專利名稱：具有偏振功能的光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖，尤其涉及一種具有偏振功能的光纖。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今光纖通信和光纖傳感技術(shù)的高速發(fā)展，不同種類的光纖以及主被動光纖器件已經(jīng)成為了熱點(diǎn)研究內(nèi)容。其中光纖偏振器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光纖激光器，光纖傳感及測量領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的光纖偏振器有以下幾種偏振鏡式光纖偏振器，D型光纖偏振器,熔錐型光纖偏振器等。偏振鏡式光纖偏振器主要由尾纖,偏振鏡，光纖準(zhǔn)直器組成，光纖中的光進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器，轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐怪比肷涞狡衿鞅砻?，產(chǎn)生了某一方向的線偏振光之后，再由另一個準(zhǔn)直器收集耦合到尾纖當(dāng)中，所涉及光學(xué)器件的空間結(jié)構(gòu)較多，不便于調(diào)節(jié)。如果采用保偏尾纖還需要調(diào)節(jié)偏振器的透射方向和保偏光纖保偏方向一致才可以使用。D型光纖偏振器是將光纖精細(xì)研磨成D型截面后再鍍不同金屬膜產(chǎn)生偏振效果，但是研磨精度和鍍膜要求非常高，生產(chǎn)效率低。熔錐型光纖偏振器是將光纖在高溫熔融狀態(tài)拉錐成型然后生長各向異性晶體產(chǎn)生偏振效果，帶寬一般在30nm左右。與這些傳統(tǒng)的光纖偏振器相比，本實(shí)用新型提出的飛秒脈沖激光光刻光纖偏振器僅在傳統(tǒng)石英光纖包層中利用激光誘導(dǎo)了周期性納米結(jié)構(gòu)，無需集成其他的光學(xué)器件和金屬膜，無需復(fù)雜的研磨及鍍膜工藝。因光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，不需要進(jìn)行光路校準(zhǔn)調(diào)節(jié)，插入損耗低，工作寬帶范圍大，可以在寬帶范圍內(nèi)達(dá)到20dB以上的消光比。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，一次成型，生產(chǎn)效率極高,易于大批量生產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作帶寬范圍大以及消光比高的具有偏振功能的光纖。 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種具有偏振功能的光纖，其特殊之處在于所述具有偏振功能的光纖包括設(shè)置在光纖內(nèi)部的納米光柵。上述具有偏振功能的光纖還包括光纖纖芯，所述納米光柵設(shè)置在光纖纖芯的周圍或內(nèi)部。上述納米光柵是采用不同參數(shù)飛秒脈沖在石英材料中所產(chǎn)生的折射率改變或誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)。上述納米光柵平面的法線方向垂直于光纖纖芯方向。上述納米光柵是一個或多個。上述納米光柵是多個時，所述納米光柵均勻或者非均勻設(shè)置在光纖纖芯周圍或內(nèi)部。[0014]上述納米光柵均勻或者非均勻的環(huán)繞設(shè)置在光纖纖芯周圍或內(nèi)部。上述光纖是石英光纖、硅酸鹽光纖、光學(xué)玻璃光纖或晶體光纖。上述光纖是單模的、多模的、大模場、雙包層或光子晶體結(jié)構(gòu)光纖。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型提供了一種具有偏振功能的光纖，該光纖采用折射率改變或誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)，也就是納米光柵，其有偏振導(dǎo)光特性，不同參數(shù)激光產(chǎn)生的納米光柵偏振導(dǎo)光性能也不盡相同，在普通石英光纖纖芯附近的包層內(nèi)利用此具有偏振導(dǎo)光特性的納米光柵痕跡構(gòu)成對稱的空間結(jié)構(gòu)，調(diào)制光纖纖芯內(nèi)導(dǎo)模電場的消逝場，可以使光纖具有偏振導(dǎo)光效果，從而構(gòu)成偏振導(dǎo)光器件。在光纖纖芯中傳輸光的消逝波被周圍的納米條紋所調(diào)制，水平和垂直偏振分量散射特性不同，垂直于納米平面的振動分量散射十分明顯，此偏振態(tài)被大量散射，而平行于納米平面的偏振態(tài)損耗很低，在傳輸一定長度之后，最終達(dá)到較高的消光比。由于納米光柵的偏振散射特性與波長關(guān)系不敏感，納米條紋對于不同波長都有很 高的偏振消光比，工作范圍主要取決于所采用光纖的導(dǎo)通模式范圍。激光在經(jīng)過納米光柵調(diào)制區(qū)域的傳輸之后，垂直于納米平面的振動分量被大量散射，最后平行于納米平面的振動分量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直分量，達(dá)到了> 20dB的消光比，入射光實(shí)現(xiàn)起偏效果。本實(shí)用新型提出了一種新型結(jié)構(gòu)的飛秒激光光刻光纖偏振器，利用飛秒脈沖激光誘導(dǎo)石英光纖包層折射率變化，在光纖纖芯周圍產(chǎn)生了具有偏振導(dǎo)光特性的周期性納米光柵，通過選擇激光的偏振方向以及設(shè)定合理的納米光柵長度、間距，可實(shí)現(xiàn)無空間光學(xué)結(jié)構(gòu)以及寬帶工作的光纖偏振器。此結(jié)構(gòu)的光纖偏振器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，制造過程簡單和快速，易于實(shí)現(xiàn)。

