[发明专利]线缺陷排列空气孔和金线引入的单模单偏振光子晶体光纤

说明书

本发明提供了一种线缺陷排列空气孔和金线引入的单模单偏振光子晶体光纤，整个光子晶体光纤包括两根分布于Y轴的金线，用于加大Y偏振方向偏振光的限制损耗以达到偏振滤波的作用。通过在光子晶体光纤中Y轴引入线缺陷排列的空气孔，使得光纤内沿X偏振方向和Y偏振方向传播的线偏振光之间的有效折射率之差变大，其限制损耗差也加大；通过在内层于Y轴方向引入金线，加大了Y偏振方向和X偏振方向的限制损耗之差，实现了对X偏振方向和Y偏振方向线偏振光的完全分束。本发明的有益效果是：能够较为容易的激发等离子体共振，且金的化学性质稳定，易于加工；通过在外层排列六角形空气孔阵列，使得基模式光被限制在纤芯区域，有利于光的传输。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种线缺陷排列空气孔和金线引入的单模单偏振光子晶体光纤。

背景技术

表面等离子体共振(SPR)是由p偏振光或横向磁波在金属-介质界面激发电子密度振荡的一种光学现象。与传统棱镜结构等基于棱镜的SPR传感器相比，基于光纤或光子晶体光纤(PCF)的SPR传感器具有体积小、集成度高、成本低等优点，在实时、遥感和分布式测量领域显示出巨大的潜力。

光子晶体光纤是一种设计开放性的光纤，可以通过设计它内部的微结构和材料组成来灵活控制光纤中传输的光波模式、光场分布以及光场面积。光子晶体光纤的柔性设计提供了独特的光学特性，空气孔的存在为插入功能材料提供了可能，可以调节其有效折射率。近年来，基于PCF的SPR单模单偏振滤波器得到了广泛的研究与应用。单模单偏振光子晶体光纤已经应用于波长调谐，高能激光器，偏振显像系统和其他应用。

然而，在实际应用中，由于不同偏振方向线偏振光的双折射难以提高，其限制损耗之差提升有限难以实现不同偏振方向偏振光的完全分束。设计一种线缺陷排列空气孔和金线引入成为提高限制损耗之差的最有效方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种线缺陷排列空气孔和金线引入的单模单偏振光子晶体光纤，通过在光子晶体光纤中Y轴引入线缺陷排列的空气孔，使得光纤内沿X偏振方向和Y偏振方向传播的线偏振光之间的有效折射率之差变大，其限制损耗差也加大；通过在内层的Y轴方向引入金线，进一步加大Y偏振方向和X偏振方向的限制损耗之差，实现了在工作波段对X偏振方向和Y偏振方向线偏振光的完全分束和滤波。该单模单偏振光子晶体光纤包括光子晶体光纤和金线，在光子晶体光纤中设置线缺陷排列的空气孔，空气孔和金线均沿光子晶体光纤截面的Y轴方向设置，且关于截面圆心对称分布，所述空气孔包括外层空气孔和内层空气孔；

所述内层空气孔、外层空气孔和金线均轴向贯穿光子晶体光纤，金线位于外层空气孔和内层空气孔内侧，内层空气孔位于金线外侧和外层空气孔内侧。该单模单偏振光子晶体光纤可实现对X偏振方向线偏振光和Y偏振方向线偏振光的完全分离。

进一步地，所述内层空气孔的孔径大于所述外层空气孔的孔径。

进一步地，所述光子晶体光纤为D型光子晶体光纤，和/或，该光子晶体光纤的直径为20μm。

进一步地，相邻外层空气孔间的最小距离为1.5μm。

进一步地，多个所述外层空气孔、多个所述内层空气孔和多个金线分别关于所述光子晶体光纤的中心轴面对称设置。

进一步地，所述外层空气孔的数量为76，和/或，所述外层空气孔的孔径为1μm。

进一步地，所述内层空气孔的数量为2，和/或，所述内层空气孔的孔径为2.5μm。

进一步地，所述金线的数量为2，和/或，所述金线的直径为0.4μm。

进一步地，所述光子晶体光纤由二氧化硅材料制成。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：由于金具有很高的灵敏度，能够较为容易的激发等离子体共振，且金的化学性质稳定，易于加工；通过在外层排列六角形空气孔阵列，使得基模式光被限制在纤芯区域，有利于光的传输。