一種鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器的制造方法
【專利摘要】一種鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器，包括纖芯和包層，包層折射率低于纖芯；光纖的背景材料是鉛硅酸鹽，其橫截面為正六邊形排列的空氣孔點陣，纖芯由去掉四個圓形空氣孔形成，中間由一個直徑為d1的中心圓形空氣孔隔離開，在最內層加入橢圓空氣孔來破壞原有結構的對稱性，將包層的四個圓形空氣孔換成四個橢圓空氣孔,橢圓孔的橢圓度η=m/n,m為橢圓孔的短軸長度，n為橢圓孔的長軸長度；包層圓形空氣孔的直徑長度為d2，Λ為孔間距。本發明的優點是：該分束器引入新型材料—鉛硅酸鹽玻璃，偏振分束器的長度短，比普通光子晶體光纖分束器消光比高出近30dB，性能更加優良且易于制作，適用于制作偏振分束器。
【專利說明】一種鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光纖通信技術，特別是一種鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束 器。
【背景技術】
[0002] 光子晶體光纖又被稱為微結構光纖，它是一種帶有缺陷的二維光波導，其橫 截面上具有周期性排列的微結構空氣孔，通過微小空氣孔對光的約束，實現光的傳 導。消光比是光子晶體光纖偏振分束器的重要參數，用于描述偏振光的分離程度；假設 A和表不光纖X偏振光和y偏振光的輸出功率，其消光比?定義為? = ，消光比 越高，偏振分束器性能越好；基于傳統單模光纖的偏振分束器長度較長，消光比較低，光子 晶體光纖作為一種新型的光纖，從誕生以來，就以其獨特的性能、靈活的結構設計引起人們 的高度重視；其無盡單模、大模場面積和高非線性等性質被廣泛應用于光纖傳感和光纖通 信領域。
[0003] 目前已報道的雙芯光子晶體光纖分束器主要分為以下幾類：1)雙折射偏振分束 器；2)熔融光纖偏振分束器；3)磨拋型光纖分束器；最早報道設計并制作出光子晶體光纖 偏振分束器的文獻是2004年Optics Express第12卷11期2371-2376頁發表的"光子晶 體光纖偏振分束器"，參見：Zhang L·，Yang C·，Photonic crystal fibers with squeezed hexagonal lattice[J]· Optics express, 2004，12(11): 2371-2376，文中報道了光子 晶體光纖偏振分束器。2012年，崔丹寧設計了一種雙芯光子晶體光纖偏振分束器，通過設計 孔間距和空氣孔的參數，能夠有效地優化光纖偏振分束器性能。2014年，馮睿娟提出一種基 于橢圓雙芯光子晶體光纖偏振分束器，通過優化光纖的結構參數，光纖長度達到0. 775_， 消光比達到43. 2dB。
[0004] 當前，基于新材料光子晶體光纖的偏振分束器引起了極大的興趣，設計出同時具 有長度短以及消光比高的光子晶體光纖偏振分束器成為研究焦點，其能夠應用于光纖傳感 和光纖通信領域。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是解決目前已有的光子晶體光纖偏振分束器光纖長度較長同時消 光比較小問題，提供一種結構相對簡單并且易于制作的鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏 振分束器，該光子晶體光纖偏振分束器采用的背景材料是鉛硅酸鹽，包層為六邊形排列的 空氣孔，并且引入了纖芯微結構；它比現有的光子晶體光纖偏振分束器具有更短的光纖長 度，以及較高的消光比，因而可以用于制作偏振分束器和其他光纖通信器件。