圖I是本實(shí)用新型所提供的具有偏振功能的光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所提供的具有偏振功能的光纖的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；其中I-光纖纖芯；2_納米光柵。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的工作原理是石英材料在聚焦飛秒脈沖激光作用下會在激光焦點(diǎn)和石英材料作用區(qū)域發(fā)生多光子吸收，產(chǎn)生等離子體，當(dāng)?shù)入x子體達(dá)到一定密度，材料會發(fā)生損傷，由此改變石英材料的光學(xué)特性，而在激光焦點(diǎn)以外，激光強(qiáng)度達(dá)不到多光子吸收閾值，材料不會損傷，因此可在材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)精密定位加工。采用不同參數(shù)飛秒脈沖光刻會在石英材料中產(chǎn)生兩種改性，即折射率改變或誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)，其中周期性納米結(jié)構(gòu)又被稱為納米光柵，其有偏振導(dǎo)光特性，不同參數(shù)激光產(chǎn)生的納米光柵偏振導(dǎo)光性能也不盡相同，在普通石英光纖纖芯附近的包層內(nèi)利用此具有偏振導(dǎo)光特性的納米光柵痕跡構(gòu)成對稱的空間結(jié)構(gòu)，調(diào)制光纖纖芯內(nèi)導(dǎo)模電場的消逝場，可以使光纖具有偏振導(dǎo)光效果，從而構(gòu)成偏振導(dǎo)光器件。飛秒脈沖激光光刻技術(shù)采用的是重復(fù)頻率1000Hz，光譜中心波長800nm，光譜寬度12nm，脈沖寬度120fs的鈦寶石激光放大系統(tǒng)作為加工光源，將普通石英光纖放置于精密電動三維運(yùn)動平臺，刻寫納米光柵時采用橫向激光寫入方式，即激光傳輸方向和光纖移動方向垂直，激光束利用顯微物鏡聚焦到光纖纖芯兩側(cè)包層的位置，利用位移平臺移動光纖，飛秒激光焦點(diǎn)在纖芯周圍的包層刻出一條軌跡，在該徑跡上形成了均勻分布的納米光柵。由于納米光柵在的平均折射率低，所以在相位對比顯微鏡下可以觀察到白色的痕跡，在飛秒加工過程中可以作為光柵特征進(jìn)行觀察。納米光柵平面的法線方向垂直于光纖的纖芯方向，由于納米光柵具有形式雙折射特性及偏振散射效應(yīng)，在光纖纖芯中傳輸光的消逝波被周圍的納米條紋所調(diào)制，水平和垂直偏振分量散射特性不同，垂直于納米平面的振動分量散射十分明顯，此偏振態(tài)被大量散射，而平行于納米平面的偏振態(tài)損耗很低，在傳輸一定長度之后，最終達(dá)到較高的消光比。由于納米光柵的偏振散射特性與波長關(guān)系不敏感，納米條紋對于不同波長都有很高的偏振消光比，工作范圍主要取決于所采用光纖的導(dǎo)通模式范圍。在納米光柵刻寫好之后，光纖偏振器的偏振工作過程描述如下任意偏振態(tài)的光被耦合到光纖一端，在傳播一段距離之后開始進(jìn)入有納米條紋調(diào)制的區(qū)域，兩個偏振分量 此時具有了不同的散射特性，具體表現(xiàn)為偏振散射損耗不同，在經(jīng)過納米光柵調(diào)制區(qū)域的傳輸之后，垂直于納米平面的振動分量被大量散射，最后平行于納米平面的振動分量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直分量，達(dá)到了> 20dB的消光比，入射光實(shí)現(xiàn)起偏效果?；谏鲜鲈恚瑓⒁妶DI和圖2，本實(shí)用新型提供了一種具有偏振功能的光纖，該光纖包括光纖纖芯1，所不同的是本實(shí)用新型所提供的具有偏振功能的光纖還包括設(shè)置在光纖纖芯I周圍或其內(nèi)部的納米光柵2，納米光柵2就是采用不同參數(shù)飛秒脈沖光刻會在石英材料中所產(chǎn)生的折射率改變或誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)。在具體工作時，納米光柵2平面的法線方向垂直于光纖纖芯I方向，納米光柵2可以是一個或多個，如果采用多個時，這些納米光柵2環(huán)繞設(shè)置在光纖纖芯I周圍或內(nèi)部。光纖是石英光纖、硅酸鹽光纖、光學(xué)玻璃光纖或晶體光纖；光纖是單模的、多模的、大模場、雙包層或光子晶體結(jié)構(gòu)光纖。
權(quán)利要求1.一種具有偏振功能的光纖，其特征在于所述具有偏振功能的光纖包括設(shè)置在光纖內(nèi)部的納米光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述具有偏振功能的光纖還包括光纖纖芯，所述納米光柵設(shè)置在光纖纖芯的周圍或內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述納米光柵是采用不同參數(shù)飛秒脈沖在石英材料中所產(chǎn)生的折射率改變或誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述納米光柵平面的法線方向垂直于光纖纖芯方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述納米光柵是一個或多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述納米光柵是多個時，所述納米光柵均勻或者非均勻設(shè)置在光纖纖芯周圍或內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述納米光柵均勻或者非均勻的環(huán)繞設(shè)置在光纖纖芯周圍或內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述光纖是石英光纖、硅酸鹽光纖、光學(xué)玻璃光纖或晶體光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有偏振功能的光纖，其特征在于所述光纖是單模的、多模的、大模場、雙包層或光子晶體結(jié)構(gòu)光纖。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有偏振功能的光纖，該光纖包括設(shè)置在光纖內(nèi)部的納米光柵。本實(shí)用新型提供了一種光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作帶寬范圍大以及消光比高的具有偏振功能的光纖。
文檔編號G02B6/02GK202472030SQ20122005651
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者白晶, 程光華, 趙衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所