一种倾斜光纤光栅梳状起偏器制造技术

本发明专利技术提供一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，包括宽带光源、光环形器、倾斜光纤光栅起偏元件及两个光谱仪，其中，倾斜光纤光栅起偏元件由反射光耦合元件和包层表面涂覆有纳米材料的倾斜光纤光栅构成，反射光耦合元件包括多模光纤、细芯光纤或无芯光纤；利用TE和TM偏振光对纳米材料的强偏振依赖特性，倾斜光纤光栅起偏元件在谐振波长位置激发反向传输的窄带TE偏振泄漏模和前向传输的窄带TM偏振泄漏模，反向传输的TE偏振泄漏模经反射光耦合元件采集，从而产生高偏振消光比且传播方向相反的TE偏振光和TM偏振光。实施本发明专利技术，具有偏振消光比高、带宽窄、光谱响应范围宽，且结构简单，易于制作，与现有光学设备及光通信系统集成应用便捷等优点。

A comb polarizer with tilted fiber grating

【技术实现步骤摘要】
一种倾斜光纤光栅梳状起偏器
本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种倾斜光纤光栅梳状起偏器。
技术介绍
起偏器是用于产生单一偏振光的重要光学元件，在激光、通信、光谱分析、光学测量等诸多领域具有重要应用。传统的起偏器由双折射晶体棱镜构成，利用双折射晶体的折射率差产生单一偏振方向光或具有一定夹角的两个线偏振光(即TE偏振光和TM偏振光)。目前，具有最大折射率差值的双折射晶体为钒酸钇和金红石，可产生偏振方向互相垂直且传播方向互相平行的两个线偏振光束。但该器件体积较大、机械稳定性差、损耗大，且两束偏振光分离仅1mm左右。与传统棱镜起偏器相比，光纤起偏器具有许多优点，如体积小、插入损耗小、稳定性好以及与光通信系统兼容等。广泛报道的光纤起偏器由侧抛磨光纤和涂覆在其表面的纳米材料构成，其偏振原理基于纳米材料对不同偏振光的偏振相关吸收效应。目前，报道了许多类型的纳米材料用于制作光纤起偏器，如金属、液晶、石墨烯、碳纳米管已经聚合物材料等。其中，最广泛报道的方案是利用金属膜激发光纤表面等离子体共振来产生线偏振光，但只有在满足相位匹配条件的情况下才能激发表面等离子体共振，即不能在宽波段内激发表面等离子体共振，从而限制该器件的广泛应用。相比之下，石墨烯具有更优异的可调控特性。通过在侧抛磨光纤表面涂覆石墨烯，可在通信波段实现偏振消光比达27dB的线偏振起偏器(Q.Bao,etal,Nat.Photonics,5(7):411-415,2011)。然而，目前并没有较完善的工艺在光纤表面涂覆均匀且牢固的若干层石墨烯薄膜。另一方面，侧抛磨光纤破坏了光纤结构的完整性，从而降低了偏振器件的机械强度及稳定性。光纤光栅可以在不破坏光纤结构的情况下通过模式耦合效应调控光的传输，特别地，通过在光纤内写入具有一定倾角的光栅，即倾斜光纤光栅，可极大增强偏振相关模式耦合效应。当光栅倾角为45°时，即45°倾斜光纤光栅，可以将TE偏振光耦合至辐射模从而辐射至光纤外界环境中，相应的TM偏振光直接通过光栅区域并沿光纤传播，从而产生传播方向互相垂直的两束线偏振光，偏振消光比可达40dB(K.Zhou,etal,Opt.Lett.,30(11):1285-1287,2005)。但是，一方面，45°倾斜光纤光栅起偏器受到一些因素的限制，只有当光栅倾角为45°时才能实现线偏振模式耦合，从而产生高偏振消光比的线偏振光，且光谱带宽很宽，不能用于产生窄带线偏振光；另一方面，45°倾斜光纤光栅属于大倾角光纤光栅，制备45°倾斜光纤光栅需要高能量激光且制备工艺非常复杂，需要精确控制制备参数。相比于传统光纤，微结构光纤或光子晶体光纤具有独特的微结构和光学特性，被视为有望替代传统光纤的下一代新型光纤。微结构光纤是一种横截面为二维周期空气孔结构的光子晶体，基于带隙效应将光限制在实心或空心纤芯内传播。空气孔的引入使得微结构光纤具有丰富的光学调控特性，为填充其他纳米材料提供了天然稳定的微通道，在微通道内极大增强了光与物质的相互作用，可用于制作性能优异的光流控光纤偏振器件(W.Qian,etal,Opt.Lett.,36:3296-3298,2011)。然而，由于微结构光纤空气孔尺寸非常微小，在空气孔内选择性填充纳米材料需要非常精密的制备工艺，且目前没有完善的微结构光纤熔接工艺及设备，导致插入损耗大，从而限制了微结构光纤起偏器的实际应用。因此，亟需一种光纤起偏器，能够解决现有技术所存在的上述问题，具有偏振消光比高、带宽窄、光谱响应范围宽，且结构简单，易于制作，非常方便与现有光学设备及光通信系统集成应用等优点。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，能够解决现有技术所存在的问题，具有偏振消光比高、带宽窄、光谱响应范围宽，且结构简单，易于制作，非常方便与现有光学设备及光通信系统集成应用等优点。