專利名稱：一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖去偏器，尤其是一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot 去偏器。
背景技術(shù)：
去偏器是去偏光學(xué)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵器件，起著抑制偏振相關(guān)誤差、降低外部物理場影響等關(guān)鍵作用。利用兩段對接的保偏光纖構(gòu)成的Lyot去偏器因結(jié)構(gòu)簡單易于制作， 在實(shí)際的去偏光路系統(tǒng)中普遍應(yīng)用。它由長度比為1 :2且雙折射主軸夾角為45度的兩段保偏光纖構(gòu)成，其中的任一段保偏光纖本身均起一定的保偏或消偏作用。為保證精度，Lyot 光纖去偏器對兩段保偏光纖的角度對接對準(zhǔn)程度提出了很高的要求。由于普通保偏光纖的雙折射效應(yīng)是光纖在拉制降溫過程中，纖芯附近摻雜材料由于差異熱擴(kuò)張產(chǎn)生應(yīng)カ而形成的應(yīng)カ雙折射，因摻雜濃度成分不一致在耦合拼接時(shí)容易造成對準(zhǔn)誤差，且本身受環(huán)境影響較大，抗輻照能力較弱，及耦合熔接條件的限制，較難制作出性能理想的光纖消偏器，從而限制了它的應(yīng)用。光子晶體光纖(PCF，Photonic Crystal Fiber)因其微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活， 易于達(dá)到偏振控制對光纖消偏器結(jié)構(gòu)參數(shù)的要求。由于PCF的雙折射主要來源于光纖的幾何結(jié)構(gòu)非対稱，可使用同一種材料，僅通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)破壞對稱性形成高雙折射效應(yīng)，這是傳統(tǒng)保偏光纖所不及的。光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖(MSF，Micro-structure Fiber)，多孔光纖 (HF，Holey Fiber)，它的橫截面上通常含有周期性排列分布的介質(zhì)棒，這些介質(zhì)棒的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個(gè)長度，以周期性規(guī)則排列中缺少單一介質(zhì)棒的形式的缺陷區(qū)域充當(dāng)波導(dǎo)光纖纖芯，缺陷的類型有空氣缺陷和電介質(zhì)缺陷。纖芯中引導(dǎo)光的一種機(jī)理是光以類似于傳統(tǒng)光纖中全內(nèi)反射(I1R，Total Internal Reflection)形式傳播的折射率引導(dǎo)型(Index Guiding)，另ー機(jī)理是通過對微結(jié)構(gòu)尺寸和周期排布的合適設(shè)計(jì)產(chǎn)生光子帶隙(PBG，Photonic Band Gap)效應(yīng)，使對應(yīng)于缺陷態(tài)(局域態(tài))的特定頻率的光被限制在纖芯內(nèi)傳播。PCF具有獨(dú)特的模式特性、損耗特性、耦合特性以及色散關(guān)系等光學(xué)特性，引起了國內(nèi)外科研単位的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中普通保偏光纖的缺點(diǎn)，提供一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，能夠優(yōu)化去偏光學(xué)系統(tǒng)的偏振控制，減小偏振誤差以滿足高精度要求。本發(fā)明ー種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，由一根保偏光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格ニ維周期性微結(jié)構(gòu)，所述的周期性微結(jié)構(gòu)呈正方形，由背景介質(zhì)和周期性分布排列在背景介質(zhì)中的圓形介質(zhì)棒或介質(zhì)管組成。光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2,依入射光前進(jìn)方向，光從前段入射進(jìn)入光子晶體光纖去偏器，從后段出射，前后兩段的光學(xué)雙折射主軸夾角為45度，前段部分長度L1滿足大于光纖的消偏長度Ld，前后兩段的長度滿足L2 ^ 2L10所述的背景介質(zhì)為是玻璃、塑料、聚合物或硅；介質(zhì)棒或介質(zhì)管為是折射率比背景介質(zhì)低的玻璃、塑料、聚合物、空氣或硅。所述的光子晶體光纖，在前段部分和后段部分各引入兩處大介質(zhì)棒或大介質(zhì)管缺陷結(jié)構(gòu)，而其它介質(zhì)棒或介質(zhì)管前后一致，使得前后兩段光纖的光學(xué)雙折射主軸發(fā)生45度偏轉(zhuǎn)。所述的光子晶體光纖，若引入多個(gè)前后段部分，可實(shí)現(xiàn)ー根光纖中包含多個(gè)正方晶格光子晶體光纖去偏器。本發(fā)明的有益效果在干
