一種可調諧單芯光子晶體光纖SPR單偏振波長分裂器的製作方法

2023-10-11 08:40:29 1

本發明涉及一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器，屬於光纖通信、光網絡和光器件領域，適用于波分復用解復用、光測試儀表、光纖傳感和雷射系統等領域。

背景技術：

表面等離子體諧振(surfaceplasmonresonance,spr)一般出現在介質和金屬的交界處，是一種電子振動現象，其促使金屬表面波的模式同波導模式相耦合，最終在某一確定條件下(某一確定波長或入射角)，兩個模式相位匹配產生諧振耦合，此時損耗值達到最大，出現損耗峰值。spr常見的激髮結構有稜鏡型、平面光柵型以及光纖型結構。一般而言，光纖型spr採用的是d-型光纖為基底，並在d型面上鍍膜金屬薄膜作為光纖spr型結構。但，隨著光子晶體光纖(photoniccrystalfiber,pcf)的快速發展，如今的光纖spr常常採用pcf作為結構基底，並由此研究製作各類光器件，應用於各個領域中，如基於spr的pcf傳感、濾波、太陽能電池以及納米光刻技術等領域。由於利用spr效應可將光學控制維度降低至二維，在很小的電磁場空間內突破衍射極限、實現納米尺寸的光傳輸，且具有局部場增強優勢，故基於spr效應的器件尺寸十分微小，易於集成。

隨著智慧城市、大數據時代的提出和實現，對超大帶寬容量的通信系統需求越來越迫切，故而使得作為未來網絡核心的全光網越來越受到大家的重視。目前，作為全光網絡重要器件之一的偏振分束器已然成為人們競相研究的熱點。常見的偏振分束器可分為稜鏡型、平面波導結構型和光纖型等幾大類。其中，廣義上的光纖偏振分束器指的是採用光纖結構將含有不同波長的一束光分解為波長不同的兩束光，或者是將同一波長的兩個正交偏振態分裂開來，前者也常被稱為光纖波長分裂器。基於pcf的波長分裂器可通過pcf折射率分布、各類型空氣孔尺寸以及耦合長度的設計來獲得優異的波長分裂特性。但在某一特定的pcf下，其折射率分布、空氣孔尺寸以及耦合長度參數為固定值，故不能實現波長分裂的可調諧，而且這些pcf波長分裂器中的光纖必須是雙芯或者多芯pcf才能實現波長分裂。本發明通過在單芯pcf的某些空氣孔中鍍金屬薄膜作為spr激發物質，由於光纖spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，這種光纖波長分裂器可實現在單芯pcf上分裂不同波長光，且輸出光為單一偏振態光，其器件長度可小至微米量級。又在橢圓形空氣孔中注入磁流體，根據磁光效應，磁流體折射率會隨外加磁場的變化而變化，從而導致單芯pcf的有效折射率變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是:

目前基於pcf的波長分裂器在某一特定pcf下，無法實現波長的動態分裂；另外，一般的pcf波長分裂器還存在波長分裂器帶寬較小、器件長度較長以及模式耦合不充分、無法實現利用單芯pcf分裂波長等缺點。

本發明的技術方案：

一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器包括正六邊形空氣孔分布的單芯pcf7，背景材料為石英5。其中，小空氣孔4半徑為0.2微米到0.6微米；大空氣孔1半徑為0.5微米到2微米，周期6-1為1.1微米到4.1微米，大小空氣孔中心間距6-2為0.8微米到2.7微米；四個橢圓形空氣孔3的長短軸半徑範圍分別為0.5微米到2.2微米和1微米到2.5微米；在單芯pcf7中，對稱的上空氣孔2-1被鍍膜上厚度可在30微米到70微米之間的金屬材料8-1，且下空氣孔2-2內側壁也被鍍膜上厚度可在30微米到70微米之間的金屬材料8-2。根據spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，當包含a和b兩個波長的光進入單芯pcf7後，a波長光的x-偏振被吸收損耗掉而輸出y-偏振光，相對應的b波長光則只有x-偏振輸出，y-偏振被吸收損耗掉，由此可分裂兩個波長的光。另外，由於在橢圓空氣孔3中填充滿了磁流體。當外加垂直或水平磁場強度變化時，根據磁光效應，磁流體折射率會發生相應變化，從而導致單芯pcf模式的有效折射率發生變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。

本發明和已有技術相比所具有的有益效果：

本發明通過在單芯pcf的某些空氣孔中鍍膜金屬材料作為spr激發源，並將磁流體填充至橢圓形空氣孔中。由於光纖spr的混合模耦合效應以及單偏振濾波特性，故這種光纖波長分裂器是一種可基於單芯pcf的單偏振波長分裂器，並且解決了一般pcf波長分裂器的器件長度長、模式耦合不完全等缺點。另外，根據磁光效應，磁流體折射率會隨著外加磁場的變化而變化，從而導致單芯pcf的有效折射率變化，實現波長分裂的可調諧，它能夠很好的應用於光通信、光測試儀表、光纖傳感和雷射系統等領域。

