專(zhuān)利名稱(chēng)：光子晶體光纖波片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖波片，尤其是涉及一種基于高雙折射光子晶體光纖(HB-PCF)，具有多種偏振態(tài)變換功能的全光纖寬帶、溫度穩(wěn)定波片。
背景技術(shù)：
波片是指能使偏振方向延波片光軸的兩正交線(xiàn)偏振光經(jīng)波片傳輸后產(chǎn)生光程差(或相位差)的光學(xué)器件。光學(xué)系統(tǒng)中常用的波片有四分之一波片(λ/4，對(duì)應(yīng)π/2相位差)和二分之一波片(λ/2，對(duì)應(yīng)π相位差)兩種。傳統(tǒng)用來(lái)制作波片的材料通常有石英、方解石或云母等雙折射晶片等。為使波片準(zhǔn)確產(chǎn)生需要的相位差，制作時(shí)要求波片厚度十分精確(參見(jiàn)文獻(xiàn)姚啟鈞．光學(xué)教程．北京高等教育出版社)，同時(shí)，由于光學(xué)材料的折射率與光波長(zhǎng)和溫度有關(guān)，這種波片的工作波長(zhǎng)范圍比較窄(λ/300條件帶寬小于30nm)，溫度穩(wěn)定性差。另外，塊狀或片狀波片在光纖系統(tǒng)中使用時(shí)，又存在與光纖和其它光纖器件連接和匹配困難等問(wèn)題。
為制作能在光纖通信和光纖傳感測(cè)量系統(tǒng)中方便使用的光纖波片，可以考慮采用常規(guī)應(yīng)力型雙折射光纖制作光纖λ/4波片和λ/2波片。但應(yīng)力型光纖的雙折射溫度穩(wěn)定性差，這種光纖波片引入的位相差受溫度影響大，在實(shí)際應(yīng)用中使用效果差。光子晶體光纖是近年提出的一種新型光纖，它在光纖橫截面上以一定規(guī)律排列延光纖軸向均勻的空氣孔，基于等效折射率差和光子禁帶原理約束和導(dǎo)引光波(參見(jiàn)文獻(xiàn)J.C.Knight，etal，All-silicasingle-mode optical fiber with photonic crystal cladding，OPTICS LETTERS，1996，21(19)1547)。若在光子晶體光纖芯子兩側(cè)引入與其它空氣孔尺寸或形狀不同的兩個(gè)(或多個(gè))空氣孔，如圖1所示，則可以在光子晶體光纖中引入雙折射(參見(jiàn)文獻(xiàn)J.C.Knight，etal，Highly birefringent photonic crystal fibers，OPTICS LETTERS，2000，25(18)1325)。由于這種雙折射是由于波導(dǎo)的幾何效應(yīng)產(chǎn)生，因此其對(duì)溫度的依賴(lài)性很小。另外，通過(guò)合理選擇和設(shè)計(jì)光子晶體光纖兩側(cè)空氣孔尺寸的大小，可以同時(shí)得到工作波長(zhǎng)較寬(λ/300條件帶寬一般大于40nm)的光纖波片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有的光學(xué)波片存在溫度穩(wěn)定性差、與其它光纖器件匹配困難和不能在線(xiàn)使用等不足之處，提供一種工作頻帶寬，能在線(xiàn)應(yīng)用，具有多種偏振態(tài)轉(zhuǎn)換功能的寬帶光子晶體光纖波片。
本發(fā)明設(shè)有一段長(zhǎng)度根據(jù)λ/4或λ/2波片要求的高雙折射光子晶體光纖(HB-PCF)，以及連接高雙折射光子晶體光纖的引入光纖和引出光纖，所述的高雙折射光子晶體光纖為雙折射大于10-5的光子晶體光纖。
為使高雙折射光子晶體光纖兩端與引入光纖和引出光纖良好并可靠連接，可以將該段高雙折射光子晶體光纖兩端加工平整后放入與高雙折射光子晶體光纖外徑匹配的套管，并將套管的引入光纖和引出光纖的端面切平后與高雙折射光子晶體光纖連接。為使經(jīng)過(guò)引入光纖和引出光纖的光的偏振態(tài)沒(méi)有變化，引入光纖和引出光纖需選擇基本無(wú)線(xiàn)雙折射的圓光纖。