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，包括宽带光源、光环形器、倾斜光纤光栅起偏元件以及两个光谱仪；其中，通过第一单模光纤将所述宽带光源与所述光环形器连接在一起，还通过第二单模光纤依序将所述光环形器、所述倾斜光纤光栅起偏元件及一光谱仪连接在一起，以及通过第三单模光纤将所述光环形器及另一光谱仪连接在一起；所述宽带光源，用于产生非偏振光；所述光环形器，用于转发所述宽带光源产生的非偏振光至所述倾斜光纤光栅起偏元件，以及转发所述倾斜光纤光栅起偏元件反射过来的窄带TE偏振光至相应的光谱仪中；所述倾斜光纤光栅起偏元件包括依序连接的反射光耦合元件和倾斜光纤光栅；其中，所述倾斜光纤光栅起偏元件，用于将非偏振光经反射光耦合元件输出进入倾斜光纤光栅的纤芯内激发出同时包括TE偏振分量和TM偏振分量的纤芯导模后，倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TE偏振纤芯导模会与反向传播的TE偏振态泄漏模发生强耦合形成窄带TE偏振光，反射回反射光耦合元件并传输至光环形器及对应直连的光谱仪中，同时倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TM偏振纤芯导模仅能与反向传播TM偏振泄漏模发生弱耦合从而直接输出至倾斜光纤光栅相连的光谱仪中，从而产生高偏振消光比且传播方向相反的TE偏振光和TM偏振光；所述两个光谱仪，分别用于对所述窄带TM偏振光及所述窄带TE偏振光之中相应一个的分析。其中，所述倾斜光纤光栅的外表面包覆有一层纳米材料，且所述倾斜光纤光栅的光栅调制平面与光纤轴向的夹角小于45°，栅区长度大于10mm，光栅轴向周期大于100nm。其中，所述纳米材料为氧化铟锡、二氧化钛、二氧化锡、三氧化二铟、氧化锌、氧化铝和聚合物材料之中一种。其中，所述纳米材料通过磁控溅射法、溶胶凝胶法或层层自组装法中的一种方式均匀涂覆在所述倾斜光纤光栅的包层表面。其中，所述倾斜光纤光栅采用紫外曝光技术刻写在石英单模光纤的纤芯区域的方式制作而成，或通过飞秒激光直写技术刻写在石英单模光纤的纤芯区域的方式制作而成。其中，所述倾斜光纤光栅的谐振波长由相位匹配条件决定，所述相位匹配条件可表示为：其中，λ表示谐振波长，表示纤芯导模有效折射率，表示第i个泄漏模有效折射率，Λ表示倾斜光纤光栅轴向周期，Λg表示倾斜光纤光栅周期，θ表示光栅倾角，Re表示取实部。其中，所述反射光耦合元件为多模光纤、细芯光纤或无芯光纤。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：(1)本专利技术的倾斜光纤光栅梳状起偏器利用纳米材料激发倾斜光纤光栅梳状泄漏模谐振，并结合泄漏模谐振的强偏振依赖特性，可在宽波段内产生互相垂直且传播方向相反的极窄带宽TE偏振光和TM偏振光，实现两束线偏振光的高效分离，偏振消光比可达57dB，光谱线宽低于0.5nm；(2)本专利技术的倾斜光纤光栅梳状起偏器中的纳米材料用于扩大TE和TM偏振泄漏模损耗特性的差异，从而增强泄漏模与纤芯导模相互作用的偏振依赖特性，因此许多类型的高折射率纳米材料都可以用于增强泄漏模谐振，从而实现TE和TM偏振光的分离，如氧化铟锡、二氧化钛、二氧化锡、三氧化二铟、氧化锌、氧化铝和聚合物材料；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，其特征在于，包括宽带光源、光环形器、倾斜光纤光栅起偏元件以及两个光谱仪；其中，通过第一单模光纤将所述宽带光源与所述光环形器连接在一起，还通过第二单模光纤依序将所述光环形器、所述倾斜光纤光栅起偏元件及一光谱仪连接在一起，以及通过第三单模光纤将所述光环形器及另一光谱仪连接在一起；/n所述宽带光源，用于产生非偏振光；/n所述光环形器，用于转发所述宽带光源产生的非偏振光至所述倾斜光纤光栅起偏元件中，以及转发所述倾斜光纤光栅起偏元件反射过来的窄带TE偏振光至相应的光谱仪中；/n所述倾斜光纤光栅起偏元件包括依序连接的反射光耦合元件和倾斜光纤光栅；其中，所述倾斜光纤光栅起偏元件，用于将非偏振光经反射光耦合元件输出进入倾斜光纤光栅的纤芯内激发出同时包括TE偏振分量和TM偏振分量的纤芯导模后，倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TE偏振纤芯导模会与反向传播的TE偏振态泄漏模发生强耦合形成窄带TE偏振光，反射回反射光耦合元件并传输至光环形器及对应直连的光谱仪中，同时倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TM偏振纤芯导模仅能与反向传播TM偏振泄漏模发生弱耦合从而直接输出至倾斜光纤光栅相连的光谱仪中，从而产生高偏振消光比且传播方向相反的TE偏振光和TM偏振光；/n所述两个光谱仪，分别用于对所述窄带TM偏振光及所述窄带TE偏振光之中相应一个进行分析。/n...

