本發明涉及一種光纖器件，尤其是涉及一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構。
背景技術：
偏振器和其它偏振相關的器件在光纖通信、光纖測量儀器、光纖傳感器等領域都具有重要應用，如光學陀螺、干涉型光纖傳感器等。相對于體塊偏振器，光纖偏振器在全光纖通訊系統中更具有應用前景，因為器件的插入損耗小，且與光纖系統相匹配。
傳統的光纖偏振器研究大部分以D型光纖為載體，即將標準的光纖研磨成截面為D形的光纖，然后沿著軸向在磨平的平面上沉積、蒸度、壓附、定向生長選擇性吸光薄膜材料，如金、銀、銦、鋁、鉻、雙折射聚合物或者雙折射晶體等。申請號為201410045795.8的專利提出了一種石墨烯與微光纖結合的三維立體全光纖偏振器。近年又出現了單偏振光纖偏振器。
上述基于D型光纖的偏振器制作工藝復雜，而且D型光纖脆性很大，器件容易損壞。第二類基于石墨烯與微光纖結合的三維立體全光纖偏振器雖然在一定程度上解決了一些第一類偏振器中出現的問題，但總體看其器件尺寸偏大、機械強度不高、需要附加其它部件。由于受微光纖的機械強度限制，所以微光纖與石墨烯棒間的接觸面不可能很牢固，在振動、溫度沖擊等環境條件變化時，接觸面就會產生滑動、改變接觸狀態等，所以該光纖起偏器的起偏質量和可靠性尚不能滿足更高使用條件的要求。
單偏振光纖偏振器是迄今為止公認的最好的光纖偏振器，在實際科研生產中，從各個方面講都具有絕對的優勢，如工藝簡單、成本低、優異的力學和光學性能、可靠性高、適于工業化生產和使用等，已經被廣泛的工程化使用。
在實際使用中，如果要求單偏振光纖的消光比參數達到30dB以上，一般單偏振光纖的使用長度要大于5米，這就使得在某些條件下使用起來很不方便，或不能滿足使用要求，使得其應用受到了限制。為解決以上諸多光纖偏振器中存在的問題，提升光纖系統用偏振器的起偏質量、提高系統穩定性、縮小光纖偏振器的尺寸方便使用和適于工程化批量生產，需要研究一種新的無源光纖偏振器。
技術實現要素：
針對上述現有技術中存在的諸多缺陷和問題，本發明目的是提供一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構。該結構通過將具有吸光特性的金屬、合金、非金屬、復合材料、石墨烯等涂覆在單偏振光纖的表面上，利用它們與截止模式HE11Y倏逝場的相互作用，最終在最短光纖長度范圍內吸收消耗掉其能量，實現導模HE11x的低損耗傳輸。由于這種光纖是全長光纖涂覆，所以對截止模式的吸收效率更高，在達到同樣的消光比參數的條件下，使用吸光材料涂覆的單偏振光纖的長度會大大縮短，可以滿足一些特殊條件下的使用要求；同樣是因為全長涂覆和吸光效率高，使得光纖偏振器的偏振性能和穩定性大大提高；最終目的是制作一種單偏振光纖偏振器，具有高效率起偏的性能，滿足某些特殊條件下的工程化應用。
本發明采用的技術方案是：一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構，所述單偏振光纖偏振器結構包括單偏振光纖纖芯、單偏振光纖內包層、單偏振光纖外包層、單偏振光纖應力施加單元以及在單偏振光纖纖芯傳輸的HE11x導模和在單偏振光纖外包層內傳輸的HE11y截止模，其特征在于，在所述的單偏振光纖外包層表面有一層吸光涂覆層。
本發明所述的在單偏振光纖外包層表面有一層吸光涂覆層，該吸光涂覆層為選擇性和非選擇性吸光材料，包括金屬、非金屬、復合材料、雙折射聚合物、雙折射晶體、吸光復合物、光學吸收染料、吸光聚酯組合物、金屬配合物、石墨烯等等，只要涂覆材料具有吸光性能并能夠與光纖表面形成牢固的結合即可，這個材料選擇范圍要遠遠大于傳統的光纖起偏器的涂覆材料范圍。
本發明提供的一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構相比諸多光纖偏振器件具有明顯的特點和優勢：1、制作工藝簡單，如某些金屬只需要在拉絲時進行在線涂覆即可。2、使用簡單，由于器件本身是光纖，所以可以使用光纖熔接機直接與光纖光路進行連接。3、與單偏振光纖制作的偏振器相比，起偏效率更高；這是由于全光纖吸光涂覆層相當于有許多傳統的光纖器件在一根單偏振光纖上同時工作。4、起偏精度高，對截止模偏振態過濾徹底； 5、使用光纖長度大幅度縮短，可以滿足一些特殊條件下的使用要求。
本發明具有的有益效果是：①單偏振光纖及其偏振器的偏振性能和可靠性提高；②大幅度縮短單偏振光纖作為偏振器的使用長度；③制作的光纖偏振器較傳統光纖偏振器在光纖系統中的插入損耗小；④機械強度較一些傳統光纖偏振器增加；⑤較一些傳統光纖偏振器制作方法簡單，成品率高，成本低，適于大批量工程化生產和使用。
附圖說明
