一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器，包括：两个束缚模波导，一个泄漏模波导，以及探测器阵列；束缚模波导是与待分辨光路波导结构相匹配的波导，用于导入和导出待分辨光路波导传输的光信号；泄漏模波导是与束缚模波导结构相匹配的波导，用于泄漏其芯层的部分光信号；探测器阵列为一系列光电探测器，用于检测从泄漏模波导芯层泄露出来的光信号。本发明专利技术具有紧凑的外形和完善的功能，而且制作简单、使用方便。它可以实现光信号在传输过程中，低损且连续地检测矢量偏振，以提取隐藏在波导芯层的信息。同时，相关装置在工作的过程中不会被中断，可以实现矢量偏振的在线分辨，并且分辨度较好，准确度较高。

An on-line vector polarizer based on leaky mode waveguide

The invention discloses a distinguisher, online vector polarization based on leaky waveguide includes two bound waveguide, a leaky waveguide, and detector array; binding mode waveguide is to distinguish waveguide optical waveguide structure to match the optical signal for import and export to distinguish the optical waveguide transmission leaky waveguide; waveguide matching bound mode waveguide structure, for a portion of the optical signal leakage of the core layer; the detector array is a series of photoelectric detector for optical signal detection leaked from the leaky waveguide core layer. The invention has a compact shape and perfect function, and is simple in making and convenient in use. It can realize the optical signal in the transmission process, low loss and continuous detection of vector polarization, in order to extract the information hidden in the core layer of the waveguide. At the same time, the related devices will not be interrupted in the process of work, and the on-line resolution of vector polarization can be realized, and the resolution is better and the accuracy is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器
本专利技术属于光学通信领域，光学器件领域，以及波导器件和集成器件领域，更具体地，涉及一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器
技术介绍
