[实用新型]一种光纤耦合的高偏振消光比波导起偏器

说明书

本实用新型针对基于铌酸锂退火质子交换波导的波导起偏器存在的插入损耗较高、光功率阈值较低的问题，并进一步提升此类器件的偏振消光比，本实用新型提出了一种光纤耦合的高偏振消光比波导起偏器，通过采用掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体实现器件光功率阈值的提升，并采用在掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体中制备反质子交换光学波导，实现波导插入损耗的降低。此外，本实用新型采用在掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体的背面开槽并涂覆光吸收物质的方法，达到进一步提升波导起偏器偏振消光比的目的。

技术领域

本实用新型光纤传感、光纤通信、量子通信技术领域，特别是涉及一种光纤耦合的高偏振消光比波导起偏器。

背景技术

起偏器可以将非偏振光束或低偏振度偏振光束转换成高偏振消光比光束，在偏振相关损耗测量系统、光纤传感系统、光纤通信系统等领域中有着广泛的应用。目前常见的光纤起偏器具有低插入损耗(典型值在0.5dB左右)、低回波损耗(典型值在50dB左右)、高光功率(500mW)等优势，但是其偏振消光比(典型值30dB)指标尚无法完全某些应用领域的使用需求，特别是对偏振消光比要求较高的应用场合。虽然采用更为精密的研磨和镀膜工艺可以加工出更高偏振消光比指标的光纤起偏器，但是也增加了器件制造难度和成本。

采用退火质子交换工艺制备的铌酸锂波导晶片具有天然的起偏功能(典型值在40～50dB)，而对铌酸锂波导晶片进行背面和侧边开槽并涂覆光吸收材料、晶片横截面镀金属膜等技术手段还可将铌酸锂退火质子交换波导晶片的偏振消光比进一步提升至80dB以上的水平。

但是，铌酸锂退火质子交换波导的插入损耗较高(2dB～3dB),和光纤起偏器相比有着较大的差距。这是因为退火质子交换波导的波导模式与光纤的波导模式存在着一定的模式不匹配，导致了较大的耦合损耗，而且铌酸锂波导的传输损耗也高于光纤的传输损耗。

此外，与光纤起偏器相比，铌酸锂退火质子交换波导晶片的光功率阈值较低(1550nm工作波长下在200mW左右)。这是因为，当输入光功率过大时，铌酸锂的光折变效应会引起光波导模式分布的畸变，导致光波导模式与光纤波导模式耦合损耗的大幅增加，引起器件插入损耗的迅速恶化。给铌酸锂晶片加温虽然可以一定程度上降低光折变效应对铌酸锂波导插入损耗的影响，但是温控元件的引入也大幅增加了器件的复杂性，给系统应用引起较多的麻烦。

实用新型内容

针对基于铌酸锂退火质子交换波导的波导起偏器存在的插入损耗较高、光功率阈值较低的问题，并进一步提升此类器件的偏振消光比，本实用新型提出一种光纤耦合的高偏振消光比波导起偏器，通过采用掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体实现器件光功率阈值的提升，并采用在掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体中制备反质子交换光学波导，实现波导插入损耗的降低。此外，本实用新型采用在掺氧化镁铌酸锂晶体或近化学计量比铌酸锂晶体的背面开槽并涂覆光吸收物质的方法，达到进一步提升波导起偏器偏振消光比的目的。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种光纤耦合的高偏振消光比波导起偏器，包括：铌酸锂晶片、光学波导、光纤套管、保偏光纤，所述铌酸锂晶片为光学级掺氧化镁铌酸锂晶体或光学级近化学计量比铌酸锂晶体；所述铌酸锂晶片的背面采用机械切割方式开有沟槽；所述光学波导为直条结构的铌酸锂反质子交换波导；所述光纤套管采用铌酸锂V型槽、铌酸锂U型槽、玻璃圆管、玻璃方管等形式中的任一种；所述保偏光纤为熊猫保偏光纤。

优选地，所述铌酸锂晶片的厚度为1mm至2mm，晶体切向为X切Y传或Z切Y传。

优选地，所述铌酸锂晶片背面的第一沟槽位于铌酸锂波导晶片总长度的1/2处，考虑到切槽后的铌酸锂晶片的机械应力和抗冲击性，所述第一沟槽的深度为0.3mm至0.5mm，并且所述第一沟槽的宽度为0.1mm至0.5mm。