基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，属于特种光纤及其光子器件领域。该器件基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤结构，由光子晶体光纤的纤芯和周期排列的空气孔围绕而成，基底材料为石英，包层空气孔包括由外至内按照正六边形排列的四层空气孔，第一层空气孔因抛磨制备D型光纤而缺失最上层的五个空气孔，第三层空气孔中的较大空气孔的内壁涂覆上了一层金膜，用作表面等离子体共振效应发生的诱导材料。在具体的实施操作中，本滤波器可以根据共振峰的位置，实现在1250

【技术实现步骤摘要】
基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器及制造方法


[0001]本专利技术涉及光纤滤波领域，具体涉及一种基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器及方法。

技术介绍

[0002]单芯光纤单偏振滤波器的工作原理主要是：由于光纤结构的非绝对对称性，导致光在光纤中传输时每一种传输模式都存在两个相互垂直的偏振模式，每一种偏振模式的光会对应不同的限制损耗随波长的变化曲线，且通常在某些波长处会出现损耗极值峰。因此在同一传输波长下这两个偏振模式通常会对应不同的限制损耗，当通过设计光纤结构使得该光纤具有在指定波长处其某一偏振模式的限制损耗恰好出现极值峰，而另一偏振模式的限制损耗与其相比小到可以忽略时，那么该光纤就具有了偏振滤波的特性，从而可以作为偏振滤波器来使用。具体地，在指定波长处可以将恰好出现损耗极值峰的该偏振方向上的光滤除，而与之垂直的另一偏振方向上的光则可以几乎无损通过，从而通过实现滤波来实现光的单偏振输出。偏振滤波器可用于光纤起检偏器、光纤通信、光纤传感等领域，是光纤
中的重要器件，也是全光纤系统的重要组成部分。
[0003]为了增强滤波功能，经常往光子晶体光纤中填充介质，例如酒精和磁流体等。其中，涂覆金属的处理方法业已成为当前光纤滤波器设计中的一种主流手段。这种方法主要利用了表面等离子体共振效应(Surface plasmon resonance,SPR)，这是一种发生在金属介质表面的物理光学现象。当表面等离子体模式与纤芯模式满足相位匹配条件时，在金属表面就会产生等离子体共振。此时，纤芯中传输的光能量大量耦合到表面等离子体波中，导致纤芯光能量的急剧下降，从而在纤芯中传输的光的损耗光谱上出现明显的共振峰，显著提高了滤波特性。
[0004]1968年，Otto根据SPR的激发条件设计了棱镜耦合方式的Otto模型；同年，Kretschmann等利用棱镜和金膜在全反射面实现了棱镜耦合方式的Kretschmann模型，金膜的厚度为10-100nm。上述两种棱镜模型为SPR光纤器件的研究与发展提供了基础。1982年Nylander等将SPR原理应用于传感领域，并提出了用于气体检测的SPR传感器。2007年，Zhang等报道了一种基于PCF-SPR的偏振滤波器，促进了光纤滤波器选择性镀膜技术的发展。2011年，NAGASAKI等对金填充PCF偏振耦合特性进行了理论研究，并发现存在强烈的耦合特性。通过在包层空气孔中选择性的填充一根或多根金线，可以获得大的偏振消光比。2015年，Heikal等设计了一种基于金线填充的螺旋线型微结构光纤的偏振滤波器，得到了x和y两个偏振方向模式的限制损耗在0.98μm处分别为94.1dB/mm和6.424dB/mm。2017年，Feng等提出了一种基于大孔径镀金光子晶体光纤的偏振滤波器，实现了在1550nm波长下的滤波功能，损耗可以达到58456.7dB/m。2018年，Zhou等设计了一种基于SPR原理的偏芯光子晶体光纤滤波器，当选择通讯窗口为1550nm时，串扰值为56.2dB,但是对应的带宽只有100nm。
[0005]需要指出的是，目前有研究者通过在光子晶体光纤空气孔中填充介质，例如液晶和磁流体，但是这样的滤波器功能单一，制作难度较大。本专利技术所提出的可调谐光纤偏振滤波器能够在光性能监测器中筛选出不同的波长进行处理，对光放大器的噪声进行滤波减少其不良影响，完成信道动态锁定和下信道输出等，从而简化光通信网络的架构，提高光通信系统的灵活性和效率，推动全光网络的发展。该调谐偏振滤波器调谐范围广、带宽宽、限制损耗小，能够满足很多领域，尤其是光纤器件领域的使用要求，是目前可调谐光学滤波器的首选方案。