本發(fā)明所用的高雙折射光子晶體光纖可以是纖芯兩側(cè)空氣孔直徑比周?chē)鶆蚩諝饪椎闹睆酱蠡蛐』蛳嗟鹊墓饫w，或是通過(guò)其他方式如改變空氣孔形狀和排列方式制作的高雙折射光子晶體光纖。例如所用的高雙折射光子晶體光纖采用纖芯兩側(cè)圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驁A形空氣孔的直徑大或小的光纖，或者采用纖芯兩側(cè)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蚍叫慰諝饪椎闹睆酱蠡蛐〉墓饫w。或是通過(guò)其他方式如改變空氣孔形狀和排列方式制作的高雙折射光子晶體光纖，例如采用纖芯兩側(cè)橢圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驒E圓形空氣孔的直徑相等的光纖或者采用纖芯兩側(cè)長(zhǎng)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蜷L(zhǎng)方形空氣孔的直徑相等的光纖。或者采用其它排列方式所得到高雙析射光子晶體光纖。
套管可選為陶瓷套管、玻璃套管或金屬套管等。
根據(jù)數(shù)值分析，采用如圖1所示中心兩側(cè)大空氣孔的高雙折射光子晶體光纖可以獲得工作波長(zhǎng)范圍較寬的光纖波片。
光纖波片的作用是將入射光的偏振態(tài)進(jìn)行變換。例如，λ/4波片可以將入射的線(xiàn)偏振光變?yōu)閳A偏振光，或反之將圓偏振光變?yōu)榫€(xiàn)偏振光。利用本發(fā)明采用高雙折射光子晶體光纖的光纖λ/4波片，即可以實(shí)現(xiàn)溫度特性穩(wěn)定、使用波長(zhǎng)范圍寬、全光纖的線(xiàn)到圓或圓到線(xiàn)偏振態(tài)變化。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的高雙折射光子晶體光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，光子晶體光纖1的中心兩側(cè)的空氣孔11比周?chē)目諝饪?2大。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的λ/4波片相位差與90°的偏離值與工作波長(zhǎng)的關(guān)系。在圖3中，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(Wavelength)/μm，縱坐標(biāo)為相位與90°的相差(Phase diff.deviation from90)，高雙折射光子晶體光纖的參數(shù)為均勻小空氣孔的直徑d＝2.0μm，中心兩側(cè)大空氣孔的直徑為ds，空氣孔圓心之間距離Λ＝4.4μm，大、小空氣孔直徑比值ds/d＝1.6～2.75。從上至下3條曲線(xiàn)依次為ds/d＝1.6，ds/d＝2.6，ds/d＝2.75。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1和2，本發(fā)明設(shè)有一段高雙折射光子晶體光纖1和套管2，套管2的長(zhǎng)度比高雙折射光子晶體光纖1長(zhǎng)1～2cm，套管2的內(nèi)徑與高雙折射光子晶體光纖1的外徑匹配，高雙折射光子晶體光纖1固定于套管2的中央，高雙折射光子晶體光纖1與套管2之間上膠固化。高雙折射光子晶體光纖1的兩個(gè)端面平整。套管2采用玻璃或陶瓷材料，引入光纖3和引出光纖4外徑與套管2內(nèi)徑匹配，分別插入套管2兩端，如圖2所示。為使高雙折射光子晶體光纖1兩端與引入光纖3和引出光纖4良好并可靠連接，可以將高雙折射光子晶體光纖1兩端加工平整后放入與其外徑匹配的套管2，并將引入光纖和引出光纖的端面切平后與高雙折射光子晶體光纖1連接。引入光纖3和引出光纖4端面平整，與高雙折射光產(chǎn)品體光纖1良好連接。
為使經(jīng)過(guò)引入光纖和引出光纖的光的偏振態(tài)沒(méi)有變化，引入光纖和引出光纖需選擇基本無(wú)雙折射的圓光纖。根據(jù)數(shù)值分析，采用如圖1所示中心兩側(cè)大空氣孔的高雙折射光子晶體光纖1可以獲得工作波長(zhǎng)范圍寬的光纖波片。
光纖設(shè)計(jì)實(shí)例及計(jì)算結(jié)果如圖3所示，其中，當(dāng)圓形大空氣孔直徑與其它均勻小空氣孔直徑比為2.75時(shí)，滿(mǎn)足λ/300相差要求的高雙折射光子晶體光纖1波長(zhǎng)范圍為42nm。
對(duì)于用上述方法制成的四分之一光子晶體光纖波片，從該光子晶體光纖波片的任意一端沿光纖主軸夾角45°方向注入的線(xiàn)偏振光，則從另一端出射圓偏振光。從該光子晶體光纖波片的任意一端入射圓偏振光，則從另一端出射線(xiàn)偏振光。
