高雙折光子晶體光纖偏振拍長的測量

姜凌紅

摘要：光子晶體光纖由于其靈活的包層結構，可獲得比傳統(tǒng)光纖更強的保偏特性，通過調節(jié)包層結構孔間距、空氣孔直徑，或引入橢圓孔都可以獲得更高的雙折射，從而實現(xiàn)高雙折射光子晶體光纖。通過測試保偏光子晶體光纖的拍長來表征了高雙折射光子晶體光纖的保偏特性，具有一定的參考意義。

關鍵詞：光子晶體光纖;雙折射;偏振拍長

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.07.101

1光子晶體光纖的模型與測試裝置

光子晶體光纖由于其靈活可調的結構，具有傳統(tǒng)光纖無法比擬的傳輸特性。而高雙折射光子晶體光纖的保偏特性相比傳統(tǒng)保偏光纖，具有更高的高雙折射和更穩(wěn)定的偏振保持特性，在相干光纖通信系統(tǒng)、偏振相關器件以及偏振激光光源等方面具有廣泛的應用。實驗中我們選取武漢長飛光纖光纜有限公司提供的高雙折射PCF樣品作為研究對象，利用高倍顯微鏡可以清晰的得到光纖端面圖如圖1所示。

由于具體實驗中雙折射的測量相對較困難，一般通過測量偏振拍長來計算保偏光纖的模式雙折射。如果入射線偏振光與保偏光纖的主軸一致，則線偏振光在保偏光纖傳輸過程中保持偏振態(tài)不變;當入射線偏振光與保偏光纖的主軸有一定的夾角，該入射線偏振光在保偏光纖的傳輸時其偏振態(tài)會發(fā)生周期性的改變。在光纖的輸入端，保偏光纖中兩個正交偏振模HEx11和HEy11相位相同。當光纖的縱向特性不變時，兩種正交模式的以固定傳播常數差Δβ沿光纖軸向傳播。因此，當光在光纖中傳輸一段距離L之后，兩正交模之間的相位差α=Δβ.L 隨著光在光纖傳輸距離L的改變而變化，從而使光傳播的偏振狀態(tài)隨之變化。當兩正交模式相位差為2π時，光在光纖中的傳輸距離LB定義為保偏光纖的拍長。保偏光纖偏振拍長與光纖模式雙折射的關系為：

通過測量不同入射偏振態(tài)下輸出光偏振度可以間接測量高雙折PCF的偏振拍長。其實驗裝置圖如圖1所示，并對待測保偏PCF建立如圖2所示的直角坐標系。光源是型號為FPL-04TTYSU11飛秒光纖激光器，通過激光器輸出激光是性能較好的平行光，平行激光經過起偏器之后變成了偏振性能較好的線偏振光，然后利用40倍顯微物鏡耦合到需要測量的高雙折光子晶體光纖中，耦合進光纖的激光經過待測光纖末端輸出，然后再利用40倍顯微鏡進行耦合到檢偏器中，最后利用光譜儀測試偏振光。

為了進一步驗證測量拍長實驗方案的可行性以及測量結果的真實性，根據所選光纖樣品顯微鏡測試端面的結構參數進行結構的重建，利用有限元法模擬了該高雙折射PCF的雙折射隨波長的變化規(guī)律，其數值結果如圖4所示。根據模擬結果顯示，所選高雙折射PCF樣品在波長632.8 nm和1550 nm處雙折射值分別為5.9×10-5和0.5×10-3，且在波長0.6到2

SymbolmA@m內保證了單模傳輸。而實驗測試的兩波長632.8 nm和1550 nm處拍長分別為12.07mm和4.03mm，即其兩波長處雙折射分別為5.2×10-5和0.4×10-3。因此，通過測量偏振度與入射偏振角關系測量光纖的拍長是可行的。

3結論

文中選擇了一種高雙折熊貓孔光子晶體光纖，利用飛秒激光器、起偏器、檢偏器、顯微物鏡以及光譜儀搭建了實驗平臺，對高雙折射光子晶體光纖的拍長進行了測量，為了驗證實驗的可行性，并對該結構高雙折射光子晶體光纖的進行建模，利用有限元法模擬了該高雙折射PCF的雙折射隨波長的變化規(guī)律，計算出不同中心波長處測量的拍長所對應的雙折射值與理論模擬出的相應高雙折射得到很好的一致性。

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