[0006] 本發明的技術方案： 一種鉛娃酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器，包括纖芯和包層，包層折射率低于 纖芯，該光子晶體光纖偏振分束器具有包層為正六邊形排列的空氣孔點陣結構，纖芯是由 去掉四個包層空氣孔形成，中間由一個直徑為di的中心圓形空氣孔隔離開，中心圓形空氣 孔的直徑為〇.7μπι，在最內層加入橢圓空氣孔來破壞原有結構的對稱性，將包層的四個圓 形空氣孔換成四個橢圓空氣孔，橢圓空氣孔的長軸直徑為1. 6 μ m、短軸直徑為0. 8 μ m，橢 圓空氣孔的橢圓度的計算公式為n=m/n,式中：m-橢圓孔的短軸長度為0.8 μ m，n-橢圓孔 的長軸長度為1.6μπι;包層材料為鉛硅酸鹽，包層均布圓形空氣孔，包層圓形空氣孔的直 徑d 2為1. 1 μ m，孔間距Λ為1. 4 μ m。
[0007] -種所述鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器的制備方法，步驟如下： 1) 鉛硅酸鹽玻璃和EG-4玻璃的選取：鉛硅酸鹽玻璃的軟化溫度為630°C，且耐腐蝕， EG-4玻璃容易被酸腐蝕，軟化溫度為699°C ; 2) 用實心鉛硅酸鹽玻璃棒堆積成一個正六邊形預制棒，然后用EG-4玻璃毛細管替換 其所設計偏振分束器空氣孔的位置； 3) 將堆積成的預制棒的一端熔融并固定，并在外面套一層鉛硅酸鹽玻璃制成的外套 管，把預制棒放到拉絲塔上拉絲，拉絲溫度650°C，使其中低軟化溫度的鉛硅酸鹽玻璃材料 開始熔融，EG-4玻璃軟化溫度比較高，保持固態，這樣就形成以鉛硅酸鹽玻璃為基底，上面 布滿EG-4玻璃孔的預制棒； 4) 用2. 5wt%硝酸進行腐蝕，將整個預制棒置于硝酸中，EG-4玻璃被硝酸腐蝕，但鉛硅 酸鹽玻璃耐腐蝕沒有任何變化，經過腐蝕后，EG-4玻璃完全被腐蝕掉，對預制棒進行清洗， 干燥； 5) 將干燥后預制棒進行涂膠，然后用紫外線進行照射，使涂膠均勻凝固在表面，即可制 得鉛硅酸鹽玻璃偏振分束器。
[0008] 本發明的優點和有益效果是： 本發明提出了一種結構相對簡單并且易于制作的鉛硅酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏 振分束器，通過引入纖芯微結構，在兩個纖芯的周圍各設置了兩個橢圓空氣孔；該結構的光 子晶體光纖偏振分束器長度短，在波長1550nm處，X偏振方向f禹合長度為174. 23 μ m，y偏 振方向為137. 52 μ m ;消光比比普通的光子晶體光纖偏振分束器高出30dB，達到54. 6dB ;性 能更加優良且易于制備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為該光子晶體光纖偏振分束器的橫截面結構示意圖。
[0010] 圖中：1.橢圓空氣孔 2.中心圓形空氣孔 3.包層圓形空氣孔 4.包層 5.纖芯 圖2為計算得到的該光子晶體光纖分束器兩個偏振方向上的耦合長度隨傳輸波長的 變化關系圖。
[0011] 圖3為計算得到的波長為1550nm時該光子晶體光纖分束器兩個偏振方向上歸一 化功率隨光纖長度變化關系圖。
[0012] 圖4為計算得到的分束器長度為694 μ m時該光子晶體光纖分束器消光比隨傳輸 波長的變化關系圖。
【具體實施方式】