附圖說明

圖1為一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對此發明進一步描述。

實施方式一

一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器包括正六邊形空氣孔分布的單芯pcf7，背景材料為石英5。其中，小空氣孔4半徑為0.2微米；大空氣孔1半徑為0.5微米，周期6-1為1.1，大小空氣孔中心間距6-2為0.8微米；四個橢圓形空氣孔3的長短軸半徑分別為0.5微米和1微米；在單芯pcf7中，對稱的上空氣孔2-1被鍍膜上厚度為30微米的金屬材料8-1，且下空氣孔2-2內側壁被鍍膜上厚度為35微米的金屬材料8-2。根據spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，當包含a和b兩個波長的光進入單芯pcf7後，a波長光的x-偏振被吸收損耗掉而輸出y-偏振光，相對應的b波長光則只有x-偏振輸出，y-偏振被吸收損耗掉，由此可分裂兩個波長的光。另外，由於在橢圓空氣孔3中填充滿了磁流體。當外加垂直或水平磁場強度變化時，根據磁光效應，磁流體折射率會發生相應變化，從而導致單芯pcf模式的有效折射率發生變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。

實施方式二

一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器包括正六邊形空氣孔分布的單芯pcf7，背景材料為石英5。其中，小空氣孔4半徑為0.6微米；大空氣孔1半徑為2微米，周期6-1為4.1微米，大小空氣孔中心間距6-2為2.7微米；四個橢圓形空氣孔3的長短軸半徑分別為2.2微米和2.5微米；對稱的上空氣孔2-1被鍍膜上厚度為35微米的金屬材料8-1，且下空氣孔2-2內側壁被鍍膜上厚度為45微米的金屬材料8-2。根據spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，當包含a和b兩個波長的光進入單芯pcf7後，a波長光的x-偏振被吸收損耗掉而輸出y-偏振光，相對應的b波長光則只有x-偏振輸出，y-偏振被吸收損耗掉，由此可分裂兩個波長的光。另外，由於在橢圓空氣孔3中填充滿了磁流體。當外加垂直或水平磁場強度變化時，根據磁光效應，磁流體折射率會發生相應變化，從而導致單芯pcf模式的有效折射率發生變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。

實施方式三

一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器包括正六邊形空氣孔分布的單芯pcf7，背景材料為石英5。其中，小空氣孔4半徑為0.2微米；大空氣孔1半徑為0.5微米，周期6-1為1.1微米，大小空氣孔中心間距6-2為0.8微米；四個橢圓形空氣孔3的長短軸半徑分別為0.5微米和1微米；對稱的上空氣孔2-1被鍍膜上厚度為40微米的金屬材料8-1，且下空氣孔2-2內側壁被鍍膜上厚度為55微米的金屬材料8-2。根據spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，當包含a和b兩個波長的光進入單芯pcf7後，a波長光的x-偏振被吸收損耗掉而輸出y-偏振光，相對應的b波長光則只有x-偏振輸出，y-偏振被吸收損耗掉，由此可分裂兩個波長的光。另外，由於在橢圓空氣孔3中填充滿了磁流體。當外加垂直或水平磁場強度變化時，根據磁光效應，磁流體折射率會發生相應變化，從而導致單芯pcf模式的有效折射率發生變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。

實施方案四

一種可調諧單芯光子晶體光纖spr單偏振波長分裂器包括正六邊形空氣孔分布的單芯pcf7，背景材料為石英5。其中，小空氣孔4半徑為0.2微米；大空氣孔1半徑為0.7微米，周期6-1為1.5微米，大小空氣孔中心間距6-2為1微米；四個橢圓形空氣孔3的長短軸半徑分別為0.5微米和1微米；對稱的上空氣孔2-1被鍍膜上厚度為40微米的金屬材料8-1，且下空氣孔2-2內側壁被鍍膜上厚度為35微米的金屬材料8-2。根據spr的混合模耦合效應和單偏振濾波特性，當包含a和b兩個波長的光進入單芯pcf7後，a波長光的x-偏振被吸收損耗掉而輸出y-偏振光，相對應的b波長光則只有x-偏振輸出，y-偏振被吸收損耗掉，由此可分裂兩個波長的光。另外，由於在橢圓空氣孔3中填充滿了磁流體。當外加垂直或水平磁場強度變化時，根據磁光效應，磁流體折射率會發生相應變化，從而導致單芯pcf模式的有效折射率發生變化，實現單偏振波長分裂的可調諧。