随着光学通信的飞速发展，泄漏模波导由于其自身能量泄漏的特点，在传感与耦合等领域具有很重要的地位。早在20世纪下半叶，泄漏模波导就已经是微波波导研究最活跃的领域之一。1956年，布鲁克林理工学院的一系列报告，首次提出了泄漏模式的概念。同年，Marcuvitz的文章“Onfieldrepresentationsintermsofleakymodesoreigenmodes”，第一次将泄漏模式与量子力学中的势阱类比，并指出现有的波动方程仅能描述泄漏模式具有复传播常数的中心区域的场，而该场在无限横向空间处则是以指数形式增长。随后，越来越多的科研工作者开始研究泄漏模波导，将其色散和损耗等特性应用于光学通信。模式分辨作为分析提取光信息的重要方式，被广泛应用于激光、传感、耦合以及光纤通信等众多领域，而偏振分辨是模式分辨中更精细的一种分析方式，它可以区分具有不同偏振的模式。2003年，中国专利技术专利CN1441271A“波导型偏振模式分离器”中介绍了一种偏振模式分离的波导型器件，该器件利用光学分束器得到两路相同的光信号，再利用顶层覆盖有金属的波导结构对横电场(TE)模式和横磁场(TM)模式有效折射率的不同影响使得两路光信号的不同偏振模式获得不同相位差，最后将两路光信号输入到3dB耦合器，不同相位信号将从不同的端口输出，从而实现了不同偏振模式的分离。可以看出，上述专利技术是一个独立的光信号偏振模式分离提取装置，它不能实时分辨模式，并且分离的偏振模式有限，还在一定程度上破坏了初始信号的完整性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器，其目的在于实时区分具有不同矢量偏振的模式，旨在解决现有的偏振分辨非在线、分辨器制备复杂的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器，包括：两个束缚模波导，一个泄漏模波导和探测器阵列；所述泄漏模波导是模式泄漏型波导，用于泄漏其芯层的部分光信号；所述泄漏模波导两端各设有一个所述束缚模波导，其与泄漏模波导同轴无间隙设置，共同构成一个光通道；所述束缚模波导、泄漏模波导与待分辨光路波导结构相匹配，所述束缚模波导用于导入和导出待分辨光路波导内的光信号；所述探测器阵列设置在泄漏模波导表面，由多个性能相同的光电探测器绕所述泄漏模波导径向排列组成，各探测器在轴向位置平齐，其构成的平面与波导轴线垂直；用于检测从泄漏模波导芯层泄露出来的光信号。进一步地，所述探测器阵列探测器个数为N，其中M个探测器构成一个探测器组，M为大于或等于2的整数，等于对应矢量偏振模式远场辐射图中峰值的个数；同组探测器中，各探测器布放位置是根据相应矢量偏振模式的远场辐射图来确定的。对于一个矢量偏振模式，存在M束漏光，各个泄漏光束与波导中心轴之间的夹角是一样的，但位置不同，类似于圆锥。进一步地，所述探测器阵列有Q个探测器组，Q值等于待分辨矢量偏振模式的个数；对于仅分辨一种阶数模式中的矢量偏振来说Q值为2，分辨多种阶数模式的矢量偏振时Q值等于待分辨阶数模式个数的两倍。其中，各个探测器组中，探测器的分布各不相同，包括排列方式不同或者探测器的数量不同，这是模式本身的特征确定的，我们通过观察远场辐射图来获取这个特征；每组探测器分布都有对应的矢量偏振模式，通过计算确定好两者的对应关系，提前设置好对应于所需分辨矢量偏振模式的多组探测器。进一步地，一种基于所述矢量偏振分辨器的基模分辨器，其特征在于，所述探测器阵列有两个探测器组，每组的两个探测器关于波导轴线对称设置在水平或竖直方向。进一步地，一种基于所述矢量偏振分辨器的二阶模分辨器，其特征在于，所述探测器阵列有两个探测器组，任一探测器组由四个探测器构成，四个探测器关于波导轴线呈90度夹角对称设置。进一步地，所述特定阶数模式的矢量偏振分辨器，其特征在于，所述两组探测器阵列中的探测器各自在轴向平齐，但平齐的位置存在差异。进一步地，所述特定阶数模式的矢量偏振分辨器探测器阵列，其特征在于，所述轴向平齐位置由对应模式阶数决定，可以通过计算确定。更进一步地，所述探测器阵列的轴向位置可以在轴向方向左右平移，以适应不同阶数模式中的矢量偏振模的分辨。使用中，将分辨器两端的束缚模波导与待分辨光路波导对接，因为各个波导的结构均相匹配，所以待分辨光路波导中的大部分光能耦合进泄漏模波导，少部分光信号从泄漏模波导芯层泄露出来被光电探测器检测。其中少部分光信号中已经包含了待分辨光路波导芯层全部的矢量偏振模式，由于不同矢量偏振模式的远场辐射图不同，探测器能发生响应的位置也不相同，故可以按照一个探测器组对应一种远场辐射图峰值的分布，及多个探测器组中探测器位置重复时只需设置一个的准则，来提前校准好各个探测器组。再通过观察检测到信号的探测器的分布，比照预先确定好的标准对应关系，从而得出相应矢量偏振模式的种类。。