【技术特征摘要】
1.一种倾斜光纤光栅梳状起偏器，其特征在于，包括宽带光源、光环形器、倾斜光纤光栅起偏元件以及两个光谱仪；其中，通过第一单模光纤将所述宽带光源与所述光环形器连接在一起，还通过第二单模光纤依序将所述光环形器、所述倾斜光纤光栅起偏元件及一光谱仪连接在一起，以及通过第三单模光纤将所述光环形器及另一光谱仪连接在一起；
所述宽带光源，用于产生非偏振光；
所述光环形器，用于转发所述宽带光源产生的非偏振光至所述倾斜光纤光栅起偏元件中，以及转发所述倾斜光纤光栅起偏元件反射过来的窄带TE偏振光至相应的光谱仪中；
所述倾斜光纤光栅起偏元件包括依序连接的反射光耦合元件和倾斜光纤光栅；其中，所述倾斜光纤光栅起偏元件，用于将非偏振光经反射光耦合元件输出进入倾斜光纤光栅的纤芯内激发出同时包括TE偏振分量和TM偏振分量的纤芯导模后，倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TE偏振纤芯导模会与反向传播的TE偏振态泄漏模发生强耦合形成窄带TE偏振光，反射回反射光耦合元件并传输至光环形器及对应直连的光谱仪中，同时倾斜光纤光栅的谐振波长位置的TM偏振纤芯导模仅能与反向传播TM偏振泄漏模发生弱耦合从而直接输出至倾斜光纤光栅相连的光谱仪中，从而产生高偏振消光比且传播方向相反的TE偏振光和TM偏振光；
所述两个光谱仪，分别用于对所述窄带TM偏振光及所述窄带TE偏振光之中相应一个进行分析。


2.如权利要求1所述的倾斜光纤光栅梳状...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志红，李丽，包琪恺，胡贵军，阮秀凯，戴瑜兴，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33