基于表面等离子体共振的中空光纤偏振器研究

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偏振器是通信系统以及各种光学传感系统中的核心器件,其作用是产生和检测偏振光。随着通信技术的发展,传统的大体积、结构复杂的偏振器已经不适用于现在的光纤通信系统,因此制备体积小、结构简单、高消光比(Extinction Ratio,ER)的光纤偏振器已经成为必然的趋势。目前大多数光纤偏振器的工作带宽较窄,应用范围受到限制。为了使偏振器更高效、灵活地应用于各种复杂多变的光纤系统,本文基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)提出了两种光纤偏振器:双芯中空光纤SPR可调谐偏振器和双D形孔双包层光纤SPR宽带偏振器。通过全矢量有限元软件Comsol Multiphysics对上述两种光纤偏振器进行了理论研究。双芯中空光纤SPR可调谐偏振器的数值计算结果表明:该偏振器在1.310μm附近能够灵活地通过温度调谐工作波长。当偏振器件的长度为3 mm,温度为20℃时,工作波长为1.310μm,偏振器的两个纤芯的ER可以同时达到40.9 dB,插入损耗小于0.15 dB。该偏振器特性受到纳米金属膜厚度、纤芯直径、纤芯与空气孔距离、温度以及偏振器件长度等参数的影响。双D形孔双包层光纤SPR宽带偏振器进的数值计算结果表明:该偏振器可以在1.310μm附近提供超过230 nm的工作带宽,并且在工作带宽内消光比稳定在峰值的30%以内。当光纤长度为3 mm时,在超过230 nm的工作带宽范围内,ER保持在42.9 dB至51.6 dB之间,插入损耗小于0.25 dB。该偏振器特性受到纳米金膜厚度、纤芯与上D形孔距离、纤芯与下D形孔距离、电介质层厚度及折射率等参数的影响。相比于工作带宽窄的光纤偏振器,所提出的两种光纤SPR偏振器通过调控工作波长或者增加工作带宽能够更加灵活的应用于各种复杂场景,在光纤通信和传感领域将会有更大的应用潜力。
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