具有多孔光纤的偏振分束器

采用矢量有限元法
 

应用

 无源光学

 单偏振传输

 偏振分束器

 光子晶体光纤

 偏振复用

 色散控制
 

综述

设计了一种椭圆-纤芯-圆孔的多孔光纤(EC-CHFs)用于单偏振传输[1]。与传统的圆孔-纤芯-圆孔光纤(CC-CHF)一起，偏振分离器可以将入射CC-CHF的光耦合到支持x偏振模式或y偏振模式的EC-CHF，如下图所示。
 

脚本系统生成
 

优点：

 矢量有限元法(VFEM)在计算所有电磁场分量和近似几何方面具有极高的精度，在光子晶体光纤中具有极其重要的意义

 单轴完美匹配层（UPML）可用于查找泄漏模式。

 三角形网格大小可用于精确近似电磁场和波导几何形状。

 针对具有一定对称性的模态，利用波导的对称性，可以缩小仿真域。

仿真描述

参考文献[1]的目的是设计一个具有偏振分束器。分束器由3个分离的多孔光纤组成。两个外孔光纤各自提供一个偏振，而中心结构支持两个偏振。入射光将根据偏振，选择性地与任何一种外孔光纤耦合。

第一步是相位匹配每个结构的模式，以减少反射[1]。不同的结构必须具有某些共同的性质，如间距和包层原子。在每个结构的纤芯内都有大小和形状自由选择的孔。

图1：各类型芯径的磁场分布。(a) yEC-CHF, (b) xEC-CHF, (c) CC-CHF
 

利用[1]中给出的特性，利用OptiMode计算三个不同核的模态指数，记录在表1中。这些结果与[1]中的结果非常一致，三个结构的模态指数都为1.31043。

表1单核结构的模态指数

图2:：上层结构偶数模y偏振的磁场分布

图3:：上层结构偶模x极化的磁场分布
 

把这三个纤芯放在一起形成一个上层结构，会生成一个支持两种偏振的波导结构，每一种偏振都有偶模和奇模解。偶模态解如图2和图3所示。耦合长度为：

其中neven和nodd是偶模和奇模的模态指数[1]。OptiMODE计算的耦合长度与参考文献[1]中表2的耦合长度进行了比较。
 

表2：偏振分束器的耦合长度

通过仿真结果结果验证了OptiMode下的VFEM模态求解器可以准确地设计和仿真多孔光纤结构。
 

参考文献

[1] Z. Zhang, Y. Tsuji, and M. Eguchi, “Design of Polarization Splitter With Single-Polarized Elliptical-Hole Core Circular-Hole Holey Fibers,” IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 26, no. 6, pp. 541–543, Mar. 2014.