一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器及制作方法，制作方法包括：根据双螺旋手征长周期光纤光栅将纤芯基模耦合至高阶包层模所满足的第一相位匹配条件计算其工作在色散转折点时的光栅周期范围；对双螺旋手征长周期光纤光栅引入啁啾，得到双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅；根据光栅周期范围获取双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中每个光栅段的光栅周期；在局部坐标系中建立双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅的目标耦合方程；根据光栅段输出端与输入端的振幅关系，结合目标耦合方程，计算每个光栅段的长度；根据光栅周期和长度制作得到全光纤型圆起偏器。该制作方法可以制作得到工作带宽平坦、带宽较宽、体积小、成本低的全光纤型圆起偏器。全光纤型圆起偏器。全光纤型圆起偏器。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器及制作方法


[0001]本专利技术属于光纤型无源器件
，具体涉及一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器及制作方法。

技术介绍

[0002]圆偏振技术在光纤传感和光纤通信等领域具有重要应用。圆偏振光的偏振特性在水下光通信、光纤陀螺、光纤电流传感器、偏振成像等方面具有重要的研究意义和应用价值。通常圆偏振起偏器采用分立元件组成，导致整个光网络存在体积大，不易集成，插入损耗大，工作不稳定等缺点。随着研究的深入和应用的需要，对于圆偏振光调制器件的功能及性能又提出了更高要求。近年来，光纤型圆起偏器成为一项研究热点，其相关性能参数都在迅速优化。由于光纤型圆起偏器具有：结构简单、容易制作、并且具有许多优良而独特的圆偏振起偏和传感特性，越来越多的研究组都致力于光纤型圆起偏器的制作和应用研究。
[0003]然而，目前的圆偏振器带宽很窄(几纳米)且功率不平坦，不仅削弱了通信系统的频谱效率、通讯容量、探测精度以及适用性，而且存在随环境变化产生工作波段偏移导致器件工作指标/性能急剧下降的问题。这些因素都限制了圆偏振器在全光通信、传感以及调制系统中的推广和应用。与此同时，光纤型圆起偏器的出现，为高性能圆偏振器的设计带来希望，更重要的是为实现全光纤系统中圆偏振光的传输提供可能。因此，关于光纤型圆起偏器的研究吸引了国内外众多知名高校和研究机构的重点关注。然而，相关研究才逐步展开，针对急需的宽带平坦的光纤型圆偏振器的研究还未见报道。综上所述，设计和实现具有超宽带平坦特性的全光纤型圆起偏器是一个非常值得深入研究的课题。
[0004]现有技术中，一般使用以下技术产生圆偏振光：圆偏振玻片、偏振分光棱镜、空间光调制器、螺旋保偏光纤等。然而，上述技术实现的圆偏振器的体积大，价格相对昂贵，工作带宽窄且功率不平坦，而大部分圆偏振器都需要复杂的空间结构，其器件性能的色散效应严重且在全光通信系统中不能实现全光纤化。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器及制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术实施例提供了一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，包括步骤：
[0007]根据双螺旋手征长周期光纤光栅将纤芯基模耦合至高阶包层模所满足的第一相位匹配条件计算所述双螺旋手征长周期光纤光栅工作在色散转折点时的光栅周期范围；
[0008]对所述双螺旋手征长周期光纤光栅引入啁啾，得到双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅；
[0009]根据所述光栅周期范围获取所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中每个光栅段的光栅周期，其中，所述光栅周期随着光纤轴位置变化；
[0010]在局部坐标系中建立所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中右旋圆偏振的纤芯模式与左旋圆偏振的包层模式之间相互作用下的目标耦合方程；
[0011]根据所述光栅段输出端与输入端的振幅关系，结合所述目标耦合方程，计算每个所述光栅段的长度；
[0012]根据所述光栅周期和所述长度制作得到所述全光纤型圆起偏器。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述第一相位匹配条件为：
[0014]λ
res
＝(n
eff,01
‑
n
eff,0n
)Λ
[0015]其中，λ
res
表示谐振波长，Λ表示光栅周期，n
eff,01
表示LP
01
纤芯基模的有效折射率，n
eff,0n
表示LP
0n
包层模的有效折射率。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，每个所述光栅段的所述光栅周期为：
[0017]Λ＝Λ0+cz
[0018]其中，Λ0表示啁啾周期的起始周期大小，z为光纤轴向位置，z取值范围从0到L，c＝ΔΛ/L，c表示啁啾系数，ΔΛ表示啁啾光栅总的周期变化量。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在局部坐标系中建立所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中右旋圆偏振的纤芯模式与左旋圆偏振的包层模式之间的目标耦合方程，包括：
[0020]在局部坐标系中建立第一坐标系、第二坐标系偏振纤芯模和包层模的圆偏振模耦合方程；
[0021]基于所述右旋圆偏振的纤芯模式与所述左旋圆偏振的包层模式之间的相互耦合作用，以及所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅的将纤芯基模LP
01
耦合至高阶包层模LP
0n
所满足的第二相位匹配条件，对所述圆偏振模耦合方程进行简化，得到所述目标耦合方程。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述圆偏振模耦合方程为：
