CN114114526B - 空芯负曲率光纤偏振分束器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种空芯负曲率光纤偏振分束器,包括:包层区和纤芯区;所述包层区包括8个紧密排列的石英玻璃管,且8个所述石英玻璃管沿以所述偏振分束器的结构中心为圆心的圆周排布;所述纤芯区为由8个所述石英玻璃管所围成的区域,所述纤芯区内设置有2个沿所述结构中心对称且间隔分布的第一石英玻璃管,且所述第一石英玻璃管中心的连线将所述纤芯区进一步分为第一纤芯和第二纤芯。本公开提供的空芯负曲率光纤偏振分束器基于反谐振机理,采用空芯光纤,具有超宽带宽,可应用于未来大容量的空芯光纤通信系统中。
Description
技术领域
本公开涉及光学分束器技术领域,具体而言,涉及一种空芯负曲率光纤偏振分束器。
背景技术
偏振分束器是光通信系统中必不可少的器件,其主要功能是将一束光分解成两束相互正交的偏振光。传统的偏振分束器大多数是依据双折射原理,由传统双芯光纤制备而成。但传统光纤往往双折射较小,因此制备的分束器一般都具有体积大、消光比低、带宽窄、结构设计单一等缺点,限制了光通信系统集成化和传输容量。此外,基于传统光纤的偏振分束器还具有波长依赖特性,且工作波段单一,这大大限制了其应用范围。
因此,设计一种新型的偏振分束器,以解决传统的偏振分束器存在的带宽窄、消光比低、长度长等技术问题之一实为必要。
发明内容
本公开的目的在于提供一种空芯负曲率光纤偏振分束器,能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下:
根据本公开的具体实施方式,第一方面,本公开提供一种空芯负曲率光纤偏振分束器,包括:包层区和纤芯区;
所述包层区包括8个紧密排列的石英玻璃管,且8个所述石英玻璃管沿以所述偏振分束器的结构中心为圆心的圆周排布;
所述纤芯区为由8个所述石英玻璃管所围成的区域,所述纤芯区内设置有2个沿所述结构中心对称且间隔分布的第一石英玻璃管,且所述第一石英玻璃管中心的连线将所述纤芯区进一步分为第一纤芯和第二纤芯;
所述包层区的8个所述石英玻璃管进一步分为:2个沿所述结构中心对称分布的第二石英玻璃管,所述第二石英玻璃管中心的连线与所述第一石英玻璃管中心的连线在同一直线上,所述第二石英玻璃管的管壁与所述第一石英玻璃管的管壁相接触;所述第二石英玻璃管的内部设置有第二嵌套石英玻璃管;2个沿所述结构中心对称分布的第四石英玻璃管,所述第四石英玻璃管中心的连线与所述第二石英玻璃管中心的连线垂直;以及4个沿所述结构中心对称分布的第三石英玻璃管,所述第三石英玻璃管设置在所述第二石英玻璃管与所述第四石英玻璃管之间;所述第三石英玻璃管的内部设置有第三嵌套石英玻璃管。
可选地,所述第一石英玻璃管直径的范围为8.7μm~9.2μm,厚度的范围为0.45μm~0.55μm。
可选地,所述第二石英玻璃管直径的范围为19.5μm~21.5μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm,所述第二嵌套石英玻璃管与所述第二石英玻璃管的直径的比值范围为0.5~0.6。
可选地,所述第三石英玻璃管直径的范围为17μm~19μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm,所述第三嵌套石英玻璃管与所述第三石英玻璃管的直径的比值范围为0.5~0.6。
可选地,所述第四石英玻璃管直径的范围为9.5μm~11.5μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm。
可选地,所述第二嵌套石英玻璃管的外管壁与所述第二石英玻璃管的内管壁紧密接触,所述第二嵌套石英玻璃管远离所述结构中心设置。
可选地,所述第三嵌套石英玻璃管的外管壁与所述第三石英玻璃管的内管壁紧密接触,所述第三嵌套石英玻璃管远离所述结构中心设置。
可选地,所述偏振分束器的长度范围为4.1cm~4.3cm。
可选地,所述偏振分束器的分束带宽波长范围为1.43μm~1.73μm。
可选地,所述偏振分束器进一步包括管套,所述管套包覆所述包层区的外表面。
本公开实施例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器基于反谐振机理,采用空芯光纤,具有超宽带宽,可应用于未来大容量的空芯光纤通信系统中。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1为本发明实施例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器的横截面示意图;
图2为本发明实施例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器的X偏振方向耦合长度、Y偏振方向耦合长度、耦合长度比分别随波长变化的关系曲线;
图3为本发明实例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器的偏振消光比随传输长度变化的关系曲线;
图4为本发明实施例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器在长度为 4.14cm时的消光比随波长变化的关系曲线;
