[发明专利]基于多芯耦合光纤和衬底开关效应的可控偏振分束器

说明书

本发明提供一种基于多芯耦合光纤和衬底开关效应的可控偏振分束器，包括由多芯耦合光纤拉锥处理后得到的圆对称结构的同轴干涉仪，以及同轴干涉仪底部设置的衬底；多芯耦合光纤包括纤芯和包层，纤芯的数量大于1，纤芯分为中间芯和外围芯，中间芯和外围芯的芯径相同，且相邻纤芯之间的芯间距相等；衬底的折射率低于多芯耦合光纤的折射率，并高于空气的折射率；通过衬底靠近程度来调控中间芯与外围芯之间的线性偏振光光强比例，形成中间芯和外围芯的光开关切换和光控效应。本发明利用衬底效应使得中间芯和外围芯的偏振光的能量呈现相反的状态；通过调整输入的偏振光角度，还可以控制不同纤芯内部能量的分布，进而达到控制多芯光纤光路的目的。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种基于多芯耦合光纤和衬底开关效应的可控偏振分束器。

背景技术

多芯光纤为设计大容量应用光纤提供了一种革新方法。多芯光纤应用范围广泛：如地铁网络系统、无线电基站、连接数据中心底板、芯片通信系统、新型光纤放大器、石油勘探中井下传感以及管道检测。多芯光纤从节省空间方面到提高高速通信的能力都有优势，使其更加小型化、有弹性、灵活性和可定制。多芯光纤的小尺寸、纤芯的空间分布以及良好的热稳定性等特性，使其在光纤传感领域应用广泛。

光纤偏振分束器是一种重要的分光器件，在集成光学领域有着极其重要的应用。一般的偏振分束器都有一个共同的特点：偏振光在自由空间（或介质）中分离，为了得到全反射或布鲁斯特角，偏振光需要倾斜入射。在许多应用体系中，为了将偏振光耦合到波导结构中，需要在光路中添加额外的耦合器，但是会降低整体的能量和消光比。目前报道了许多其他种类的分束器，通过集成波导技术来分离波导间的光。不过上述分束器首先需要耦合器将光能量耦合到波导结构中，大部分利用了材料的双折射效应，或者需要设计成合适的结构，这就需要很长的距离来获得两个偏振方向。

文献“带输入、输出端口的双芯光纤偏振分束器的研究”报道了一种基于椭圆双芯光纤的结构；文献“Assembly of silica nanowires on silica aerogels formicrophotonic devices”报道了在气凝胶衬底上弯曲2根直径为420 nm 的纳米光纤做成的X形耦合器，该文献里报道的气凝胶衬底的作用是支撑和光学导向性。文献“微纳光纤偏振分束器特性研究”报道了通过改变微纳光纤偏振分束器的几何特性对偏振分束性能的影响，优化设计了微纳光纤耦合型偏振分束器。

CN105116486A公开了一种具有高双折射的八边形双芯光子晶体光纤偏振分束器，通过改进光纤包层中空气孔的分布方式来增强结构的不对称性。该专利改变结构不对称性的方法是改变光纤包层空气孔的分布，其原理是形成高双折射率区域。

CN206818908U公开了一种正交双芯光纤偏振分束器，其包括沿轴向设置有多个圆形空气孔的基底，基底设有空气孔的区域形成包层，材质是高纯度石英。该专利中的两个纤芯相互垂直，且利用的是折射率匹配耦合原理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于多芯耦合光纤和衬底开关效应的可控偏振分束器，利用衬底效应调控中间芯和外围芯输出干涉光谱。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于多芯耦合光纤和衬底开关效应的可控偏振分束器，其特征在于：它包括由多芯耦合光纤拉锥处理后得到的圆对称结构的同轴干涉仪，以及同轴干涉仪底部设置的衬底；其中，

多芯耦合光纤包括纤芯和包层，纤芯的数量大于1，纤芯分为中间芯和外围芯，中间芯和外围芯的芯径相同，且相邻纤芯之间的芯间距相等；

衬底的折射率低于多芯耦合光纤的折射率，并高于空气的折射率；通过衬底靠近程度来调控中间芯与外围芯之间的线性偏振光光强比例，形成中间芯和外围芯的光开关切换和光控效应。

按上述方案，所述的同轴干涉仪包括两端的锥形部和中间平直的腰部；所述的衬底与同轴干涉仪的底部贴合。