的输出激光大部分为LP01x模，少部分为LP01y模，x、y分别表示偏振方向，由于本发明的光纤起偏器的偏振选择特性，全光纤起偏器中LP01x模与LP01y模的传输损耗具有很大的差异，如图3a所示，当金属薄膜6与纤芯4之间保持几个um的距离时，LP01x模与LP01y模始终保持着较大的传输损耗差，因此本发明在保证LP01x模低损传输的同时，极大程度上滤除掉LP01y模，从而提升保偏光纤激光器的偏振消光比，实现类似双折射晶体或者偏振片的起偏功能。
以常见的20/400传能光纤为例，假设保偏光纤激光器输出激光的初始消光比为10dB，即LP01x与LP01y功率比为10∶1，输出激光经过本发明光纤起偏器后，LP01x与LP01y的功率比以及相应的偏振消光比随作用区长度L的变化如图3b和图3c所示，可以看到，经过20cm的滤波后，保偏激光的偏振消光比可由初始的10dB提升到30dB以上，这里所说的作用区长度L为金属薄膜6的长度，图中D表示金属薄膜6与纤芯之间的距离。
本发明全光纤起偏器除了能提升保偏激光的偏振消光比以外，还能保证激光的单模传输，避免光束质量的劣化。一般来说，当光纤模式之间的有效折射率差大于1*10-4时，各个激光模式之间便难以发生能量耦合。模式有效折射率与光纤基模LP01最接近的模式为LP11模，本发明中光纤的LP11模分别有4种形式，分别为LP11ex、LP11ey、LP11ox、LP11oy，其中o、e分别表示光场的分布形态，x、y分别表示偏振方向，这四种形式的光的光场分布如图4a所示，其中LP11ey与LP11oy的偏振方向垂直于金属薄膜表面，属于高损模式，不予考虑，而LP11ex、LP11ox与基模LP01x的模式有效折射率如图4b所示，从图中可以看出，它们的折射率差值均远大于10-4，因此基模LP01x难以与LP11ex以及LP11ox模发生能量耦合，因此本发明的起偏器能够保证激光单模传输。
Claims (5)
1.一种全光纤起偏器，所述起偏器包括：玻璃管(1)、涂覆层(2)、包层(3)、纤芯(4)，所述包层(3)包覆纤芯(4)，所述涂覆层(2)位于包层(3)外侧；
其特征在于，所述起偏器还包括：作用面(5)和金属薄膜(6)，所述涂覆层(2)中间部分有剥除区域，剥除区域对应的包层(3)上加工有作用面(5)，所述作用面(5)有两个，对称分布在纤芯(4)两侧，作用面(5)上均镀一层金属薄膜(6)，所述作用面(5)为与纤芯距离渐变的斜面；
所述玻璃管(1)位于涂覆层(2)剥除区域外侧；
所述纤芯(4)与包层(3)直接贴合，所述纤芯(4)内的激光仅在所述作用面(5)对应位置产生能量耦合。
2.根据权利要求1所述的全光纤起偏器，其特征在于，所述包层(3)材料为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的全光纤起偏器，其特征在于，所述金属薄膜(6)的厚度大于100nm。
4.根据权利要求3所述的全光纤起偏器，其特征在于，所述金属薄膜(6)的材料为铝、铜、金、银、铁中任意一种。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的全光纤起偏器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：首先剥除涂覆层上的部分涂层；然后对包层进行研磨，得到两个互相对称的作用面，所述作用面为与纤芯距离渐变的斜面；其次在两个作用面上镀上一层金属薄膜，薄膜的厚度在100nm以上；最后利用玻璃管对涂覆层剥除区域进行封装。
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