基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器制造技术

本发明专利技术提供一种基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器，所述偏振器包括：第一单模光纤段、第二单模光纤段和偏振态调制光纤段；光束从第一单模光纤段输入，并经偏振态调制光纤段后从第二单模光纤段输出；偏振态调制光纤段的外表面覆有沿纤芯的周向相间隔地排布纤芯的轴向上延伸的第一金属膜层和第二金属膜层，偏振态调制光纤段的包层厚度小于单模光纤段的包层厚度，第一金属膜层和第二金属膜层关于偏振态调制光纤段的中心轴对称，偏振态调制光纤段作为混合等离激元波导结构吸收偏振方向为第一方向的光，输出偏振方向为与第一方向垂直的第二方向的光。本发明专利技术的光纤偏振器结构简单、紧凑，能在毫米量级尺度上具有高偏振消光比并实现更低的插入损耗。振消光比并实现更低的插入损耗。振消光比并实现更低的插入损耗。

【技术实现步骤摘要】
基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器


[0001]本专利技术涉及偏振光学
，尤其涉及一种基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器。

技术介绍

[0002]光纤中传输光波的偏振管理和控制对于构建光纤通信系统、偏振调制型光纤传感器和偏振相关型光纤激光器等都具有极其重要的应用价值。传统的光学偏振器主要包括基于各向异性吸收特性的薄膜型偏振器、基于双折射效应的棱镜型偏振器和基于布儒斯特反射特性的偏振器。尽管偏振选择机理不同，这些类型的偏振器都是体型器件，并不适合光纤传输系统中的光波偏振态调制。为此，研制具有高偏振消光比和低插入损耗的全光纤型偏振器一直是无源光纤器件和偏振光学
的研究热点。
[0003]早在上世纪八十年代就提出的单偏振光纤，由于只能传输单个偏振模，具有较高偏振消光比，可以作为光纤偏振器使用。到目前为止，各种基于应力施加型高双折射光纤、高双折射光子晶体光纤和空气孔辅助纤芯高双折射光纤的单偏振光纤相继出现，并且在提高偏振消光比和拓展单偏振带宽方面取得了重要进展。但是，具有高偏振消光比的单偏振光纤使用长度通常在米量级，并不适合应用于结构紧凑的集成光子回路系统，而且单偏振光纤的模场大多呈非圆对称分布，不利于与具有圆对称模场分布的常规单模光纤进行高效耦合。利用金属膜的表面等离激元激发所引起的偏振选择性吸收效应，已有研究人员成功研制了尺寸为毫米量级的高消光比光纤偏振器，请见参考文献1
‑
3。
[0004]现有的基于金属薄膜偏振选择性吸收效应的光纤偏振器存在光纤与金属薄膜不成一体导致的结构不紧凑和健壮的问题，以及使用D型高双折射等特种光纤而带来的波导结构复杂和制作成本高的问题。因此，提出一种结构简单、紧凑且制作成本低的光纤与金属薄膜成一体的光纤偏振器是一个有待解决的技术问题。
[0005]参考文献列表：
[0006]文献1：C.H.Dong等，“In
‑
line high efficient fiber polarizerbased on surface plasmon,”AppliedPhysics Letters,vol.100,041104,2012；
[0007]文献2：Y.Ma等，“Optical microfiber
‑
loaded surface plasmonic TE
‑
pass polarizer,”Optics&LaserTecchnology,vol.78,101
‑
105,2016；
[0008]文献3：X.Wang等，“Polarization selectivity ofthe thin
‑
metal
‑
film plasmon
‑
assisted fiber
‑
optic polarizer,”ACSApplied Materials&Interfaces,vol.12,32189
‑
32196,2020。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器，以消除或改善现有技术中存在的基于金属薄膜偏振选择吸收效应的光纤偏振器结构不紧凑和健壮的问题，以及制作难度大、成本高、无法和常规单模光纤高效耦合的问题。
[0010]本专利技术的一个方面提供了一种基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器，该全光纤型偏振器包括：第一单模光纤段、第二单模光纤段和偏振态调制光纤段；
[0011]所述第一单模光纤段位于所述偏振态调制光纤段的一端,所述第二单模光纤段位于所述偏振态调制光纤段的另一端，光束从所述第一单模光纤段输入，并经所述偏振态调制光纤段后从所述第二单模光纤段输出；