1)本發(fā)明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，通過橫截面ニ維纖芯結(jié)構(gòu)及纖芯內(nèi)圈部分設(shè)計(jì)45度旋光結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置光纖前后段部分的長度，可在單根光纖中實(shí)現(xiàn)光波消偏，從而不依賴于另外的高分辨カ角度偏轉(zhuǎn)裝置并減省了光纖熔接過程。2)本發(fā)明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，由于在單根光纖中實(shí)現(xiàn)光波消偏，克服了熔融應(yīng)カ區(qū)的產(chǎn)生和光纖包層的微變形等由光纖之間耦合熔接帶來的不利因素和復(fù)雜情況，因而避免了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的破壞從而提高光纖去偏器的穩(wěn)定性和消光比性能，提高了測量精度。3)本發(fā)明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，基于光子晶體光纖本身的優(yōu)點(diǎn)，這種去偏器具有抗干擾能力強(qiáng)、可在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)。


圖1是正方晶格光子晶體光纖橫截面微結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明Lyot型光子晶體光纖去偏器前段部分的橫截面示意圖； 圖3是)(Z平面所示在前段部分X=士 1 XIix位置引入對稱堆積粗玻璃管示意圖； 圖4為本發(fā)明Lyot型光子晶體光纖去偏器在對角線位置引入大空氣孔的后段部分橫截面示意圖5是)(Z平面所示在后段部分對角位置引入粗玻璃管示意圖； 圖6是Lyot型正方晶格光子晶體光纖去偏器在TL平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明加以說明。Lyot型光纖去偏器前后兩段保偏光纖雙折射主軸夾角為45度，對兩段保偏光纖長度的要求只要短的一段和長短之差都大于光波消偏長度Ld (即miniL” L2}>Ld,
L2-L11 >Ld), 一般取長度比L1 L2=I 2。本發(fā)明著重在保偏光子晶體光纖前后兩段通過微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光學(xué)雙折射主軸偏轉(zhuǎn)45度，將前段部分設(shè)為短的一段L1，將后段部分設(shè)為長的一段“，
本發(fā)明以常用的堆積法說明實(shí)現(xiàn)Lyot型正方晶格光子晶體光纖去偏器，采用正方晶格保偏光子晶體光纖的橫截面模型如圖1所示，斜線區(qū)域表示光纖涂覆層。在纖芯左右水平方向引入?yún)^(qū)別于包層空氣孔的兩個(gè)對稱的大空氣孔，從而破壞偏轉(zhuǎn)対稱性引起幾何型高雙折射，纖芯部分局部放大如圖2所示，包層取5X5層晶格，空氣孔陣列(折射率為1，白色圓形表示)排列在硅基背景介質(zhì)中(折射率為1.45，灰色區(qū)域)， Λ為晶格常數(shù)，d為包層空氣孔直徑，D為引入的大空氣孔的直徑。由于正方晶格的對角元胞連線正是與X、Y兩正交方向成夾角為45度，因而在前段部分長度L1滿足大于光波消偏長度Ld的前提下(L1)Ld),只需在后段部分將纖芯內(nèi)圈兩個(gè)対稱的大孔引入在對角線位置，即實(shí)現(xiàn)45度旋光，后段部分的長度L2按照Lyot光纖消偏器的要求需滿足L2S 2レ。L1典型值在4 8cm。除大孔位置和長度需合理設(shè)置外，其余光子晶體空氣孔微結(jié)構(gòu)完全一致，因而在光子晶體光纖的特定位置引入不同的缺陷結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)用同一根光纖制作出偏振控制器。在堆積預(yù)制棒的階段，首先設(shè)計(jì)好光纖長度(前后段L1:L2=1:2)，按照光子晶體正方晶格的要求堆積普通細(xì)玻璃管d，在X=0，Y=O位置缺失ー根玻璃管成為導(dǎo)光纖芯。在纖芯水平位置左右對稱位置(Y=0，X=士 IX艮)堆積粗玻璃管D，Rx表示X方向上堆積的玻璃