本發(fā)明所用的高雙折射光子晶體光纖可以是纖芯兩側(cè)空氣孔直徑比周?chē)鶆蚩諝饪椎闹睆酱蠡蛐』蛳嗟鹊墓饫w，或是通過(guò)其他方式如改變空氣孔形狀和排列方式制作的高雙折射光子晶體光纖。例如所用的高雙折射光子晶體光纖可以是纖芯兩側(cè)圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驁A形空氣孔的直徑大(見(jiàn)圖1～3以及相應(yīng)的實(shí)施例)或小的光纖，或者采用纖芯兩側(cè)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蚍叫慰諝饪椎闹睆酱蠡蛐〉墓饫w?；蚴峭ㄟ^(guò)其他方式如改變空氣孔形狀和排列方式制作的高雙折射光子晶體光纖，例如采用纖芯兩側(cè)橢圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驒E圓形空氣孔的直徑相等的光纖或者采用纖芯兩側(cè)長(zhǎng)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蜷L(zhǎng)方形空氣孔的直徑相等的光纖?；蛘卟捎闷渌帕蟹绞剿玫礁唠p析射光子晶體光纖。
權(quán)利要求
1.光子晶體光纖波片，其特征在于設(shè)有一段長(zhǎng)度根據(jù)λ/4或λ/2波片要求的高雙折射光子晶體光纖，以及連接高雙折射光子晶體光纖的引入光纖和引出光纖，所述的高雙折射光子晶體光纖為雙折射大于10-5的光子晶體光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述的高雙折射光子晶體光纖的纖芯兩側(cè)空氣孔直徑比周?chē)鶆蚩諝饪椎闹睆酱蠡蛐　?br> 3.如權(quán)利要求1或2所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述的高雙折射光子晶體光纖的兩端為平整端面。
4.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于引入光纖和引出光纖為圓光纖。
5.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述的高雙折射光子晶體光纖放入與高雙折射光子晶體光纖外徑匹配的套管。
6.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述的套管的引入光纖和引出光纖的端面切平后與高雙折射光子晶體光纖連接。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光子晶體光纖波片，其特征在于套管為陶瓷套管、玻璃套管或金屬套管。
8.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述的高雙折射光子晶體光纖為纖芯兩側(cè)圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驁A形空氣孔的直徑大或小的光纖，或者為纖芯兩側(cè)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蚍叫慰諝饪椎闹睆酱蠡蛐〉墓饫w。
9.如權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖波片，其特征在于所述高雙折射光子晶體光纖為纖芯兩側(cè)橢圓形空氣孔直徑比周?chē)鶆驒E圓形空氣孔的直徑相等的光纖，或者為纖芯兩側(cè)長(zhǎng)方形空氣孔直徑比周?chē)鶆蜷L(zhǎng)方形空氣孔的直徑相等的光纖。
全文摘要
光子晶體光纖波片，涉及一種光纖波片，尤其是涉及一種基于高雙折射光子晶體光纖，具有多種偏振態(tài)變換功能的全光纖寬帶、溫度穩(wěn)定波片。提供一種工作頻帶寬，能在線(xiàn)應(yīng)用，具有多種偏振態(tài)轉(zhuǎn)換功能的寬帶光子晶體光纖波片。設(shè)有一段長(zhǎng)度根據(jù)λ/4或λ/2波片要求的高雙折射光子晶體光纖，以及連接高雙折射光子晶體光纖的引入光纖和引出光纖，高雙折射光子晶體光纖為雙折射大于10
文檔編號(hào)G02B6/38GK1975476SQ20061013534
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者董小鵬, 謝作生, 王小真 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)