[0012]所述偏振态调制光纤段的外表面覆有沿纤芯的周向相间隔地排布并在纤芯的轴向上延伸的第一金属膜层和第二金属膜层，所述偏振态调制光纤段的包层厚度在预设厚度范围内且小于第一单模光纤段和第二单模光纤段的包层厚度，或者所述偏振态调制光纤段不具有包层；
[0013]所述第一金属膜层和第二金属膜层关于偏振态调制光纤段的中心轴对称，所述偏振态调制光纤段作为混合等离激元波导结构吸收偏振方向为第一方向的光，使得所述全光纤型偏振器输出偏振方向为第二方向的光，所述第一方向和第二方向垂直。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振器的第一单模光纤段、第二单模光纤段和偏振态调制光纤段为一体化设计。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述第一金属膜层和第二金属膜层在偏振态调制光纤段的周向上的弧度在π/18
‑
π/2之间。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振器的偏振消光比满足以下公式：
[0017][0018]其中，PER表示全光纤型偏振器的偏振消光比，P
x
和P
y
分别表示x偏振模光束和y偏振模光束的功率；和分别表示x偏振模光束和y偏振模光束的复有效折射率的虚部，L
m
为所述偏振态调制光纤段的长度。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述第一金属膜层和第二金属膜层的厚度在30
‑
200nm之间。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振态调制光纤段的包层的预设厚度为0μm
‑
4μm。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振器的偏振态调制光纤段的长度在1mm
‑
5mm之间。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振态调制光纤的纤芯直径范围在6
‑
10μm之间。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述第一金属膜层和第二金属膜层为金膜、银膜、铝膜或铬膜。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振态调制光纤段是通过以下工艺得到的：使用化学腐蚀的方法减小包层厚度并采用磁控溅射或蒸发镀膜方法涂覆金属膜层。
[0025]本专利技术的基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器，能够提供一种低成本的结构简单且紧凑的全光纤型偏振器，且全光纤型偏振器的两端都是常规单模光纤，有利于与单模光纤进行高效耦合。
[0026]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获
得。
[0027]本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。
附图说明
[0028]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本专利技术的原理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合等离激元波导结构的全光纤型偏振器，其特征在于，该全光纤型偏振器包括：第一单模光纤段、第二单模光纤段和偏振态调制光纤段；所述第一单模光纤段位于所述偏振态调制光纤段的一端,所述第二单模光纤段位于所述偏振态调制光纤段的另一端，光束从所述第一单模光纤段输入，并经所述偏振态调制光纤段后从所述第二单模光纤段输出；所述偏振态调制光纤段的外表面覆有沿纤芯的周向相间隔地排布并在纤芯的轴向上延伸的第一金属膜层和第二金属膜层，所述偏振态调制光纤段的包层厚度在预设厚度范围内且小于第一单模光纤段和第二单模光纤段的包层厚度，或者所述偏振态调制光纤段不具有包层；所述第一金属膜层和第二金属膜层关于偏振态调制光纤段的中心轴对称，所述偏振态调制光纤段作为混合等离激元波导结构吸收偏振方向为第一方向的光，使得所述全光纤型偏振器输出偏振方向为第二方向的光，所述第一方向和第二方向垂直。2.根据权利要求1所述的全光纤型偏振器，其特征在于，所述偏振器的第一单模光纤段、第二单模光纤段和偏振态调制光纤段为一体化设计。3.根据权利要求1所述的全光纤型偏振器，其特征在于，所述第一金属膜层和第二金属膜层在偏振态调制光纤段的周向上的弧度在π/18
‑
π/2之间。4.根据权利要求1所述的全光纤型偏振器，其特征在于，所述偏振器的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯素娟，尚亮，刘广强，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：