[0021]实施例1
[0022]本发明用于产生角向偏振矢量光场的光子晶体光纤横截面结构如图1所示。光子晶体光纤的基底材料I通常采用石英玻璃，包层空气孔2成六角结构排布，该结构的纤芯3是通过缺失若干个空气孔实现的，所形成的六个纤芯围绕光纤中心成对称分布。在各个纤芯周围采用大空气孔4，通过压缩模场分布形态，促使模场结构呈现不对称性，从而得到高折射率差。同时，减小相邻芯空气孔5和缺陷空气孔6的直径，使得包层模与纤芯中低折射率矢量模式满足耦合条件，将该偏振态的光场能量迅速耦合到包层中衰减截止，从而实现高质量矢量光场的保偏传输。其中，相邻空气孔的周期Λ = 2.2 μm，包层空气孔2直径Cl1=0.54 Λ，大空气孔4直径d2= 0.90 Λ，邻芯小空气孔5直径d3= 0.29 Λ，缺陷空气孔6直径 d4= 0.30 Λ ο
[0023]图4为本发明所述光子晶体光纤的有效折射率随入射光波长的变化规律。从图4可以得到，由所述光子晶体光纤产生的四个矢量模式和缺陷模式的有效折射率随入射光波长的减小而增加。由于大空气孔4的引入，四个矢量模式间的有效折射率差大于10_4量级。其中，在1.40ym至1.70 μ m波长范围内，模式3和模式4的有效折射率低于缺陷模式的有效折射率；从1.55 μ m波长开始，模式2有效折射率低于缺陷模式的有效折射率，上述三种低折射率矢量模式与缺陷模式耦合使其处在缺陷区衰耗掉，而模式I有效折射率始终大于缺陷模式的有效折射率，因此可以实现模式I无损耗的单模传输。
[0024]图5为本发明所述光子晶体光纤的模场限制损耗随入射光波长的变化关系。从图中可以看到，由于缺陷模式的存在，在1.40 μ m至1.55 μ m波长范围内，低折射率矢量模式3和4均有较大的限制损耗；在1.55 μ m至1.70 μ m波长范围内，低折射率矢量模式2开始出现大的限制损耗，三种矢量模式的限制损耗均大于ldB/m，在波长1.65 μ m处，低折射率矢量模式2的限制损耗可以达到37dB/m ;而在整个波长范围内，高折射率矢量模式I的限制损耗低于0.05dB/m，可适用于长距离的光传输。
[0025]图6为本发明所述光子晶体光纤的传输光场和出射光场强度分布。其中图6(a)为传输光场强度分布，从图中可以看出，在每个纤芯处均具有较强的光强分布。图6(b)为光纤出射光场在20 ym处的强度分布，由于偏振和相位奇点的存在，可以看到在光场中心处存在一个暗核。
[0026]图7为本发明所述光子晶体光纤中光场左、右旋圆偏振分量的相位分布。可以看到，围绕中心的相位变化为2 ，对应光场的左旋和右旋拓扑荷分别I和-1，合成光场的拓扑荷为I。此外，可以看到相位在径向发生改变，这主要是因为涡旋相位附加了一个球面波相位引起。
[0027]图8为由本发明所述光子晶体光纤产生的矢量光场的偏振态分布，其中背景颜色和线段分别表示椭圆度和偏振椭圆的长轴方向。从图中可以看出椭圆度均为0，即矢量光场保持局部线性偏振。偏振椭圆长轴的方向反映该光场为角向偏振。
[0028]实施例2
[0029]本发明用于产生径向偏振矢量光场的光子晶体光纤的横截面结构如图2所示。相邻空气孔的周期Λ = 2.2 μ m，包层空气孔直径Cl1 = 0.54 Λ，大空气孔4直径d 2 = 0.95 Λ，邻芯小空气孔5直径d3= 0.44 Λ，缺陷空气孔6直径d4= 0.19 Λ。与实施例1相比较，该结构调整了大空气孔4的位置，改变了邻芯空气孔5和缺陷空气孔6的直径。
[0030]图9为本发明所述光子晶体光纤出射光场在20 μ m处的强度和偏振态分布。与图6类似，每个纤芯处均具有较强的光强分布。由于偏振和相位奇点的存在，在出射光场中心处存在一个暗核。从图9(c)中可以看出，椭圆度均为0，即矢量光场保持局部线性偏振。偏振椭圆长轴的方向反映该光场为径向偏振。
[0031]实施例3
[0032]图3为本发明具体实施例中所述可输出柱矢量光场的光子晶体光纤激光器系统结构示意图。其特征在于:所述光子晶体光纤激光器由光纤激光器7、光隔离器8、普通光纤9和本发明所述光子晶体光纤11组成，光纤激光器7的输出端依次连接光隔离器8、普通光纤9和光子晶体光纤11，光子晶体光纤11输出端切平，输出矢量光场。
【主权项】
1.一种用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，其特征在于包括光纤基底材料(I)、包层空气孔(2)和纤芯(3);缺失空气孔的部位形成纤芯(3);所述光子晶体光纤的纤芯(3)为六个，且对称分布。
2.根据权利要求1所述用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，其特征在于:所述光子晶体光纤的纤芯⑶周围引入大空气孔⑷、邻芯空气孔(5)和缺陷空气孔(6)结构。大空气孔⑷的直径大于包层空气孔⑵的直径，邻芯空气孔(5)和缺陷空气孔(6)的直径均小于包层空气孔(2)的直径。
3.根据权利要求1所述用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，其特征在于:通过调整大空气孔(4)的位置，改变邻芯空气孔(5)和缺陷空气孔(6)的直径，可以分别产生角向偏振和径向偏振柱矢量光场。
4.根据权利要求1所述用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，其特征在于:所述模式的波长范围能够覆盖现有的通信波段。
5.根据权利要求1所述用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，其特征在于:所述基底材料(I)为石英玻璃。
6.根据权利要求1所述用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，与光纤激光器(7)连接，可直接实现柱矢量光场的激光出射。
【专利摘要】本发明涉及一种用于产生柱矢量光场的光子晶体光纤，在光子晶体光纤中，通过缺失空气孔引入多个纤芯，各个纤芯之间对光功率进行耦合分配，进入光纤中的光因满足全内反射条件而被限制在纤芯中传播，各个纤芯均存在一对正交偏振的基模，形成四种离散型的矢量光场模式。有益效果：通过在多芯光子晶体光纤中设计大空气孔和缺陷空气孔结构，引入模式高折射差和缺陷模式，消除偏振模色散以及偏振模耦合对矢量模式的影响，产生高质量的矢量光场。并且光纤端面规则，可与无源或有源光学器件耦合，实现矢量光场的激光出射。本发明不仅可以为矢量光场的产生提供一种简单易行的方法，而且可以实现矢量光场的远距离传输。
【IPC分类】G02B6-02
【公开号】CN104597559
【申请号】CN201510044480
【发明人】赵建林, 赵晨阳, 甘雪涛, 李鹏, 韩磊
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月22日