管之間的距離，與光子晶體晶格常數(shù)相等Rx= Λ ,如圖3、圖4所示，粗玻璃管D自Z=O開始長度為L1,其后仍接續(xù)普通細(xì)玻璃管d，長度為L2。這樣形成了 Lyot型正方晶格光子晶體光纖去偏器的前段部分，雙折射快軸方向?yàn)樽笥覂蓚€(gè)粗玻璃管中心連線方向(此時(shí)沿水平X 方向)。在上下兩個(gè)纖芯對角晶格位置(X=I X Rx, Y=I X Ry,及X=-I X Rx, Y=-I X Ry),前段L1 長度部分仍堆積普通細(xì)玻璃管山其后為后段部分接續(xù)粗玻璃管D，長度為L2,后段部分橫截面如圖5所示。從)(Z方向平面上看，后段部分對角位置引入粗玻璃管如圖6所示，左圖表示 Y=IXRy平面，大孔的位置X=I XRx，自Z=L1開始長度為L2，右圖表示Y=-I XRy平面，大孔的位置X=-IXRx,自Z=L1開始長度為L2。Ry表示Y方向上堆積的玻璃管之間的距離，有
Ry=Rx= Λ。這樣形成了 Lyot型正方晶格光子晶體光纖去偏器的后段部分，雙折射快軸方向
為左右兩個(gè)粗玻璃管中心連線方向(此時(shí)沿對角線方向)，與X、Y軸都成45度夾角。于是，堆積正方晶格光子晶體光纖預(yù)制棒吋，在前段部分和后段部分分別引入2 處粗玻璃管(大空氣孔)缺陷結(jié)構(gòu)，并控制其位置與長度，而其他細(xì)玻璃管(包層空氣孔)都一致，使得前后兩段光纖的雙折射主軸發(fā)生45度偏轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)用ー根光纖實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖去偏器，其整體^平面如圖6所示。按照上述方法進(jìn)行正方晶格光子晶體光纖去偏器的預(yù)制棒堆積，然后進(jìn)行拉絲等后處理即可制作出正方晶格光子晶體光纖去偏器。按照上述預(yù)制棒的堆積方法，若引入多個(gè)前后段部分，即前后段各2處的缺陷結(jié)構(gòu)堆積沿光纖長度方向整體平移，前后段的粗玻璃管長度比為1 :2 1 2……1:2，則可實(shí)現(xiàn)拉絲后的光纖中包含多個(gè)正方晶格光子晶體光纖去偏器結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，其特征在于該去偏器由一根保偏光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格ニ維周期性微結(jié)構(gòu)，所述的周期性微結(jié)構(gòu)呈正方形，由背景介質(zhì)和周期性分布排列在背景介質(zhì)中的圓形介質(zhì)棒或介質(zhì)管組成，光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2,依入射光前進(jìn)方向，光從前段入射進(jìn)入光子晶體光纖去偏器；從后段出射，前后兩段的光學(xué)雙折射主軸夾角為45 度，前段部分長度L1滿足大于光纖的消偏長度Ld，前后兩段的長度滿足L2 ^ 2L,；所述的背景介質(zhì)為是玻璃、塑料、聚合物或硅；介質(zhì)棒或介質(zhì)管為是折射率比背景介質(zhì)低的玻璃、塑料、聚合物、空氣或硅；所述的光子晶體光纖，在前段部分和后段部分各引入兩處大介質(zhì)棒或大介質(zhì)管缺陷結(jié)構(gòu)，而其它介質(zhì)棒或介質(zhì)管前后一致，使得前后兩段光纖的光學(xué)雙折射主軸發(fā)生45度偏轉(zhuǎn)；所述的光子晶體光纖，若引入多個(gè)前后段部分，可實(shí)現(xiàn)ー根光纖中包含多個(gè)正方晶格光子晶體光纖去偏器。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，現(xiàn)有的技術(shù)中受環(huán)境影響較大，抗輻照能力較弱，及耦合熔接條件的限制，較難制作出性能理想的光纖消偏器，由一根保偏光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格二維周期性微結(jié)構(gòu)，所述的周期性微結(jié)構(gòu)呈正方形，由背景介質(zhì)和周期性分布排列在背景介質(zhì)中的圓形介質(zhì)棒或介質(zhì)管組成。光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2，依入射光前進(jìn)方向，光從前段入射進(jìn)入光子晶體光纖去偏器，從后段出射，前后兩段的光學(xué)雙折射主軸夾角為45度，前段部分長度L1滿足大于光纖的消偏長度Ld，前后兩段的長度比滿足L2≥2L1。本發(fā)明測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號G02B6/024GK102540325SQ20121007546
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉承, 舒曉武, 陳侃, 黃騰超 申請人:浙江大學(xué)