CN1975476A - 光子晶体光纤波片 - Google Patents
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Abstract
光子晶体光纤波片，涉及一种光纤波片，尤其是涉及一种基于高双折射光子晶体光纤，具有多种偏振态变换功能的全光纤宽带、温度稳定波片。提供一种工作频带宽，能在线应用，具有多种偏振态转换功能的宽带光子晶体光纤波片。设有一段长度根据λ/4或λ/2波片要求的高双折射光子晶体光纤，以及连接高双折射光子晶体光纤的引入光纤和引出光纤，高双折射光子晶体光纤为双折射大于10－5的光子晶体光纤。高双折射光子晶体光纤两端加工平整后放入与高双折射光子晶体光纤外径匹配的套管，并将套管的引入光纤和引出光纤的端面切平后与高双折射光子晶体光纤连接。引入光纤和引出光纤为圆光纤。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤波片，尤其是涉及一种基于高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)，具有多种偏振态变换功能的全光纤宽带、温度稳定波片。
背景技术
波片是指能使偏振方向延波片光轴的两正交线偏振光经波片传输后产生光程差(或相位差)的光学器件。光学系统中常用的波片有四分之一波片(λ/4，对应π/2相位差)和二分之一波片(λ/2，对应π相位差)两种。传统用来制作波片的材料通常有石英、方解石或云母等双折射晶片等。为使波片准确产生需要的相位差，制作时要求波片厚度十分精确(参见文献：姚启钧．光学教程．北京：高等教育出版社)，同时，由于光学材料的折射率与光波长和温度有关，这种波片的工作波长范围比较窄(λ/300条件带宽小于30nm)，温度稳定性差。另外，块状或片状波片在光纤系统中使用时，又存在与光纤和其它光纤器件连接和匹配困难等问题。
为制作能在光纤通信和光纤传感测量系统中方便使用的光纤波片，可以考虑采用常规应力型双折射光纤制作光纤λ/4波片和λ/2波片。但应力型光纤的双折射温度稳定性差，这种光纤波片引入的位相差受温度影响大，在实际应用中使用效果差。光子晶体光纤是近年提出的一种新型光纤，它在光纤横截面上以一定规律排列延光纤轴向均匀的空气孔，基于等效折射率差和光子禁带原理约束和导引光波(参见文献：J.C.Knight，etal，All-silicasingle-mode optical fiber with photonic crystal cladding，OPTICS LETTERS，1996，21(19)：1547)。若在光子晶体光纤芯子两侧引入与其它空气孔尺寸或形状不同的两个(或多个)空气孔，如图1所示，则可以在光子晶体光纤中引入双折射(参见文献：J.C.Knight，etal，Highly birefringent photonic crystal fibers，OPTICS LETTERS，2000，25(18)：1325)。由于这种双折射是由于波导的几何效应产生，因此其对温度的依赖性很小。另外，通过合理选择和设计光子晶体光纤两侧空气孔尺寸的大小，可以同时得到工作波长较宽(λ/300条件带宽一般大于40nm)的光纤波片。
发明内容
本发明旨在针对现有的光学波片存在温度稳定性差、与其它光纤器件匹配困难和不能在线使用等不足之处，提供一种工作频带宽，能在线应用，具有多种偏振态转换功能的宽带光子晶体光纤波片。
本发明设有一段长度根据λ/4或λ/2波片要求的高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)，以及连接高双折射光子晶体光纤的引入光纤和引出光纤，所述的高双折射光子晶体光纤为双折射大于10-5的光子晶体光纤。
为使高双折射光子晶体光纤两端与引入光纤和引出光纤良好并可靠连接，可以将该段高双折射光子晶体光纤两端加工平整后放入与高双折射光子晶体光纤外径匹配的套管，并将套管的引入光纤和引出光纤的端面切平后与高双折射光子晶体光纤连接。为使经过引入光纤和引出光纤的光的偏振态没有变化，引入光纤和引出光纤需选择基本无线双折射的圆光纤。
本发明所用的高双折射光子晶体光纤可以是纤芯两侧空气孔直径比周围均匀空气孔的直径大或小或相等的光纤，或是通过其他方式如改变空气孔形状和排列方式制作的高双折射光子晶体光纤。例如所用的高双折射光子晶体光纤采用纤芯两侧圆形空气孔直径比周围均匀圆形空气孔的直径大或小的光纤，或者采用纤芯两侧方形空气孔直径比周围均匀方形空气孔的直径大或小的光纤。或是通过其他方式如改变空气孔形状和排列方式制作的高双折射光子晶体光纤，例如采用纤芯两侧椭圆形空气孔直径比周围均匀椭圆形空气孔的直径相等的光纤或者采用纤芯两侧长方形空气孔直径比周围均匀长方形空气孔的直径相等的光纤。或者采用其它排列方式所得到高双析射光子晶体光纤。
套管可选为陶瓷套管、玻璃套管或金属套管等。
根据数值分析，采用如图1所示中心两侧大空气孔的高双折射光子晶体光纤可以获得工作波长范围较宽的光纤波片。
光纤波片的作用是将入射光的偏振态进行变换。例如，λ/4波片可以将入射的线偏振光变为圆偏振光，或反之将圆偏振光变为线偏振光。利用本发明采用高双折射光子晶体光纤的光纤λ/4波片，即可以实现温度特性稳定、使用波长范围宽、全光纤的线到圆或圆到线偏振态变化。
