【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本公開屬于光學(xué)與激光光電子，具體涉及一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文８叻蔷€性光子晶體光纖及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、光子晶體光纖(photonic?crystal?fiber，簡稱pcf)，又稱為微結(jié)構(gòu)光纖(micro-structured?fibers)或多孔光纖，是一種具有周期性空氣孔結(jié)構(gòu)的新型光纖，其包層中嵌入了周期性排列的空氣孔，從而在光纖橫截面上引入周期性折射率分布。相較于傳統(tǒng)光纖，光子晶體光纖具有多方面優(yōu)勢，例如通過合理設(shè)計光纖結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無截止單模傳輸，提高光電器件的信號質(zhì)量及傳輸速率，減少模式色散，對于需要高質(zhì)量、高速率光信號傳輸?shù)膱鼍胺浅Ｖ匾Ｓ秩绻庾泳w光纖的包層結(jié)構(gòu)可通過改變空氣孔的排布方式、形狀、半徑和間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，調(diào)控光纖的色散與非線性特性，對于超連續(xù)光源或者超快激光器等研制至關(guān)重要。
2、偏振是光波的基本屬性，而保持圓偏振光的傳輸在光纖傳感與光纖通信等領(lǐng)域中有顯著的應(yīng)用。扭轉(zhuǎn)光纖是實(shí)現(xiàn)圓偏振光傳輸?shù)牧己妹浇?，其偏振態(tài)能夠被這種光纖很好地保持。光纖的扭轉(zhuǎn)是一種特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在扭轉(zhuǎn)光纖中，由于光纖結(jié)構(gòu)沿軸向的螺旋形扭轉(zhuǎn)，使得光的兩個偏振分量之間產(chǎn)生相互耦合。這種耦合作用可以抵消外界因素(如光纖的彎曲、溫度變化等)對偏振態(tài)的干擾。在一些基于偏振特性的光纖傳感器中，需要穩(wěn)定的偏振態(tài)來提高傳感器的精度和可靠性。例如，在測量磁場、電場、溫度、壓力等物理量的光纖傳感器中，保持圓偏振的扭轉(zhuǎn)光纖可以作為敏感元件，通過檢測偏振態(tài)的微小變化來實(shí)現(xiàn)對物理量的高精度測量。
3、此外，高非線性光子晶體光纖
4、因此，如何在確保圓偏振態(tài)穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r，實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖的單模傳輸和高非線性特性，仍然是該領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的重要科學(xué)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對上述問題中存在的不足之處，本專利技術(shù)提供一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文８叻蔷€性光子晶體光纖及其制備方法，通過優(yōu)化實(shí)芯纖芯大小和包層空氣孔占空比提升非線性，引入0-8rad/mm的扭轉(zhuǎn)率產(chǎn)生圓雙折射以保持圓偏振態(tài)，并改變模式折射率曲線。選擇性地填充或摻雜部分包層空氣孔實(shí)現(xiàn)相位匹配，濾除折射率變化的高階模以實(shí)現(xiàn)單模傳輸，同時保持圓偏振態(tài)和高非線性。該光纖適用于高精度光纖傳感和特殊圓偏振態(tài)光纖激光器等領(lǐng)域。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下:
3、一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特點(diǎn)在于，包括高折射率的纖芯區(qū)域和低折射率的多孔包層區(qū)域，所述包層區(qū)域圍繞所述纖芯區(qū)域，所述包層區(qū)域由多層規(guī)律排列的空氣孔構(gòu)成，且所述空氣孔的直徑與空氣孔間距之比在0.7到0.98之間；其中，在所述包層區(qū)域中選擇性地選取至少一個空氣孔進(jìn)行摻雜或填充，填充物為不同折射率的液體、氣體或玻璃，其折射率介于空氣和基底材料之間；在所述光纖的軸向引入周期性的扭轉(zhuǎn)。
