引用本文:

张怡,葛海波,吴昊,等. 基于六边形的双芯光子晶体光纤偏振分束器[J]. 光通信技术,2020,44(10):53-57.

基于六边形的双芯光子晶体光纤偏振分束器

张 怡,葛海波*,吴 昊,安文喆

(西安邮电大学 电子工程学院,西安 710121)

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摘要:为了得到短长度、高消光比的偏振分束器,设计了一种基质为二氧化硅的六边形双芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,利用全矢量有限元法和模式耦合理论对偏振分束器的耦合长度、耦合长度比、消光比和带宽进行了数值分析。研究结果表明:在波长1550 nm处,偏振分束器的长度为103.05 μm,消光比高达117.78 dB,消光比大于20 dB的带宽为100 nm,覆盖了整个C波段以及S和L的大部分波段。

关键词:光子晶体光纤;偏振分束器;有限元法;耦合长度;消光比

中图分类号:TN919 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)10-0053-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.10.013

0 引言
       随着光通信技术的不断发展,高速度、大容量的全光网络[1]需要性能更加优越的光学器件的支持。偏振分束器[2-3]作为光学系统中一个重要的组成部分,它的作用是将一束光分离成正交的两束偏振光。传统单模光纤[4-5]的偏振分束器长度长、消光比较低,已经不能满足高性能光学应用系统的需要,因此设计超短长度、高消光比和宽带宽等性能优良的偏振分束器就显得尤为重要。由于光子晶体光纤(PCF)[6]独特的光学特性,诸如无截止的单模传输特性[7]、高双折射特性[8]、高非线性[9]、低损耗特性[10]及色散可调[11]等,使得基于PCF的偏振分束器引起了广大学者的研究兴趣,目前已经有各种结构的PCF偏振分束器被报道。2013年,韩博琳等人[12]利用全矢量有限元法,设计了一种新型超宽带的PCF偏振分束器,消光比高于20 dB的带宽达到600 nm,其长度为7.362 mm。2014年,Sheng Z 等人[13]设计的双椭圆PCF偏振分束器长度短至0.775 μm,消光比达到了50 dB,大于20 dB的带宽为32 nm。2015年,曹晔等人[14]设计的基于碲酸盐的包层为六边形的单芯PCF偏振分束器长度为15 mm,在1550 nm处的消光比为-40.2 dB,小于-20 dB的带宽为67.1 nm。同年,李绪友等人[15]利用全矢量有限元法设计了一种纤芯掺杂低折射率材料的双芯PCF,其长度只有0.58 mm,消光比高达82.33 dB,高于20 dB的带宽为70 nm。2016年,刘兆伦等人[16]设计的全固态三芯PCF偏振分束器在波长1.55 μm处的消光比高达-101.27 dB,小于-20 dB的带宽为100 nm,长度为1.14 mm。2017年,Rajeswari D等人[17]利用有限元法设计了长度为2 mm、消光比为-52.5 dB和带宽达到100 nm的双芯PCF偏振分束器;同年,HE F等人[18]设计的基于碲酸盐玻璃的具有5个椭圆的双芯PCF偏振分束器的消光比高达124.92 dB,带宽达到了165 nm,长度仅为105.156 μm。2019年,Jegadeesan S等人[19]设计的基于二氧化硅的六边形双芯PCF偏振分束器长度为1.9 mm,带宽为80 nm,消光比为-34.988 dB。上述这些分束器有消光比高的,长度短的和带宽宽的,但都没有同时达到短长度、高消光比和宽带宽的性能要求。
  为了得到性能更加优越的偏振分束器,本文设计背景材料为二氧化硅的六边形双芯PCF偏振分束器。

3 结束语
      本文提出了一种以二氧化硅为背景材料的新型六边形双芯PCF偏振分束器,得到了一种高消光比、长度短和带宽宽的偏振分束器。偏振分束器在1.550 μm处的长度为103.05 μm,消光比为117.78 dB,高于20 dB的带宽为100 nm,波长范围为1.5~1.6 μm,覆盖了整个C波段以及S、L波段的大部分波段。本文设计的新型结构对设计性能更加优越的偏振分束器有着一定的参考意义。