附图说明
图1为本发明实施例的高双折射光子晶体光纤横截面结构示意图。在图1中，光子晶体光纤1的中心两侧的空气孔11比周围的空气孔12大。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例设计的λ/4波片相位差与90°的偏离值与工作波长的关系。在图3中，横坐标为波长(Wavelength)/μm，纵坐标为相位与90°的相差(Phase diff.deviation from90)，高双折射光子晶体光纤的参数为：均匀小空气孔的直径d＝2.0μm，中心两侧大空气孔的直径为ds，空气孔圆心之间距离Λ＝4.4μm，大、小空气孔直径比值ds/d＝1.6～2.75。从上至下3条曲线依次为ds/d＝1.6，ds/d＝2.6，ds/d＝2.75。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1和2，本发明设有一段高双折射光子晶体光纤1和套管2，套管2的长度比高双折射光子晶体光纤1长1～2cm，套管2的内径与高双折射光子晶体光纤1的外径匹配，高双折射光子晶体光纤1固定于套管2的中央，高双折射光子晶体光纤1与套管2之间上胶固化。高双折射光子晶体光纤1的两个端面平整。套管2采用玻璃或陶瓷材料，引入光纤3和引出光纤4外径与套管2内径匹配，分别插入套管2两端，如图2所示。为使高双折射光子晶体光纤1两端与引入光纤3和引出光纤4良好并可靠连接，可以将高双折射光子晶体光纤1两端加工平整后放入与其外径匹配的套管2，并将引入光纤和引出光纤的端面切平后与高双折射光子晶体光纤1连接。引入光纤3和引出光纤4端面平整，与高双折射光产品体光纤1良好连接。
为使经过引入光纤和引出光纤的光的偏振态没有变化，引入光纤和引出光纤需选择基本无双折射的圆光纤。根据数值分析，采用如图1所示中心两侧大空气孔的高双折射光子晶体光纤1可以获得工作波长范围宽的光纤波片。
光纤设计实例及计算结果如图3所示，其中，当圆形大空气孔直径与其它均匀小空气孔直径比为2.75时，满足λ/300相差要求的高双折射光子晶体光纤1波长范围为42nm。
对于用上述方法制成的四分之一光子晶体光纤波片，从该光子晶体光纤波片的任意一端沿光纤主轴夹角45°方向注入的线偏振光，则从另一端出射圆偏振光。从该光子晶体光纤波片的任意一端入射圆偏振光，则从另一端出射线偏振光。
本发明所用的高双折射光子晶体光纤可以是纤芯两侧空气孔直径比周围均匀空气孔的直径大或小或相等的光纤，或是通过其他方式如改变空气孔形状和排列方式制作的高双折射光子晶体光纤。例如所用的高双折射光子晶体光纤可以是纤芯两侧圆形空气孔直径比周围均匀圆形空气孔的直径大(见图1～3以及相应的实施例)或小的光纤，或者采用纤芯两侧方形空气孔直径比周围均匀方形空气孔的直径大或小的光纤。或是通过其他方式如改变空气孔形状和排列方式制作的高双折射光子晶体光纤，例如采用纤芯两侧椭圆形空气孔直径比周围均匀椭圆形空气孔的直径相等的光纤或者采用纤芯两侧长方形空气孔直径比周围均匀长方形空气孔的直径相等的光纤。或者采用其它排列方式所得到高双析射光子晶体光纤。
Claims (9)
1.光子晶体光纤波片，其特征在于设有一段长度根据λ/4或λ/2波片要求的高双折射光子晶体光纤，以及连接高双折射光子晶体光纤的引入光纤和引出光纤，所述的高双折射光子晶体光纤为双折射大于10-5的光子晶体光纤。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述的高双折射光子晶体光纤的纤芯两侧空气孔直径比周围均匀空气孔的直径大或小。
3.如权利要求1或2所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述的高双折射光子晶体光纤的两端为平整端面。
4.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于引入光纤和引出光纤为圆光纤。
5.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述的高双折射光子晶体光纤放入与高双折射光子晶体光纤外径匹配的套管。
6.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述的套管的引入光纤和引出光纤的端面切平后与高双折射光子晶体光纤连接。
7.如权利要求5或6所述的光子晶体光纤波片，其特征在于套管为陶瓷套管、玻璃套管或金属套管。
8.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述的高双折射光子晶体光纤为纤芯两侧圆形空气孔直径比周围均匀圆形空气孔的直径大或小的光纤，或者为纤芯两侧方形空气孔直径比周围均匀方形空气孔的直径大或小的光纤。
9.如权利要求1所述的光子晶体光纤波片，其特征在于所述高双折射光子晶体光纤为纤芯两侧椭圆形空气孔直径比周围均匀椭圆形空气孔的直径相等的光纤，或者为纤芯两侧长方形空气孔直径比周围均匀长方形空气孔的直径相等的光纤。
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-
2006
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