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
技術領域：
本發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：
去偏器是去偏光學系統中的一個關鍵器件，起著抑制偏振相關誤差、降低外部物理場影響等關鍵作用。利用兩段對接的保偏光纖構成的Lyot去偏器因結構簡單易于制作， 在實際的去偏光路系統中普遍應用。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程度提出了很高的要求。由于普通保偏光纖的雙折射效應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張產生應カ而形成的應カ雙折射，因摻雜濃度成分不一致在耦合拼接時容易造成對準誤差，且本身受環境影響較大，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，從而限制了它的應用。光子晶體光纖(PCF，Photonic Crystal Fiber)因其微結構設計靈活， 易于達到偏振控制對光纖消偏器結構參數的要求。由于PCF的雙折射主要來源于光纖的幾何結構非対稱，可使用同一種材料，僅通過改變結構參數破壞對稱性形成高雙折射效應，這是傳統保偏光纖所不及的。光子晶體光纖又被稱為微結構光纖(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棒，這些介質棒的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個長度，以周期性規則排列中缺少單一介質棒的形式的缺陷區域充當波導光纖纖芯，缺陷的類型有空氣缺陷和電介質缺陷。纖芯中引導光的一種機理是光以類似于傳統光纖中全內反射(I1R，Total Internal Reflection)形式傳播的折射率引導型(Index Guiding)，另ー機理是通過對微結構尺寸和周期排布的合適設計產生光子帶隙(PBG，Photonic Band Gap)效應，使對應于缺陷態(局域態)的特定頻率的光被限制在纖芯內傳播。PCF具有獨特的模式特性、損耗特性、耦合特性以及色散關系等光學特性，引起了國內外科研単位的廣泛關注。
發明內容
本發明針對現有技術中普通保偏光纖的缺點，提供一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，能夠優化去偏光學系統的偏振控制，減小偏振誤差以滿足高精度要求。本發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現，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格ニ維周期性微結構，所述的周期性微結構呈正方形，由背景介質和周期性分布排列在背景介質中的圓形介質棒或介質管組成。光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2,依入射光前進方向，光從前段入射進入光子晶體光纖去偏器，從后段出射，前后兩段的光學雙折射主軸夾角為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所述的背景介質為是玻璃、塑料、聚合物或硅；介質棒或介質管為是折射率比背景介質低的玻璃、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棒或大介質管缺陷結構，而其它介質棒或介質管前后一致，使得前后兩段光纖的光學雙折射主軸發生45度偏轉。所述的光子晶體光纖，若引入多個前后段部分，可實現ー根光纖中包含多個正方晶格光子晶體光纖去偏器。本發明的有益效果在干
1)本發明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，通過橫截面ニ維纖芯結構及纖芯內圈部分設計45度旋光結構，合理設置光纖前后段部分的長度，可在單根光纖中實現光波消偏，從而不依賴于另外的高分辨カ角度偏轉裝置并減省了光纖熔接過程。2)本發明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，由于在單根光纖中實現光波消偏，克服了熔融應カ區的產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雜情況，因而避免了波導結構的破壞從而提高光纖去偏器的穩定性和消光比性能，提高了測量精度。3)本發明的Lyot型光子晶體光纖去偏器，基于光子晶體光纖本身的優點，這種去偏器具有抗干擾能力強、可在惡劣環境下工作等特點。
圖1是正方晶格光子晶體光纖橫截面微結構示意圖2為本發明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平面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明加以說明。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。本發明著重在保偏光子晶體光纖前后兩段通過微結構設計實現光學雙折射主軸偏轉45度，將前段部分設為短的一段L1，將后段部分設為長的一段“，
本發明以常用的堆積法說明實現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，斜線區域表示光纖涂覆層。在纖芯左右水平方向引入區別于包層空氣孔的兩個對稱的大空氣孔，從而破壞偏轉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中(折射率為1.45，灰色區域)， Λ為晶格常數，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圈兩個対稱的大孔引入在對角線位置，即實現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置外，其余光子晶體空氣孔微結構完全一致，因而在光子晶體光纖的特定位置引入不同的缺陷結構，即可實現用同一根光纖制作出偏振控制器。在堆積預制棒的階段，首先設計好光纖長度(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玻璃管d，在X=0，Y=O位置缺失ー根玻璃管成為導光纖芯。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,其后仍接續普通細玻璃管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，雙折射快軸方向為左右兩個粗玻璃管中心連線方向(此時沿水平X 方向)。在上下兩個纖芯對角晶格位置(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玻璃管山其后為后段部分接續粗玻璃管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
為左右兩個粗玻璃管中心連線方向(此時沿對角線方向)，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)缺陷結構，并控制其位置與長度，而其他細玻璃管(包層空氣孔)都一致，使得前后兩段光纖的雙折射主軸發生45度偏轉，即可實現用ー根光纖實現光子晶體光纖去偏器，其整體^平面如圖6所示。按照上述方法進行正方晶格光子晶體光纖去偏器的預制棒堆積，然后進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。按照上述預制棒的堆積方法，若引入多個前后段部分，即前后段各2處的缺陷結構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，則可實現拉絲后的光纖中包含多個正方晶格光子晶體光纖去偏器結構。
權利要求
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現，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格ニ維周期性微結構，所述的周期性微結構呈正方形，由背景介質和周期性分布排列在背景介質中的圓形介質棒或介質管組成，光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2,依入射光前進方向，光從前段入射進入光子晶體光纖去偏器；從后段出射，前后兩段的光學雙折射主軸夾角為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,；所述的背景介質為是玻璃、塑料、聚合物或硅；介質棒或介質管為是折射率比背景介質低的玻璃、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棒或大介質管缺陷結構，而其它介質棒或介質管前后一致，使得前后兩段光纖的光學雙折射主軸發生45度偏轉；所述的光子晶體光纖，若引入多個前后段部分，可實現ー根光纖中包含多個正方晶格光子晶體光纖去偏器。
全文摘要
本發明公布了一種基于光子晶體光纖的新型高精度Lyot去偏器，現有的技術中受環境影響較大，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現，光子晶體光纖的橫截面具有正方晶格二維周期性微結構，所述的周期性微結構呈正方形，由背景介質和周期性分布排列在背景介質中的圓形介質棒或介質管組成。光子晶體光纖長度為L，分為前后兩段，長度分別為L1和L2，依入射光前進方向，光從前段入射進入光子晶體光纖去偏器，從后段出射，前后兩段的光學雙折射主軸夾角為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。本發明測量精度高、抗干擾能力強。
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 優先權日2012年3月21日
發明者劉承, 舒曉武, 陳侃, 黃騰超 申請人:浙江大學