[发明专利]一种双芯光纤上集成超构表面的动态调控光场器件

说明书

本发明涉及一种双芯光纤上集成超构表面的动态调控光场器件，包括光源、隔离器、可变衰减器、电光调制器、两个偏振控制器、Fan out器件和双芯光纤，光源连接隔离器，光源信号经过隔离器后分为两路信号，两路信号分别连接可变衰减器和电光调制器，经可变衰减器和电光调制器输出信号分别输入到单模光纤，两根单模光纤通过Fan out器件与双芯光纤连接，双芯光纤两根纤芯均为单模，且两根纤芯的直径和折射率都相同，双芯光纤的端面为超构表面。本发明具有低能耗、动态可调谐、多自由度调控、系统稳定、抗干扰能力强的优点。

技术领域

本发明涉及一种动态调控光场器件，特别是一种双芯光纤上集成超构表面的动态调控光场器件，属于电磁波、电磁超材料及光纤传感技术领域，主要用于特殊光场产生及新型光纤传感中。

背景技术

超构材料是利用自然界的常规材料人工设计的复合媒质，其结构单元的尺度在亚波长量级，可以实现天然材料所没有的电磁特性，具有超强的、全面的光波调控能力，可以灵活地控制光的幅值、相位、偏振和传播方向。在超构材料特性的动态调控方面，相干控制借助第二束光幅度或相位的变化来调节超构材料的波前、偏振态、异常折射、激光调控等特性。

随着光纤技术的不断发展，各种新型结构光纤也不断涌现。为了解决降低光纤光缆的制造成本和开发高密集度大芯数光缆这两大难题，S.Inao于1979年提出了多芯光纤的概念。双芯光纤是结构最简单的多芯光纤。利用双芯光纤可以实现定向耦合器、复用/解复用器、双芯光纤分波/合波器、滤波器、传感器等。普通意义的双芯光纤,它是由两个平行的纤芯和包围这两个纤芯的公共包层组成的无空气孔辅助的实心光纤。利用双芯光纤构成的干涉型光纤传感器结构简单、集成度高、制作方便。

近年，随着微纳加工技术的发展，光纤在线实验室技术通过集成功能性的材料和微纳尺度的结构单元可以将一个功能单一的光纤变成多功能的传感器。英国的研究人员Zheludev等研究人员研究了全光纤超构材料的相干吸收，实现了逻辑功能器件，具有信息传递快、低损耗等特点。意大利的研究人员Cusano等利用FIB技术在单模光纤端面加工了多种超构表面，正常光束沿纤芯方向传输，无偏离角，而异常折射光存在偏离角度，角度大小取决于超构表面的结构设计，在光束整形、传感、生物成像、单分子探测等领域有良好的应用前景。但对于此种结构，其出射光场是固定的，无法进行动态的调控。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种低能耗、动态可调谐、多自由度调控、系统稳定、抗干扰能力强的双芯光纤上集成超构表面的动态调控光场器件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双芯光纤上集成超构表面的动态调控光场器件，包括光源、隔离器、可变衰减器、电光调制器、两个偏振控制器、Fan out器件和双芯光纤，光源连接隔离器，光源信号经过隔离器后分为两路信号，两路信号分别连接可变衰减器和电光调制器，经可变衰减器和电光调制器输出信号分别输入到单模光纤，两根单模光纤通过Fan out器件与双芯光纤连接，双芯光纤两根纤芯均为单模，且两根纤芯的直径和折射率都相同，双芯光纤的端面为超构表面。

本发明还包括：

1.超构表面的结构是产生任意角度的异常折射的金属超构表面。

2.两根单模光纤通过Fan out器件与双芯光纤连接是通过侧抛技术实现双芯光纤和两根单模光纤的耦合连接及纤芯对准连接。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：

1、提出了超构表面集成的多芯光纤微小型实验室。将复合超构表面设计到双芯光纤端面，便与实现多功能的微纳光纤器件，其具有体积小，集成度高，易于实现全光纤集成等特色；

2、提出了超构表面集成的双芯光纤光场的动态调控方案，借助双芯光纤的多通道信号对超构表面光场进行新颖主动操控。利用双芯信号之间的相位差可以很轻松地实现超构表面光场的动态调控。该器件具有低能耗、动态可调谐、多自由度调控等特点。