[0023][0024][0025][0026]其中，κ和κ'均表示耦合系数，τ(τ＝2π/P)表示旋扭率，P表示光纤螺距，表示右旋的圆偏振纤芯层的振幅，表示右旋的圆偏振纤芯层的振幅，表示左旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅，表示右旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅，β
co
表示理想各向同性光纤中芯层模HE
11
的传播常数，的传播常数，分别表示不同模式的归一化的电场分布，上标x或y表示模式的主要横向分量的偏振方向，ε0表示介电常数分布的各向同性部分，Δε
x
表示x偏振模式下介电常数分布的各向异性扰动部分，Δε
y
表示y偏振模式下介电常数分布的各向异性扰动部分，j表示复数，ω表示光波角频率，s表示积分面积。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，所述第二相位匹配条件为：
[0028]λ
res
＝(n
eff,01
‑
n
eff,0n
)Λ(z)
[0029]其中，λ
res
表示谐振波长，Λ表示光栅周期，z表示光纤轴位置，n
eff,01
表示LP
01
纤芯
基模的有效折射率，n
eff,0n
表示LP
0n
包层模的有效折射率。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，所述目标耦合方程为：
[0031][0032][0033]其中，κ表示耦合系数，τ(τ＝2π/P)表示旋扭率，P表示光纤螺距，表示右旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅，表示左旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅；β
co
表示理想各向同性光纤中芯层模HE
11
的传播常数，的传播常数，分别表示不同模式的归一化的电场分布，上标x或y表示模式的主要横向分量的偏振方向，ε0表示介电常数分布的各向同性部分，Δε
x
表示x偏振模式下介电常数分布的各向异性扰动部分，Δε
y
表示y偏振模式下介电常数分布的各向异性扰动部分，j表示复数，ω表示光波角频率，s表示积分面积。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，所述振幅关系为：
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，其特征在于，包括步骤：根据双螺旋手征长周期光纤光栅将纤芯基模耦合至高阶包层模所满足的第一相位匹配条件计算所述双螺旋手征长周期光纤光栅工作在色散转折点时的光栅周期范围；对所述双螺旋手征长周期光纤光栅引入啁啾，得到双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅；根据所述光栅周期范围获取所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中每个光栅段的光栅周期，其中，所述光栅周期随着光纤轴位置变化；在局部坐标系中建立所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中右旋圆偏振的纤芯模式与左旋圆偏振的包层模式之间相互作用下的目标耦合方程；根据所述光栅段输出端与输入端的振幅关系，结合所述目标耦合方程，计算每个所述光栅段的长度；根据所述光栅周期和所述长度制作得到所述全光纤型圆起偏器。2.根据权利要求1所述的超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，其特征在于，所述第一相位匹配条件为：λ
res
＝(n
eff,01
‑
n
eff,0n
)Λ其中，λ
res
表示谐振波长，Λ表示光栅周期，n
eff,01
表示LP
01
纤芯基模的有效折射率，n
eff,0n
表示LP
0n
包层模的有效折射率。3.根据权利要求1所述的超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，其特征在于，每个所述光栅段的所述光栅周期为：Λ＝Λ0+cz其中，Λ0表示啁啾周期的起始周期大小，z为光纤轴向位置，z取值范围从0到L，c＝ΔΛ/L，c表示啁啾系数，ΔΛ表示啁啾光栅总的周期变化量。4.根据权利要求1所述的超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，其特征在于，在局部坐标系中建立所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅中右旋圆偏振的纤芯模式与左旋圆偏振的包层模式之间的目标耦合方程，包括：在局部坐标系中建立第一坐标系、第二坐标系偏振纤芯模和包层模的圆偏振模耦合方程；基于所述右旋圆偏振的纤芯模式与所述左旋圆偏振的包层模式之间的相互耦合作用，以及所述双螺旋啁啾型手征长周期光纤光栅的将纤芯基模LP
01
耦合至高阶包层模LP
0n
所满足的第二相位匹配条件，对所述圆偏振模耦合方程进行简化，得到所述目标耦合方程。5.根据权利要求4所述的超宽带平坦的全光纤型圆起偏器的制作方法，其特征在于，所述圆偏振模耦合方程为：述圆偏振模耦合方程为：述圆偏振模耦合方程为：
其中，κ和κ'均表示耦合系数，τ(τ＝2π/P)表示旋扭率，P表示光纤螺距，表示右旋的圆偏振纤芯层的振幅，表示右旋的圆偏振纤芯层的振幅，表示左旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅，表示右旋的圆偏振纤芯层和包层的振幅，β
co
表示理想各向同性光纤中芯层模HE
11
的传播常数，的传播常数，分别表示不同模式的归一化的电场分布，上标x或y表示模式的主要横向分量的偏振方向，ε0表示介电常数分布的各向同性部分，Δε
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：任凯利，姚柯新，韩艳，梁磊，韩冬冬，郑益朋，王勇凯，刘继红，董军，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：