[发明专利]基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤耦合器领域，特别涉及一种用于偏振分离和偏振滤波的光子晶体光纤偏振耦合器，是一种基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器。

背景技术

光纤由于具有传输损耗低、直径小、重量轻、可弯曲、耐腐蚀、及抗电磁干扰等优点而广泛应用于通信领域，由其组成的全光纤网络具有更大的通信容量、便于维护、可靠性高等优点。光子晶体光纤是一种在垂直于光束传播方向具有周期微结构的光纤，这种周期微结构通常由空气孔或高折射率的介质构成，利用全反射原理或者光子带隙将光局域在缺陷中传输。与传统光纤相比，光子晶体光纤具有支持无截止单模传输、色散可调、大模场面积、超高非线性等优点，因此光子晶体光纤被广泛用于制作高功率光纤激光器、超连续谱激光器等。此外，通过引入多个纤芯（缺陷）可以实现光纤耦合器、波分复用器、以及超大容量的信号传输等目的。但光纤中的偏振模式耦合会降低所传输信号的信噪比，减小通信容量等。在传统的光纤网络中，多采用保偏光纤对偏振模耦合进行抑制。保偏光纤可以实现两个正交偏振光的独立传输，通常不具备起偏的功能。

光子晶体光纤耦合器是由在中心区域设置两个平行的纤芯而构成。当光入射到一个纤芯后，在纤芯中沿纵向传输的同时，也在两个纤芯间发生周期性的功率转移。在单个纤芯入射的条件下，光子晶体光纤耦合器中的两个超模被同时激发，并且每个超模都以各自的传输常数传输。超模为光子晶体光纤耦合器的本征模式，由两个纤芯中的模场叠加形成。其中，偶模由两个纤芯中同相位等振幅的两个模场叠加而成，其传输常数为β_e；奇模由两个纤芯中等振幅且存在相位差为π的两个模场叠加而成，其传输常数为β_o。随着传输距离z的变化，两个超模之间的相位差ψ(z)=(β_e-β_e)z不断变化，光在纤芯间发生的周期性功率转移，可以认为是由此变化引起的。将光从入射纤芯转移到另外一个纤芯中所需的传输长度定义为耦合长度L_c，则该耦合长度由两个超模的传输常数决定L_c=π/|β_e-β_e|。传统的光子晶体光纤耦合器中，沿两个纤芯连线方向的偏振分量与沿垂直于两个纤芯连线方向的偏振分量之间存在双折射现象，但是双折射系数很小，不能在有限的距离内实现两个偏振分量的分离。当线偏振光入射时，两个正交偏振分量间相位差的不断变化导致偏振态的周期性演化。

发明内容

针对传统的光子晶体光纤耦合器对偏振态调制的不足，本发明提出一种基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器，提供一种具有宽工作带宽、性能稳定特点的，能够实现偏振分离、偏振滤波的光纤耦合器。

一种基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器，其特征在于包括背景材料1、包层2、第一纤芯4、第二纤芯5和金属线3；背景材料为硅玻璃材料，在背景材料上设有正六边形结构周期排列的空气孔形成包层2，第一纤芯4和第二纤芯5对称位于包层中心的两个空气孔缺陷，选择包层2中任意一个或两个空气孔，将金属材料填充空气孔中形成金属线3。

所述填充金属材料的空气孔位于第一纤芯4和第二纤芯5之间空气孔。

所述填充金属材料的空气孔位于第一纤芯4和第二纤芯5之间两个空气孔。

所述填充金属材料的空气孔位于空气孔包层的第二层空气孔中，相邻的两个空气孔。

本发明提出一种基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器，当耦合器处于工作状态时，入射光从第一纤芯输入，在纤芯中同时激发偶模和奇模，产生周期性的功率转移。纤芯中的偶模和奇模因与金属线表面等离子体激元模式满足波矢匹配条件，在金属表面激发表面等离子体激元，两者之间产生耦合，部分能量被转移到金属线上而损耗掉，导致纤芯模式的传输损耗。由于两个正交偏振分量在金属线表面切线方向具有不同的磁场分量，导致两个正交偏振分量具有不同的衰减系数，输出端的透射率表现出一定的偏振依赖性。此外，在纤芯间填充金属线，将增大纤芯中两个正交偏振分量的传输常数的差值，导致两个正交偏振分量具有不同的耦合系数。利用金属线掺杂的光子晶体光纤耦合器中，两个正交偏振分量透射率和耦合长度的不同，可以实现对输出光透射率和偏振态的控制，实现偏振分离、偏振滤波的功能。是一种具有宽工作带宽、性能稳定特点的，能够实现偏振分离、偏振滤波的光纤耦合器。

附图说明

图1是实施例1中光子晶体光纤偏振耦合器结构示意图。

图2是实施例1中耦合器中两个正交偏振分量的偶模和奇模对应的模式分布图。