[发明专利]一种倾斜光纤光栅梳状起偏器

说明书

本发明提供一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，包括宽带光源、光环形器、倾斜光纤光栅起偏元件及两个光谱仪，其中，倾斜光纤光栅起偏元件由反射光耦合元件和包层表面涂覆有纳米材料的倾斜光纤光栅构成，反射光耦合元件包括多模光纤、细芯光纤或无芯光纤；利用TE和TM偏振光对纳米材料的强偏振依赖特性，倾斜光纤光栅起偏元件在谐振波长位置激发反向传输的窄带TE偏振泄漏模和前向传输的窄带TM偏振泄漏模，反向传输的TE偏振泄漏模经反射光耦合元件采集，从而产生高偏振消光比且传播方向相反的TE偏振光和TM偏振光。实施本发明，具有偏振消光比高、带宽窄、光谱响应范围宽，且结构简单，易于制作，与现有光学设备及光通信系统集成应用便捷等优点。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种倾斜光纤光栅梳状起偏器。

背景技术

起偏器是用于产生单一偏振光的重要光学元件，在激光、通信、光谱分析、光学测量等诸多领域具有重要应用。

传统的起偏器由双折射晶体棱镜构成，利用双折射晶体的折射率差产生单一偏振方向光或具有一定夹角的两个线偏振光(即TE偏振光和TM偏振光)。目前，具有最大折射率差值的双折射晶体为钒酸钇和金红石，可产生偏振方向互相垂直且传播方向互相平行的两个线偏振光束。但该器件体积较大、机械稳定性差、损耗大，且两束偏振光分离仅1mm左右。

与传统棱镜起偏器相比，光纤起偏器具有许多优点，如体积小、插入损耗小、稳定性好以及与光通信系统兼容等。广泛报道的光纤起偏器由侧抛磨光纤和涂覆在其表面的纳米材料构成，其偏振原理基于纳米材料对不同偏振光的偏振相关吸收效应。目前，报道了许多类型的纳米材料用于制作光纤起偏器，如金属、液晶、石墨烯、碳纳米管已经聚合物材料等。其中，最广泛报道的方案是利用金属膜激发光纤表面等离子体共振来产生线偏振光，但只有在满足相位匹配条件的情况下才能激发表面等离子体共振，即不能在宽波段内激发表面等离子体共振，从而限制该器件的广泛应用。相比之下，石墨烯具有更优异的可调控特性。通过在侧抛磨光纤表面涂覆石墨烯，可在通信波段实现偏振消光比达27dB的线偏振起偏器(Q.Bao,et al,Nat.Photonics,5(7):411-415,2011)。然而，目前并没有较完善的工艺在光纤表面涂覆均匀且牢固的若干层石墨烯薄膜。另一方面，侧抛磨光纤破坏了光纤结构的完整性，从而降低了偏振器件的机械强度及稳定性。

光纤光栅可以在不破坏光纤结构的情况下通过模式耦合效应调控光的传输，特别地，通过在光纤内写入具有一定倾角的光栅，即倾斜光纤光栅，可极大增强偏振相关模式耦合效应。当光栅倾角为45°时，即45°倾斜光纤光栅，可以将TE偏振光耦合至辐射模从而辐射至光纤外界环境中，相应的TM偏振光直接通过光栅区域并沿光纤传播，从而产生传播方向互相垂直的两束线偏振光，偏振消光比可达40dB(K.Zhou,et al,Opt.Lett.,30(11):1285-1287,2005)。但是，一方面，45°倾斜光纤光栅起偏器受到一些因素的限制，只有当光栅倾角为45°时才能实现线偏振模式耦合，从而产生高偏振消光比的线偏振光，且光谱带宽很宽，不能用于产生窄带线偏振光；另一方面，45°倾斜光纤光栅属于大倾角光纤光栅，制备45°倾斜光纤光栅需要高能量激光且制备工艺非常复杂，需要精确控制制备参数。

相比于传统光纤，微结构光纤或光子晶体光纤具有独特的微结构和光学特性，被视为有望替代传统光纤的下一代新型光纤。微结构光纤是一种横截面为二维周期空气孔结构的光子晶体，基于带隙效应将光限制在实心或空心纤芯内传播。空气孔的引入使得微结构光纤具有丰富的光学调控特性，为填充其他纳米材料提供了天然稳定的微通道，在微通道内极大增强了光与物质的相互作用，可用于制作性能优异的光流控光纤偏振器件(W.Qian,et al,Opt.Lett.,36:3296-3298,2011)。然而，由于微结构光纤空气孔尺寸非常微小，在空气孔内选择性填充纳米材料需要非常精密的制备工艺，且目前没有完善的微结构光纤熔接工艺及设备，导致插入损耗大，从而限制了微结构光纤起偏器的实际应用。