4、優(yōu)選的，所述扭轉(zhuǎn)率α為0-10rad/mm，以引入高達(dá)10^-3量級的圓雙折射，保持圓偏振光的偏振態(tài)。
5、優(yōu)選的，所述光纖包層區(qū)域的基底材料與纖芯區(qū)域的材料為二氧化硅、摻雜玻璃或塑料高分子聚合物材料。
6、優(yōu)選的，所述包層用于選擇性填充的包層孔數(shù)量不限于4個，可以為1個，2個，3個或者n個。
7、優(yōu)選的，所述包層用于選擇性填充空氣孔的是各種摻雜玻璃、高低折射率玻璃或者各種液體、氣體，其折射率介于空氣和基底材料之間，且接近需要濾除的高階模式在特定旋轉(zhuǎn)速率下的有效折射率。
8、其中，光纖包層的基底材料與纖芯的材料為二氧化硅、摻雜玻璃或塑料高分子聚合物材料。
9、優(yōu)選的，所述光纖軸向的扭轉(zhuǎn)速率α為0-10rad/mm，可獲得0到10-3量級的圓雙折射。在光纖軸向引入扭轉(zhuǎn)的方式有兩種，其一為在光纖制備過程中引入扭轉(zhuǎn)，主要是在拉制過程中對光纖預(yù)制棒進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，其二是引入激光加熱技術(shù)對光纖進(jìn)行后處理引入扭轉(zhuǎn)。
10、優(yōu)選的，為了調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)下光纖不同模式的折射率變化曲線，所述光纖纖芯的形狀可以為圓形或者橢圓形。纖芯為圓形時，其纖芯周圍的第一圈空氣孔數(shù)量為4個到n個，使其呈現(xiàn)四邊形到n邊形的等邊形分布；圓形纖芯的直徑和橢圓纖芯的長軸長度為2倍或4倍空氣孔間距(λ)，橢圓纖芯短軸長度介于長半軸與長軸之間。
11、優(yōu)選的，所述光纖包層區(qū)域光子晶體結(jié)構(gòu)的排列可以是但不限于六邊形晶格排列，也可以是四邊形晶格的規(guī)律排列形成光子晶體包層。
12、優(yōu)選的，包層區(qū)域空氣孔間距(λ)為2-10微米，包層的空氣孔層數(shù)的排列可以為2-8層。
13、本專利技術(shù)還提供一種上述光子晶體光纖的制備方法，其特點(diǎn)在于，包括：
14、制作包含高折射率纖芯區(qū)和低折射率多孔包層區(qū)域的光纖預(yù)制棒；
15、在光纖預(yù)制棒的包層區(qū)域中選擇性地選取至少一個空氣孔進(jìn)行摻雜或填充；
16、在拉制光纖的過程中對光纖預(yù)制棒進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，或在光纖拉制完成后利用激光加熱技術(shù)對光纖進(jìn)行后處理，以引入周期性的扭轉(zhuǎn)。
17、優(yōu)選的，還包括對填充或摻雜后的光纖進(jìn)行性能測試，以驗(yàn)證其圓偏振態(tài)保持、單模傳輸和高非線性特性的實(shí)現(xiàn)情況。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果如下：
19、本專利技術(shù)通過扭轉(zhuǎn)光子晶體光纖來增強(qiáng)圓雙折射，從而實(shí)現(xiàn)對圓偏振態(tài)的保持；通過控制包層空氣孔直徑與空氣孔間距的比值來實(shí)現(xiàn)高非線性；通過靈活選擇空氣孔進(jìn)行填充或者替換為不同折射率介質(zhì)，利用包層空間的填充模式與纖芯高階模的相位匹配而濾除高階模，從而保證光纖的單模性能。
20、以濾除扭轉(zhuǎn)光纖下lp11纖芯高階模的不同矢量模為例，但不限于lp11模式這一組高階模，該公開的思路可以拓展到濾除任意纖芯高階模，可調(diào)節(jié)自由度多，具有很強(qiáng)的性能優(yōu)化潛力，在光纖傳感、光纖激光器等領(lǐng)域具有研究價值。