图5为本发明实施例提供的空芯负曲率光纤偏振分束器的基膜最高损耗、高阶模最低损耗、高阶模抑制比分别随波长变化的关系曲线。
附图标记表示为:
11、第一石英玻璃管;12、第二石英玻璃管;121、第二嵌套石英玻璃管;13、第三石英玻璃管;131、第三嵌套石英玻璃管;14、第四石英玻璃管;31、管套;A、第一纤芯;B、第二纤芯;o、偏振分束器的结构中心。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图1-5详细说明本发明的可选实施例。
实施例1
如图1所示,根据本发明的具体实施方式,本发明提供一种基于反谐振机理的空芯负曲率光纤偏振分束器,包括:包层区和纤芯区。其中,包层区包括8个紧密排列的石英玻璃管,并且8个所述石英玻璃管沿以偏振分束器的结构中心o为圆心的圆周排布。
所述纤芯区为由8个所述石英玻璃管所围成的区域,所述纤芯区内设置有2个沿偏振分束器的结构中心对称且间隔分布的第一石英玻璃管 11。
具体地,该第一石英玻璃管11为截面为圆形的玻璃管,其直径为d1,厚度为t0,且两个第一玻璃管11之间留有宽度为g的缝隙。在本实施例中,d1的取值范围可以为8.7μm~9.2μm;t0的取值范围可以为0.45μm ~0.55μm。
进一步地,2个第一石英玻璃管11中心的连线可以将纤芯区进一步分为两个对称的纤芯,即第一纤芯A和第二纤芯B。
所述包层区的8个所述石英玻璃管进一步分为:2个第二石英玻璃管12、4个第三石英玻璃管13以及2个第四石英玻璃管14。上述石英玻璃管按照一定的顺序在以偏振分束器的结构中心o为圆心的圆周上排列。
2个第二石英玻璃管12沿偏振分束器的结构中心o对称分布。2个第二石英玻璃管12中心的连线与2个第一石英玻璃管11中心的连线在同一直线上,且第二石英玻璃管12的管壁与第一石英玻璃管11的管壁紧密接触。所述第二石英玻璃管12的内部还嵌套有第二嵌套石英玻璃管121,具体地,第二嵌套石英玻璃管121的外管壁与第二石英玻璃管 12的内管壁紧密接触,第二嵌套石英玻璃管121远离偏振分束器的结构中心o设置。
具体地,该第二石英玻璃管12为截面为圆形的玻璃管,其直径为d2,厚度为t。第二石英玻璃管12的内部嵌套着直径为k*d2、厚度为t的第二嵌套石英玻璃管121。在本实施例中,d2的取值范围可以为19.5μm~ 21.5μm;t的取值范围可以为0.5μm~0.6μm;k的取值范围可以为0.5~ 0.6。
4个第三石英玻璃管13沿偏振分束器的结构中心o对称分布。第三石英玻璃管13设置在第二石英玻璃管12与所述第四石英玻璃管14 之间。所述第三石英玻璃管13的内部还嵌套有第三嵌套石英玻璃管131,具体地,第三嵌套石英玻璃管131的外管壁与第三石英玻璃管13的内管壁紧密接触,第三嵌套石英玻璃管131远离偏振分束器的结构中心o设置。
具体地,该第三石英玻璃管13为截面为圆形的玻璃管,其直径为d3,厚度为t。第三石英玻璃管13的内部嵌套着直径为k*d3、厚度为t的第三嵌套石英玻璃管131。在本实施例中,d3的取值范围可以为17μm~ 19μm;t的取值范围可以为0.5μm~0.6μm;k的取值范围可以为0.5~ 0.6。
2个第四石英玻璃管14沿偏振分束器的结构中心o对称分布。2个第四石英玻璃管14中心的连线与2个第二石英玻璃管12中心的连线垂直。
具体地,该第四石英玻璃管14为截面为圆形的玻璃管,其直径为d4,厚度为t。在本实施例中,d4的取值范围可以为9.5μm~11.5μm;t的取值范围可以为0.5μm~0.6μm。
可选地,本实施例提供的偏振分束器还可以包括管套31。管套31 包覆整个包层区的外表面,用于保护包层区及纤芯区,使其免受外部环境的损害和污染。
在上述给出的取值范围内,本实施例提供的偏振分束器可以有效的将X偏振光和Y偏振光分离开。当偏振分束器长度为4.14cm时,可以在1430nm~1730nm范围内实现偏振分束,带宽为300nm,覆盖了常用通信波段的S、C、L和U波段,且在该范围内均可实现单模传输。
本实施例提供的偏振分束器纤芯区域的折射率低于包层区域的折射率,故导光机制不是全内反射;该偏振分束器也没有光子带隙结构,也不是光子带隙的导光机制。该偏振分束器的导光机制为反谐振,可以实现光在空芯中传输。
根据耦合模式理论,当光束射入双芯光纤的其中一个纤芯时,会激起四个超模,分别为X偏振奇模、X偏振偶模、Y偏振奇模和Y偏振偶模。由于奇模和偶模传输常数的不同,光能量会在两个纤芯间进行周期性的转移。而当入射的某个偏振光从一个纤芯完全转移到另一个纤芯时,该偏振光传输的长度即为耦合长度:
当光纤的耦合长度满足L=m Lx=n Ly,且m和n是互为极性相反的整数时,可以实现X偏振光与Y偏振光的完全分离。为获得最短器件长度,可选取耦合长度比CLR=Ly/Lx作为参考依据,当耦合长度的值为 1/2或2/1时,可得到理想的分束长度。
消光比作为衡量偏振分束器性能的重要参数之一,主要是用来描述两个偏振光束在某个纤芯输出端口的分离程度:
高阶模抑制比通常被用来评估光纤的单模特性,定义为高阶模的最低损耗与基模的最高损耗的比值,当其值大于100时,通常认为该光纤可以实现单模传输。
图2是该偏振分束器在1550nm处X偏振和Y偏振的耦合长度及耦合长度比随波长的变化关系。可以看出,X偏振光和Y偏振光均随着波长的增加,先增加后减小,耦合长度比随波长的增加整体变化比较平稳,在0.7上下有个略微减小的趋势。
