一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的制作方法

本发明涉及了一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，属于特种光纤、光纤通信、信号处理领域。

背景技术：

偏振分束器能将一束入射光分裂为两个正交偏振态光束，并沿不同的方向传输，是光网络中的一种重要器件。偏振分束器在光纤通信、光纤传感、光电检测等领域应用广泛。

近年来，偏振分束器的设计主要基于模式演化、定向耦合、多模干涉、马赫增德尔干涉等原理。其中，基于模式演化原理的设备具有体积小、消光比高等优点，但此设备主要在硅基上进行制作，制作难度相对较高。因此，基于玻璃材料及光纤结构的偏振分束器被大量研究。然而，由于玻璃材料的双折射较小，使得器件尺寸大大增加。光子晶体光纤由周期性排列的空气孔和纯石英基底构成，由于其天然的高双折射，光子晶体光纤为偏振分束器提供了良好的器件基础。

目前光子晶体光纤偏振分束器主要基于单芯光子晶体光纤、双芯光子晶体光纤和三芯光子晶体光纤等结构。基于单芯光子晶体光纤结构的偏振分束器的主要工作原理是，在靠近芯子的空气孔的内壁涂覆金属，并由此引发表面等离子体谐振(SPR)效应。SPR效应造成两偏振光损耗不同，损耗较高的偏振光被滤掉。但在单芯光子晶体光纤偏振分束器的输出端，只能得到固定方向的偏振态。基于双芯和三芯光子晶体光纤的偏振分束器主要采用耦合模方程对其进行研究。当光从其中一个芯子注入时，由于模式耦合作用，入射芯子的光耦合到另一芯子中，其能量呈周期正弦式分布，在传输距离等于耦合长度时，芯子中的能量达到最大。由于双折射的存在，两个方向的偏振光耦合长度不同，在传输距离达到某一定值时，两方向的偏振光被分离开来，实现偏振分束。目前所研究的基于双芯、三芯光子晶体光纤的偏振分束器结构大多采用双通道输出。双通道输出需引入光纤分束器，并采用全接入技术将光纤分束器接入基于双芯或三芯光子晶体光纤的偏振分束器。但光纤分束器的接入过程复杂，且损耗较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是，克服目前单芯光子晶体光纤的单一偏振输出及双芯、三芯光子晶体光纤双通道输出结构连接复杂且损耗大这一问题。提供一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器。

本发明的技术方案：

一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，该分束器基于双芯光子晶体光纤结构。双芯光子晶体光纤包括纯石英基底、两个相同的芯子和周期排列的空气孔，且芯子上下两侧的空气孔、芯子左右两侧的空气孔以及远离芯子的空气孔的半径各不相同。其中，在双芯光子晶体光纤靠近芯子的空气孔中填充有磁流体。

在靠近纤芯的空气孔中填充折射率可调的磁流体时，通过调整磁场强度，达到偏振态的可调谐。在初始无磁场的状态，双芯光子晶体光纤输出某一偏振方向的单偏振光。当在外界施加磁场时，磁流体折射率的变化引起偏振模式的有效折射率发生变化，导致两个偏振方向的耦合长度发生变化，从而输出的单偏振光能量减小，另一偏振光能量增大。在某一特定的磁场强度下，初始状态输出的偏振光能量降到最低，而另一方向的偏振光能量达到最大，此时在输出端实现了偏振模式的转换。

本发明的有益效果具体如下：

本结构主要基于双芯光子晶体光纤和磁流体的性质，在偏振分束器的输出端实现偏振模式的转换可调谐。该偏振分束器结构简单、设计灵活、连接损耗小、且易于与光通信系统集成。

附图说明

图1为磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的横截面示意图。

图2为初始无磁场时，输出端两偏振光能量随传输距离的变化图。

图3为两偏振光耦合距离随外加磁场强度的变化示意图。

图4为偏振分束器长度为3.035mm时，输出端两偏振光能量随外加磁场强度的变化示意图。

图5为偏振分束器长度为8.430mm时，输出端两偏振光能量随外加磁场强度的变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至5对一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器作进一步描述。

实施例一

一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的横截面如图1所示，该分束器基于双芯光子晶体光纤结构。双芯光子晶体光纤包括纯石英基底1、两个相同的芯子2和周期排列的空气孔，且芯子上下两侧的空气孔3、芯子左右两侧的空气孔4以及远离芯子的空气孔5的半径各不相同。其中，在双芯光子晶体光纤靠近芯子的空气孔6中填充有磁流体。

本实施例中磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，在初始无磁场时，输出端两偏振光能量随传输距离的变化图如图2所示。在传输距离为3.035mm，8.430mm时，在输出端，X偏振光能量7达到最大，Y偏振光能量8达到最小，实现了单偏振输出。

实施例二

一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的横截面如图1所示，该分束器基于双芯光子晶体光纤结构。双芯光子晶体光纤包括纯石英基底1、两个相同的芯子2和周期排列的空气孔，且芯子上下两侧的空气孔3、芯子左右两侧的空气孔4以及远离芯子的空气孔5的半径各不相同。其中，在双芯光子晶体光纤靠近芯子的空气孔6中填充有磁流体。

实施例中磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，磁流体的折射率随外界施加磁场的强度改变。当外界磁场变化时，磁流体折射率的改变引起偏振模式有效折射率的变化，从而两偏振光耦合距离随外加磁场强度变化。两偏振光耦合距离随外加磁场强度的变化示意图如图3所示，X偏振光9和Y偏振光10的耦合距离均随磁场强度减小。

实施例三

一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的横截面如图1所示，该分束器基于双芯光子晶体光纤结构。双芯光子晶体光纤包括纯石英基底1、两个相同的芯子2和周期排列的空气孔，且芯子上下两侧的空气孔3、芯子左右两侧的空气孔4以及远离芯子的空气孔5的半径各不相同。其中，在双芯光子晶体光纤靠近芯子的空气孔6中填充有磁流体。

实施例中磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，两偏振光耦合距离的变化引起输出端两偏振光能量的改变。偏振分束器长度为3.035mm时，输出端两偏振光能量随外加磁场强度的变化示意图如图4所示。在磁场强度为0-350Oe范围内，输出端X偏振光的能量11与Y偏振光的能量12变化较小，不能实现偏振模式的转换。

实施例四

一种磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器的横截面如图1所示，该分束器基于双芯光子晶体光纤结构。双芯光子晶体光纤包括纯石英基底1、两个相同的芯子2和周期排列的空气孔，且芯子上下两侧的空气孔3、芯子左右两侧的空气孔4以及远离芯子的空气孔5的半径各不相同。其中，在双芯光子晶体光纤靠近芯子的空气孔6中填充有磁流体。

实施例中磁流体填充双芯光子晶体光纤的可调谐偏振分束器，两偏振光耦合距离的变化引起输出端两偏振光能量的改变。偏振分束器长度为8.430mm时，输出端两偏振光能量随外加磁场强度的变化示意图如图5所示。在磁场强度为230Oe时，输出端X偏振光的能量13达到最小，同时Y偏振光的能量14达到最大，可实现偏振模式的转换。