技术实现思路

[0006]为了解决上述提到的现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种结构稳定，具有可调谐功能的D型光子晶体光纤偏振滤波器，其基于D型光子晶体光纤和金属表面等离子波导的性质，实现在1250-1350nm和1550-1750nm波段内可调谐偏振滤波功能。
[0007]具体地，本专利技术提供一种基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其包括D型光子晶体光纤本体，所述D型光子晶体光纤本体包括基底材料、包层空气孔、金膜及完美匹配层；
[0008]所述包层空气孔从外到内依次包括第一层空气孔、第二层空气孔、第三层空气孔和第四层空气孔，每一层的多个空气孔分别组成一个独立的六边形结构；
[0009]所述第一层空气孔和第二层空气孔均包括若干个第一直径空气孔；所述第三层空气孔包括若干个第一直径空气孔和一个第二直径空气孔，其中，所述第二直径空气孔的直径大于第一直径空气孔的直径，且所述第二直径空气孔的圆心与光纤圆心位于同一条竖直直线上，所述第二直径空气孔的内壁上涂覆有一层金膜，所述金膜用作表面等离子体共振效应发生的诱导材料；
[0010]所述第四层空气孔包括两个第三直径空气孔和若干个第一直径空气孔，用于限制光束在纤芯内进行传输，并且通过改变第三直径空气孔尺寸来调节光纤的高双折射效应，所述第三直径空气孔的圆心与光纤圆心位于同一条水平直线上，且第三直径空气孔的圆心与光纤圆心的连线与第二直径空气孔的圆心与光纤圆心连线相互垂直；
[0011]所述完美匹配层位于光子晶体光纤的外面，其为在对光纤进行性能仿真时所添加的计算边界；
[0012]所述D型光子晶体光纤本体的上部设置有深度为h的抛磨缺口。
[0013]优选地，所述第一直径空气孔的直径为1.2μm，所述第二直径空气孔的直径为2μm。
[0014]优选地，所述光纤的基底材料为二氧化硅。
[0015]优选地，所述相邻的任意两个空气孔的圆心之间的间距均为2μm。
[0016]优选地，所述金膜的材料为金，所述金膜的厚度为21nm。
[0017]优选地，当所述抛磨缺口的深度h＝6μm且第三直径空气孔直径d＝1.8μm，金膜的厚度t在19-24nm之间改变时；或者
[0018]当所述抛磨缺口的深度h＝6μm且金膜厚度t＝21nm时，第三直径空气孔直径d在1.2-2.2μm之间改变时，能够实现在1250-1350nm和1550-1750nm两个波段范围内调谐滤波的作用。
[0019]优选地，当所述抛磨缺口的深度h＝6μm时，第一层空气孔的最上层的空气孔缺失。
[0020]优选地，本专利技术还提供一种制造所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器的方法，其包括以下步骤：
[0021]S1、根据滤波器的外尺寸及工作波段，选定第一直径空气孔的直径为1.2μm、孔间距为2μm，并选择空气孔按照正六边形排列的对称排列方式作为光纤的初始结构进行仿真；
[0022]S2、引入双折射效应，实现x和y两个偏振方向上的损耗的高对比性，进而实现滤波器的偏振滤波特性，具体包括以下子步骤：
[0023]S21、加大第三直径空气孔的直径，从而打破纤芯附近空气孔的局部结构对称性，实现对x和y两个偏振方向上的损耗高对比性的体现；
[0024]S22、对光纤外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：其包括D型光子晶体光纤本体，所述D型光子晶体光纤本体包括基底材料、包层空气孔、金膜及完美匹配层；所述包层空气孔从外到内依次包括第一层空气孔、第二层空气孔、第三层空气孔和第四层空气孔，每一层的多个空气孔分别组成一个独立的六边形结构；所述第一层空气孔和第二层空气孔均包括若干个第一直径空气孔；所述第三层空气孔包括若干个第一直径空气孔和一个第二直径空气孔，其中，所述第二直径空气孔的直径大于第一直径空气孔的直径，且所述第二直径空气孔的圆心与光纤圆心位于同一条竖直直线上，所述第二直径空气孔的内壁上涂覆有一层金膜，所述金膜用作表面等离子体共振效应发生的诱导材料；所述第四层空气孔包括两个第三直径空气孔和若干个第一直径空气孔，用于限制光束在纤芯内进行传输，并且通过改变第三直径空气孔尺寸来调节光纤的高双折射效应，所述第三直径空气孔的圆心与光纤圆心位于同一条水平直线上，且第三直径空气孔的圆心与光纤圆心的连线与第二直径空气孔的圆心与光纤圆心连线相互垂直；所述完美匹配层位于光子晶体光纤的外面，其为在对光纤进行性能仿真时所添加的计算边界；所述D型光子晶体光纤本体的上部设置有深度为h的抛磨缺口。2.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：所述第一直径空气孔的直径为1.2μm，所述第二直径空气孔的直径为2μm。3.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：所述光纤的基底材料为二氧化硅。4.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：所述相邻的任意两个空气孔的圆心之间的间距均为2μm。5.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：所述金膜的材料为金，所述金膜的厚度为21nm。6.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：当所述抛磨缺口的深度h＝6μm且第三直径空气孔直径d＝1.8μm，金膜的厚度t在19-24nm之间改变时；或者当所述抛磨缺口的深度h＝6μm且金膜厚度t＝21nm时，第三直径空气孔直径d在1.2-2.2μm之间改变时，能够实现在1250-1350nm和1550-1750nm两个波段范围内调谐滤波的作用。7.根据权利要求1所述的基于金膜涂覆的D型光子晶体光纤可调谐偏振滤波器，其特征在于：当所述抛磨缺口的深度h＝6μm时，第一层空气孔的最上层的空气孔缺失。8.一种制造权利要求1所述的基于金膜涂覆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建设，孟潇剑，郭英，李曙光，王晓凯，丁钰鑫，马欣欣，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：