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，包括高折射率的纖芯區(qū)域和低折射率的多孔包層區(qū)域，所述包層區(qū)域圍繞所述纖芯區(qū)域，所述包層區(qū)域由多層規(guī)律排列的空氣孔構(gòu)成，且所述空氣孔的直徑與空氣孔間距之比在0.7到0.98之間；其中，在所述包層區(qū)域中選擇性地選取至少一個空氣孔進(jìn)行摻雜或填充，填充物為不同折射率的液體、氣體或玻璃，其折射率介于空氣和基底材料之間；在所述光纖的軸向引入周期性的扭轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)率α為0-10rad/mm，以引入高達(dá)10^-3量級的圓雙折射，保持圓偏振光的偏振態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述光纖包層區(qū)域的基底材料與纖芯區(qū)域的材料為二氧化硅、摻雜玻璃或塑料高分子聚合物材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述填充物為各種摻雜玻璃、高低折射率玻璃、水溶液、不同濃度的氯化鈉溶液或其他液體、氣體，其折射率接近需要濾除的高階模
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，在光纖制備過程中引入扭轉(zhuǎn)，或利用激光加熱技術(shù)對光纖進(jìn)行后處理并引入扭轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述纖芯的形狀為圓形或橢圓形；當(dāng)纖芯為圓形時，其纖芯周圍的第一圈空氣孔數(shù)量為4個到n個，呈現(xiàn)四邊形到n邊形的等邊形分布，圓形纖芯的直徑和橢圓纖芯的長軸長度為2倍或4倍空氣孔間距(Λ)，橢圓纖芯短軸長度介于長半軸與長軸之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述包層區(qū)域光子晶體結(jié)構(gòu)的排列為六邊形晶格排列或四邊形晶格排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，通過所述扭轉(zhuǎn)引入的圓雙折射，實(shí)現(xiàn)對圓偏振光在干擾下的偏振態(tài)保持；通過控制包層空氣孔直徑與空氣孔間距的比值實(shí)現(xiàn)高非線性；通過靈活選擇空氣孔進(jìn)行填充或替換為不同折射率介質(zhì)，利用包層空間的填充模式與纖芯高階模的相位匹配而濾除高階模，保證光纖的單模性能。
9.一種權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光子晶體光纖的制備方法，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子晶體光纖的制備方法，其特征在于，還包括對填充或摻雜后的光纖進(jìn)行性能測試，以驗(yàn)證其圓偏振態(tài)保持、單模傳輸和高非線性特性的實(shí)現(xiàn)情況。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，包括高折射率的纖芯區(qū)域和低折射率的多孔包層區(qū)域，所述包層區(qū)域圍繞所述纖芯區(qū)域，所述包層區(qū)域由多層規(guī)律排列的空氣孔構(gòu)成，且所述空氣孔的直徑與空氣孔間距之比在0.7到0.98之間；其中，在所述包層區(qū)域中選擇性地選取至少一個空氣孔進(jìn)行摻雜或填充，填充物為不同折射率的液體、氣體或玻璃，其折射率介于空氣和基底材料之間；在所述光纖的軸向引入周期性的扭轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)率α為0-10rad/mm，以引入高達(dá)10^-3量級的圓雙折射，保持圓偏振光的偏振態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述光纖包層區(qū)域的基底材料與纖芯區(qū)域的材料為二氧化硅、摻雜玻璃或塑料高分子聚合物材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，所述填充物為各種摻雜玻璃、高低折射率玻璃、水溶液、不同濃度的氯化鈉溶液或其他液體、氣體，其折射率接近需要濾除的高階模式在特定旋轉(zhuǎn)速率下的有效折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的保持圓偏振態(tài)傳輸?shù)膯文Ｇ腋叻蔷€性光子晶體光纖，其特征在于，在光纖制備過程中引入扭轉(zhuǎn)，或...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫紹武，羅卓昭，江文浩，龐盟，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。