高双折光子晶体光纤偏振拍长的测量

姜凌红

摘要：光子晶体光纤由于其灵活的包层结构，可获得比传统光纤更强的保偏特性，通过调节包层结构孔间距、空气孔直径，或引入椭圆孔都可以获得更高的双折射，从而实现高双折射光子晶体光纤。通过测试保偏光子晶体光纤的拍长来表征了高双折射光子晶体光纤的保偏特性，具有一定的参考意义。

关键词：光子晶体光纤;双折射;偏振拍长

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.07.101

1光子晶体光纤的模型与测试装置

光子晶体光纤由于其灵活可调的结构，具有传统光纤无法比拟的传输特性。而高双折射光子晶体光纤的保偏特性相比传统保偏光纤，具有更高的高双折射和更稳定的偏振保持特性，在相干光纤通信系统、偏振相关器件以及偏振激光光源等方面具有广泛的应用。实验中我们选取武汉长飞光纤光缆有限公司提供的高双折射PCF样品作为研究对象，利用高倍显微镜可以清晰的得到光纤端面图如图1所示。

由于具体实验中双折射的测量相对较困难，一般通过测量偏振拍长来计算保偏光纤的模式双折射。如果入射线偏振光与保偏光纤的主轴一致，则线偏振光在保偏光纤传输过程中保持偏振态不变;当入射线偏振光与保偏光纤的主轴有一定的夹角，该入射线偏振光在保偏光纤的传输时其偏振态会发生周期性的改变。在光纤的输入端，保偏光纤中两个正交偏振模HEx11和HEy11相位相同。当光纤的纵向特性不变时，两种正交模式的以固定传播常数差Δβ沿光纤轴向传播。因此，当光在光纤中传输一段距离L之后，两正交模之间的相位差α=Δβ.L 随着光在光纤传输距离L的改变而变化，从而使光传播的偏振状态随之变化。当两正交模式相位差为2π时，光在光纤中的传输距离LB定义为保偏光纤的拍长。保偏光纤偏振拍长与光纤模式双折射的关系为：

通过测量不同入射偏振态下输出光偏振度可以间接测量高双折PCF的偏振拍长。其实验装置图如图1所示，并对待测保偏PCF建立如图2所示的直角坐标系。光源是型号为FPL-04TTYSU11飞秒光纤激光器，通过激光器输出激光是性能较好的平行光，平行激光经过起偏器之后变成了偏振性能较好的线偏振光，然后利用40倍显微物镜耦合到需要测量的高双折光子晶体光纤中，耦合进光纤的激光经过待测光纤末端输出，然后再利用40倍显微镜进行耦合到检偏器中，最后利用光谱仪测试偏振光。

为了进一步验证测量拍长实验方案的可行性以及测量结果的真实性，根据所选光纤样品显微镜测试端面的结构参数进行结构的重建，利用有限元法模拟了该高双折射PCF的双折射随波长的变化规律，其数值结果如图4所示。根据模拟结果显示，所选高双折射PCF样品在波长632.8 nm和1550 nm处双折射值分别为5.9×10-5和0.5×10-3，且在波长0.6到2

SymbolmA@m内保证了单模传输。而实验测试的两波长632.8 nm和1550 nm处拍长分别为12.07mm和4.03mm，即其两波长处双折射分别为5.2×10-5和0.4×10-3。因此，通过测量偏振度与入射偏振角关系测量光纤的拍长是可行的。

3结论

文中选择了一种高双折熊猫孔光子晶体光纤，利用飞秒激光器、起偏器、检偏器、显微物镜以及光谱仪搭建了实验平台，对高双折射光子晶体光纤的拍长进行了测量，为了验证实验的可行性，并对该结构高双折射光子晶体光纤的进行建模，利用有限元法模拟了该高双折射PCF的双折射随波长的变化规律，计算出不同中心波长处测量的拍长所对应的双折射值与理论模拟出的相应高双折射得到很好的一致性。

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