本专利技术具有紧凑的外形和完善的功能，而且制作简单、使用方便。它可以实现光在传输的过程中，低损且连续地检测矢量偏振，以提取隐藏在波导芯层的信息。同时，由于该分辨器可以事先接入传输光路，所以相关装置在工作过程中不会中断，初始光信号也不会被破坏，可以进行实时分辨。除此之外，本专利技术在工作过程中的矢量偏振分辨度相对较好，不同矢量偏振模式之间差异明显，因此准确度高。附图说明图1是本专利技术矢量偏振分辨器的结构示意图；图2是本专利技术束缚模波导和泄漏模波导的截面图；图3是各个泄漏模式的能量分布图以及远场辐射图；图4是两个二阶偏振模式各自偶数模和奇数模的芯层能量分布图以及相应的远场分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1是本专利技术矢量偏振分辨器的结构示意图，其中束缚模波导选择了一般阶跃波导，泄漏模波导选择了W型泄漏波导，图2是束缚模波导和泄漏模波导的截面图。阶跃波导芯层折射率为n1，外包层折射率为n0；W型泄漏波导具有两个包层，芯层和外包层的折射率为n1，内包层的折射率为n0；其中n1>n0。两种波导芯层的厚度相同，设为a；W型波导的内包层厚度设为d；波长为λ。由于束缚模波导与泄漏模波导相匹配，所以大部分光能耦合进泄漏模波导。然后通过改变d的大小来改变泄漏模式的泄漏率，使得大部分光仍然留在芯层，最终耦合进下一个束缚模波导。少部分泄露出来的光被探测器检测。根据现有的理论，我们进一步得到了芯层半径为a、内包层半径为b的W型泄漏波导泄漏模式电场和磁场的纵向分量表达式：其中Jm是第一类贝塞尔函数，Im是第一类修正贝塞尔函数，Km是第二类修正贝塞尔函数，Hm(2)是第二类汉克尔函数；m表示各个函数的阶数。而i取1、2、3；i表示泄漏模波导的第i层，ni是第i层的折射率，ki是第i层的波矢，ki⊥表示其垂直与波导轴线的分量，k0表示自由空间波数，β是模式的复传播常数；φ是泄漏光束与波导中心轴的夹角，ε是介电常数；Z0是真空阻抗；r代表模场到波导中心轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器，其特征在于，包括：两个束缚模波导，一个泄漏模波导和探测器阵列；所述泄漏模波导是模式泄漏型波导，用于泄漏其芯层的部分光信号；所述泄漏模波导两端各设有一个所述束缚模波导，其与泄漏模波导同轴无间隙设置，共同构成一个光通道；所述束缚模波导、泄漏模波导与待分辨光路波导结构相匹配，所述束缚模波导用于导入和导出待分辨光路波导内的光信号；所述探测器阵列设置在泄漏模波导表面，由多个性能相同的光电探测器绕所述泄漏模波导径向排列组成，各探测器在轴向位置平齐，其构成的平面与波导轴线垂直；用于检测从泄漏模波导芯层泄露出来的光信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于泄漏模波导的在线矢量偏振分辨器，其特征在于，包括：两个束缚模波导，一个泄漏模波导和探测器阵列；所述泄漏模波导是模式泄漏型波导，用于泄漏其芯层的部分光信号；所述泄漏模波导两端各设有一个所述束缚模波导，其与泄漏模波导同轴无间隙设置，共同构成一个光通道；所述束缚模波导、泄漏模波导与待分辨光路波导结构相匹配，所述束缚模波导用于导入和导出待分辨光路波导内的光信号；所述探测器阵列设置在泄漏模波导表面，由多个性能相同的光电探测器绕所述泄漏模波导径向排列组成，各探测器在轴向位置平齐，其构成的平面与波导轴线垂直；用于检测从泄漏模波导芯层泄露出来的光信号。2.如权利要求1所述的矢量偏振分辨器，其特征在于，所述探测器阵列探测器个数为N，其中M个探测器构成一个探测器组，M为大于或等于2的整数，等于对应矢量偏振模式远场辐射图中峰值的个数；同组探测器中，各探测器布放位置是根据相应矢量偏振模式的远场辐射图来确定的。3.如权利要求2所述的矢量偏振分辨器，其特征在于，所述探测器阵列有Q个探测器组，Q值等于待分辨矢量偏振模式的个数；对于仅分辨一种阶数模式中的矢量偏振来说Q值为2，分辨多种阶数模式的矢量偏振时Q值等于待分辨阶数模式个数的两倍；其中，各个探测器组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云天，徐竞，刘嘉玲，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42