[发明专利]一种光子晶体光纤偏振分束器件

说明书

技术领域

本发明涉及光子集成、光学系统等领域，具体涉及一种光子晶体光纤偏振分束器件。

背景技术

偏振分束器是光子集成芯片中一种重要的功能器件，它对于光学系统中陀螺仪等其它需要偏振控制的器件也是不可或缺的。近十几年来，光子晶体光纤（PCF）由于结构设计的灵活性和独特的光学性质，已引起了国内外学者广泛关注。基于光子晶体光纤的偏振分束结构也已被广泛的提出。他们大多数是利用双芯或多芯光子晶体光纤能产生较大的双折射来实现偏振分束的。目前光子晶体光纤偏振分束器的设计主要是基于以下几种机制：一种方法是在双芯光子晶体光纤中破坏光纤结构的对称性，使得纤芯中产生较高的双折射，使得其中一个偏振方向与另一个偏振方向耦合长度的比值满足m:n，（m，n均是正整数且奇偶性不同），通过合适的选取光纤参数即能实现两个偏振光分离[Opt. Express, 2003, 11(24): 3188]。另外，利用双芯或多芯光纤的谐振现象，使其中一个偏振方向折射率相位匹配而产生谐振，另一个偏振方向相位不匹配或部分匹配从而不产生谐振，以达到偏振模式分离的目的[J. Lightwave Technol., 2005, 23(11), 3558]。此外，采用部分匹配耦合理论可以实现一种宽带的、高消光比偏振分束器[Appl. Opt. 2010, 49(17), 3042]。基于以上几种方法能够实现或宽带、或高消光比等一些特性的偏振分束器件，但这类分束器一般光纤输出端的模式场变形的比较严重（这是由于需要实现高双折射导致的），因而与常规光纤连接时存在着很大的插入损耗。

通过向光子晶体光纤纤芯或包层等空气孔中填充液晶[Opt. Lett., 2008, 33, 986]、半导体[Opt. Express., 2008, 16, 17227]或金属[[Phys. Rev. B., 2008, 77, 033417], [Opt. Express., 2011, 19, 3799]]等来改变光纤的偏振特性已被越来越受到关注。特别是，当填充金属时，由于金属自身的一些特性会给光子晶体光纤带来很强的偏振特性。与此同时，金属填充技术的快速发展也给实现这类偏振特性器件提供了良好的硬件基础[Opt. Express., 2011, 19, 12180]。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提一种光子晶体光纤偏振分束器，该分束器增大了不同偏振态下两纤芯的耦合长度差异，实现了宽带偏振分束的目的。

本发明的技术方案是：一种光子晶体光纤偏振分束器，包括包层和纤芯，所述包层由基质材料和排布在正三角形结构网格结点上的空气孔所组成，所述纤芯包括第一纤芯和第二纤芯；金属介质柱位于分束器中心，所述第一纤芯、第二纤芯均由正三角形网格中缺失一个空气孔所组成，且位于金属介质柱两侧，所述第一纤芯的中心、第二纤芯的中心与金属介质柱的中心在一直线上，所述第一纤芯的中心、第二纤芯的中心与金属介质柱的中心的距离相同，均为L=                                                Λ，其中Λ为孔周期，也即正三角形结构网格任意两个相邻最近结点之间距离。

所述金属介质柱所激发的表面模的有效折射率与第一纤芯或第二纤芯的基模有效折射率之差的绝对值范围为0.001~0.01。

所述金属介质柱由金属银组成。金属介质柱的引入，会增加传输模式的损耗，采用在近红外波段传输损耗较小的金属银可有效地减小器件的损耗。

本发明的有益效果是：通过引入金属介质柱，增大了不同偏振态下两纤芯的耦合长度差异，实现了宽带偏振分束的目的。同时，保持了纤芯模式的基本形状，有利于减小偏振分束器与光纤的连接损耗。

附图说明

图1为本发明的实施例的横截面示意图；

图2为对比实施例的横截面示意图；

图3为两偏振模的耦合长度曲线；

图4为图1所示实施例的纤芯（4）与金属表面模的模式有效折射率曲线；

图5为不存在金属介质柱时两纤芯的耦合长度曲线；

图6为传输过程中的模场分布图；

图7为两纤芯中的能量及传输距离的曲线；

图8为偏振分束器的消光比与波长的关系曲线；