圖1為本發明以熊貓型結構單偏振光纖為實施例的一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構剖面圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：
參照圖1，一種具有吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器結構包括單偏振光纖纖芯1、單偏振光纖內包層2、單偏振光纖外包層3、單偏振光纖應力施加單元4以及被束縛在單偏振光纖纖芯1傳輸的HE11x導模6和在單偏振光纖外包層3內傳輸的HE11y截止模7，本單偏振光纖偏振器結構在單偏振光纖外包層3表面有一層吸光涂覆層5。
本單偏振光纖偏振器結構對單偏振光纖的外徑不限，可以是各種不同直徑如Ф125μm、Ф80μm、Ф45μm等直徑；其形狀不限，可以是圓形、D型、多邊形等。
本單偏振光纖偏振器結構對單偏振光纖的結構不限，可以是熊貓型、領結型、橢圓包層型、空氣孔輔助幾何雙折射型、橢圓芯幾何雙折射型等。
本單偏振光纖偏振器結構的制備方法有在線和非在線法兩種，由于涂覆材料眾多，所以僅就金屬和非金屬類材料在線涂覆、金屬和非金屬類材料非在線涂覆工藝舉例說明，具體步驟如下：
（一）在線金屬材料涂覆：①在拉絲塔上將單偏振光纖引纖穿過光纖涂杯孔；②將涂覆金屬加熱熔化后注入涂杯，并使涂杯保持溫度大于該金屬熔化溫度；③當進行光纖拉制時，金屬就自然冷凝涂覆在經過的單偏振光纖表面上，再經過冷卻后就制作成激光涂覆層單偏振光纖；④截取適當長度的單偏振光纖，就形成具有金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。
（二）在線非金屬類材料涂覆：①在拉絲塔上將單偏振光纖引纖穿過光纖涂杯孔；②將涂覆液態非金屬類材料注入涂杯，當進行光纖拉制時，向下運動的光纖自然就將液態非金屬類材料帶出涂杯并涂覆在經過的光纖表面上，再經過紫外或熱固化爐進行固化使其固化在光纖表面上，形成非金屬吸光涂覆層；③截取適當長度的該光纖，就形成具有非金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。
（三）非在線金屬涂覆有多種方法，下面列出幾種：
①熔化金屬涂覆法：將一段傳統有機材料涂覆的單偏振光纖的有機材料包層剝離，進行單偏振光纖表面處理，將裸纖穿過涂杯孔；將要涂覆的金屬或合金在熔化杯內熔化，然后將單偏振光纖通過熔化杯底部的涂杯嘴拉出，經過冷卻即在拉出的光纖表面上自然形成金屬吸光涂覆層。
②蒸鍍法：將一段單偏振光纖有機涂覆層剝離并進行處理，然后放入真空鍍膜機中進行真空蒸度，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。
③濺射法：將一段單偏振光纖有機涂覆層剝離并進行處理，然后放入濺射機中進行金屬濺射，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。
④化學淀積法：將一段單偏振光纖有機涂覆層剝離并進行清潔處理，然后通過粗化、敏化、活化等工藝進行常規金屬淀積，最終在原本裸露的單偏振光纖表面形成金屬鍍膜，即金屬吸光涂覆層。
經過上述四種工藝過程制成的光纖就是具有金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。
（四）非在線非金屬材料涂覆方法也較多，簡單介紹主要過程如下：
①將傳統單偏振光纖的有機材料涂層剝離；②進行單偏振光纖表面處理；③將要涂覆的非金屬材料放入容器；如果是固態物，需要進行物理或化學液化處理；④將單偏振光纖浸入其中，通過一定孔徑的涂杯孔拉出即在光纖表面上形成液態涂覆層，再經過紫外或熱固化處理形成非金屬吸光涂覆層；⑤截取適當長度的該光纖，就形成具有非金屬吸光涂覆層的單偏振光纖偏振器。
本發明通過將具有吸光特性的材料涂覆在單偏振光纖的表面上，利用它們與截止模式HE11Y倏逝場的相互作用，最終在最短光纖長度范圍內吸收消耗掉其能量。
本單偏振光纖偏振器的工作原理：單偏振光纖的起偏機理與以前出現的光纖偏振器完全不同，它是利用光纖波導自身的光學特性來實現的。光纖中的HE11x模式（X軸向偏振）的光能量被束縛在光纖芯部傳輸，而HE11y模式（Y軸向偏振）的光能量由于波導模式截止的原因只能在光纖包層中傳輸，即光纖包層表面處的倏逝波場能量都來源于截止模HE11y。如果在單偏振光纖表面涂覆或生長吸光材料（包括選擇性和非選擇性吸光材料），一旦在光纖包層內傳輸的HE11y截止模光能量遇到這些選擇性吸光材料，其光能量就會被迅速消耗掉，而HE11x導模的光能量不會受到任何影響，這一方面使得單偏振光纖的偏振性能和偏振質量提高，另一方面更顯著的特點是提高起偏效率，可以大大縮短單偏振光纖用作光纖起偏器的長度，這使得某些條件下的應用變為了可能。