[发明专利]一种空气孔填充液晶的菱形双芯光子晶体光纤偏振分束器

说明书

本发明公开了一种空气孔填充液晶的菱形双芯光子晶体光纤偏振分束器，包括纤芯区域和包层区域；其中，包层区域位于纤芯区域的外侧；纤芯区域包括第一圆孔气孔、第一纤芯和第二纤芯，第一圆空气孔位于纤芯区域的正中心，其内部完全填充向列项液晶材料；第一纤芯和第二纤芯位于第一圆空气孔两侧；包层区域包括多个第二圆空气孔、多个第三圆空气孔以及多个第四圆空气孔；第一纤芯、第二纤芯、多个第二圆空气孔、多个第三圆空气孔以及多个第四圆空气孔环绕第一圆孔气孔呈多层排布结构，且多层排布结构的每一层均为菱形结构。本发明结构简单，长度较短，能够在全光通信系统等方面发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及光子晶体光纤偏振分束器技术领域，特别涉及一种空气孔填充液晶的菱形双芯光子晶体光纤偏振分束器。

背景技术

随着现代通信的快速发展，大容量、集成化的全光网络受到越来越多的关注，而偏振分束器作为其中一个重要的无源光器件，主要作用就是将一束光的两种相互垂直的偏振态分离开来。为了满足现代光通信系统的需求，偏振分束器将小型化、宽带宽和高消光比作为发展的目标。光子晶体光纤由于具有灵活可调的结构和一些传统光纤无法比拟的光学特性而得到了国内外学者的广泛研究，此后，基于光子晶体光纤的偏振分束器逐渐走进人们的视野。其中，基于双芯光子晶体光纤的偏振分束器的研究更为广泛，该种分束器主要是利用双芯的不对称性引起的双折射效应使两个偏振方向的光具有不同的耦合长度，从而实现偏振光的分离。

为了获得性能更好的双芯光子晶体光纤偏振分束器，学者们主要从以下几个方面入手：第一种是在结构上改变圆形空气孔的尺寸或排布方式，从而改变结构的不对称性，实现好的偏振效果。例如，2012年，Li等人设计了一种具有三种不同尺寸圆孔的双芯光子晶体光纤偏振分束器，该分束器的长度达到了544μm，消光比高于10dB的带宽达到了80nm。2016年，Zhang等人提出了一种含有大尺寸圆孔的双芯光子晶体光纤偏振分束器，在器件长度为4.21mm，消光比高于20dB的情况下实现了27nm的带宽。第二种是通过引入不规则空气孔，如椭圆型空气孔，来破坏结构的对称性，从而进一步增加光纤的双折射效果。例如，Feng等人在2014年介绍了一种基于椭圆双芯光子晶体光纤的偏振分束器，并最终实现了0.775mm的分束长度和30nm的带宽。Rajeswari等人在2017年设计出了一种具有两种尺寸椭圆空气孔的双芯光子晶体光纤偏振分束器，并得到了2mm的器件长度，52.5dB的消光比和100nm的带宽。第三种则是通过向空气孔中填充功能性的材料进一步增大纤芯区与包层区的折射率差，从而改善分束器的性能。基于这种方法，Fan等人在2016年设计出了一种金属纳米线填充空气孔的双芯光子晶体光纤偏振分束器，在器件长度为827μm的情况下，该分束器的最大带宽达到了103nm。

从上述可见，有一部分工作设计的光纤结构较为复杂，不仅涉及不同尺寸的空气孔，还涉及椭圆型的空气孔，这无疑给制备增加了一定的难度。还有一部分工作尽管具有相对宽的带宽，但是器件的长度较长，并不利于未来集成化的光通信系统发展。因此，对于新型偏振分束器结构的探索，依然具有挑战性。

发明内容

本发明提供了一种空气孔填充液晶的菱形双芯光子晶体光纤偏振分束器，以解决传统分束器所存在的结构复杂，长度较长的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种空气孔填充液晶的菱形双芯光子晶体光纤偏振分束器，所述偏振分束器包括纤芯区域和包层区域；其中，所述包层区域位于所述纤芯区域的外侧，所述纤芯区域和所述包层区域均填充有二氧化硅基底材料；

所述纤芯区域包括第一圆孔气孔、第一纤芯和第二纤芯，所述第一圆空气孔位于所述纤芯区域的正中心，且所述第一圆孔气孔的内部完全填充向列项液晶材料；所述第一纤芯和所述第二纤芯分别位于所述第一圆空气孔的左右两侧，且所述第一纤芯和所述第二纤芯与所述第一圆空气孔之间的距离均为Λ；