图3为该偏振分束器在1550nm处偏振消光比随传播长度的变化关系,可以得到在长度为4.1cm~4.3cm范围内,偏振消光比均小于-20dB,且在长度为4.14cm处偏振消光比达到了-21dB。
图4为该偏振分束器的偏振消光比随波长的变化关系。在分束器长度为4.14cm时,消光比在1550nm波长处达到了-21dB,在1670nm波长处,消光比值达到最大,为-46dB。在1430nm~1730nm的范围内,偏振消光比均小于-20dB,可以实现偏振光的分离,实现两个偏振态光的分束。故该分束器的带宽为300nm,覆盖了光通信常用的S、C、L和U 波段。
图5为该偏振分束器的基膜、高阶模损耗和高阶模抑制比随波长的变化关系。在1400nm~1760nm范围内,该偏振分束器的基膜的最高损耗始终保持在10dB/m以下,高阶模的最低损耗均大于100dB/m。在此范围内,高阶模抑制比均大于100,可以实现单模传输。
本实施例提供了一种基于反谐振机理的空芯负曲率光纤偏振分束器,该偏振分束器具有超宽的分束器带宽,分束带宽波长范围为1.43μm~ 1.73μm,完全覆盖整个S、C、L和U通信波段,并且在该范围内可实现单模传输。本实施例提供的基于反谐振机理的空芯负曲率双芯光纤偏振分束器采用空芯光纤,具有超宽带宽,可应用于未来大容量的空芯光纤通信系统中。
最后应说明的是:本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
以上实施例仅用以说明本公开的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,包括:包层区和纤芯区;
所述包层区包括8个紧密排列的石英玻璃管,且8个所述石英玻璃管沿以所述偏振分束器的结构中心为圆心的圆周排布;
所述纤芯区为由8个所述石英玻璃管所围成的区域,所述纤芯区内设置有2个沿所述结构中心对称且间隔分布的第一石英玻璃管,且所述第一石英玻璃管中心的连线将所述纤芯区进一步分为第一纤芯和第二纤芯;
所述包层区的8个所述石英玻璃管进一步分为:
2个沿所述结构中心对称分布的第二石英玻璃管,所述第二石英玻璃管中心的连线与所述第一石英玻璃管中心的连线在同一直线上,所述第二石英玻璃管的管壁与所述第一石英玻璃管的管壁相接触;所述第二石英玻璃管的内部设置有第二嵌套石英玻璃管;
2个沿所述结构中心对称分布的第四石英玻璃管,所述第四石英玻璃管中心的连线与所述第二石英玻璃管中心的连线垂直;以及
4个沿所述结构中心对称分布的第三石英玻璃管,所述第三石英玻璃管设置在所述第二石英玻璃管与所述第四石英玻璃管之间;所述第三石英玻璃管的内部设置有第三嵌套石英玻璃管。
2.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第一石英玻璃管直径的范围为8.7μm~9.2μm,厚度的范围为0.45μm~0.55μm。
3.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第二石英玻璃管直径的范围为19.5μm~21.5μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm,所述第二嵌套石英玻璃管与所述第二石英玻璃管的直径的比值范围为0.5~0.6。
4.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第三石英玻璃管直径的范围为17μm~19μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm,所述第三嵌套石英玻璃管与所述第三石英玻璃管的直径的比值范围为0.5~0.6。
5.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第四石英玻璃管直径的范围为9.5μm~11.5μm,厚度的范围为0.5μm~0.6μm。
6.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第二嵌套石英玻璃管的外管壁与所述第二石英玻璃管的内管壁紧密接触,所述第二嵌套石英玻璃管远离所述结构中心设置。
7.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述第三嵌套石英玻璃管的外管壁与所述第三石英玻璃管的内管壁紧密接触,所述第三嵌套石英玻璃管远离所述结构中心设置。
8.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述偏振分束器的长度范围为4.1cm~4.3cm。
9.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述偏振分束器的分束带宽波长范围为1.43μm~1.73μm。
10.根据权利要求1所述的空芯负曲率光纤偏振分束器,其特征在于,所述偏振分束器进一步包括管套,所述管套包覆所述包层区的外表面。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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