[0013] 實施例： 一種鉛娃酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器，如圖1所不，包括纖芯5和包層4， 包層4折射率低于纖芯5,該光子晶體光纖偏振分束器具有包層為正六邊形排列的空氣孔 點陣結構，纖芯5是由去掉四個包層空氣孔形成，中間由一個直徑為屯的中心圓形空氣孔 2隔離開，中心圓形空氣孔2的直徑為0. 7 μ m，在最內層加入橢圓空氣孔1來破壞原有結構 的對稱性，將包層的四個圓形空氣孔換成四個橢圓空氣孔1，橢圓空氣孔1的長軸直徑為 1.6 μ m、短軸直徑為0.8 μ m，橢圓空氣孔1的橢圓度的計算公式為n=m/n,式中：m-橢圓 孔的短軸長度為0. 8 μ m，η-橢圓孔的長軸長度為1. 6 μ m ;包層材料為鉛硅酸鹽，包層均布 圓形空氣孔，包層圓形空氣孔3的直徑d2為1. 1 μ m，孔間距Λ為1.4 μ m。
[0014] 圖2為計算得到的該光子晶體光纖分束器耦合長度隨波長的變化關系圖，圖中表 明：該光子晶體光纖的f禹合長度很小，在1550nm處，X偏振方向f禹合長度為174. 23 μ m，y偏 振方向為137. 52 μ m。
[0015] 圖3為計算得到的該光子晶體光纖分束器兩個偏振方向上歸一化功率隨光纖長 度變化關系圖，圖中表明：在傳輸波長為1550nm時，兩偏振方向的光在長度694 μ m處分離。
[0016] 圖4為該光子晶體光纖分束器消光比隨傳輸波長的變化關系圖，圖中表明：該光 子晶體光纖偏振分束器具有很高的消光比，在偏振分束器長度為694μπι時，其消光比可以 達到 54. 6dB。
【權利要求】
1. 一種鉛娃酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器，其特征在于：包括纖芯和包層， 包層折射率低于纖芯，該光子晶體光纖偏振分束器具有包層為正六邊形排列的空氣孔點陣 結構，纖芯是由去掉四個包層空氣孔形成，中間由一個直徑為di的中心圓形空氣孔隔離開， 中心圓形空氣孔的直徑為0. 7 μ m，在最內層加入橢圓空氣孔來破壞原有結構的對稱性，將 包層的四個圓形空氣孔換成四個橢圓空氣孔，橢圓空氣孔的長軸直徑為1.6 μ m、短軸直 徑為0. 8μηι，橢圓空氣孔的橢圓度的計算公式為n=m/n,式中：m-橢圓孔的短軸長度為 0. 8 μ m, η-橢圓孔的長軸長度為1. 6 μ m ;包層材料為鉛娃酸鹽，包層均布圓形空氣孔，包層 圓形空氣孔的直徑d2為1. 1 μ m，孔間距Λ為1. 4 μ m。
2. -種如權利要求1所述鉛娃酸鹽玻璃雙芯光子晶體光纖偏振分束器的制備方法，其 特征在于步驟如下： 1) 鉛硅酸鹽玻璃和EG-4玻璃的選取：鉛硅酸鹽玻璃的軟化溫度為630°C，且耐腐蝕， EG-4玻璃容易被酸腐蝕，軟化溫度為699°C ; 2) 用實心鉛硅酸鹽玻璃棒堆積成一個正六邊形預制棒，然后用EG-4玻璃毛細管替換 其所設計偏振分束器空氣孔的位置； 3) 將堆積成的預制棒的一端熔融并固定，并在外面套一層鉛硅酸鹽玻璃制成的外套 管，把預制棒放到拉絲塔上拉絲，拉絲溫度650°C，使其中低軟化溫度的鉛硅酸鹽玻璃材料 開始熔融，EG-4玻璃軟化溫度比較高，保持固態，這樣就形成以鉛硅酸鹽玻璃為基底，上面 布滿EG-4玻璃孔的預制棒； 4) 用2. 5wt%硝酸進行腐蝕，將整個預制棒置于硝酸中，EG-4玻璃被硝酸腐蝕，但鉛硅 酸鹽玻璃耐腐蝕沒有任何變化，經過腐蝕后，EG-4玻璃完全被腐蝕掉，對預制棒進行清洗， 干燥； 5) 將干燥后預制棒進行涂膠，然后用紫外線進行照射，使涂膠均勻凝固在表面，即可制 得鉛硅酸鹽玻璃偏振分束器。
【文檔編號】G02B6/02GK104101944SQ201410329145
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】白育堃, 孫宇偉 申請人:天津理工大學