專利名稱：基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光環(huán)行器，適用于光纖通信、激光器、光器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光信息領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，各類有源或是無源光器件也都不斷涌現(xiàn)，而且性能越來越好，價(jià)格越來越低。在對光信號進(jìn)行處理的過程中會(huì)用到這樣一種多端口的無源光器件，光信號從某一端口輸入，只能從相鄰的某一端口輸出，使得光信號在其中不具有可逆性，能夠滿足這種要求的光器件被稱作光環(huán)行器。最常見的光環(huán)行器有三端口和四端口的類型，其中四端口光環(huán)行器中光信號傳輸方向?yàn)镮 — 2、2 — 3、3 — 4、4 — 1，通常的三端口環(huán)行器只是將4端口懸空，所以實(shí)現(xiàn)的功能為I — 2、2 — 3，從3端口輸入的光信號不從任何一個(gè)端口輸出。傳統(tǒng)的光環(huán)行器的工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。主要利用旋光晶體的法拉第效應(yīng)。對于沿I — 2、2 — 3、3 -4,4-1方向入射的信號光，通過雙折射晶體將光信號中偏振態(tài)不同的光信號分解成兩束偏振態(tài)互相垂直的光信號，分別經(jīng)過波片與旋光晶體對光信號進(jìn)行處理，最后再經(jīng)過雙折射晶體將兩束處理后的光信號合束成一束光信號從輸出端輸出，而相反方向入射的光信號也會(huì)經(jīng)過同樣的處理，所不同之處在于最后一級的雙折射晶體對前期處理的光信號不進(jìn)行合束處理，而是將其輸出方向偏轉(zhuǎn)，使其無法沿I — 2、2 — 3、3-4,4-1的反方向輸出，實(shí)現(xiàn)了光環(huán)行器所要求的功能。為了實(shí)現(xiàn)與光纖的耦合，還需要微型透鏡的聚光作用，將光纖導(dǎo)入的光信號耦合入環(huán)行器中的晶體，同樣需要微型透鏡將晶體中處理后的光信號耦合入光纖輸出。由于傳統(tǒng)光環(huán)行器的上述結(jié)構(gòu)，使得其正反向的隔離度很高。但從其結(jié)構(gòu)中也很容易看出其缺點(diǎn)也十分明顯首先，磁光晶體的加工難度大，成本高，而且體積也很大，微型透鏡的引入也使正向的損耗增加，而且微型透鏡同樣面臨加工難度大，成本高，以及體積無法做的很小的難題。多級光學(xué)元件的串聯(lián)導(dǎo)致光的損耗加大，表現(xiàn)在整個(gè)環(huán)行器的插入損耗無法進(jìn)一步降低。在如今對光器件的需求量越來越大的情況下，任何器件的結(jié)構(gòu)、成本、體積等的因素都有可能成為進(jìn)一步推行全光通信的瓶頸。尤其在逐步走向光集成、光器件智能化等的光信息領(lǐng)域，傳統(tǒng)光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜、效率低、成本高亟需解決。光纖光柵作為一種濾波器件在光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，利用光纖光柵的濾波功能實(shí)現(xiàn)光纖中模式的改變實(shí)現(xiàn)不同波長光信號的不同傳播形式，而閃耀光纖光柵的模式耦合形式更為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)纖芯傳導(dǎo)模式與包層模式甚至耗散模式之間的耦合，利用此特性可以制作相應(yīng)的光信號的光路控制。中國專利申請01109388. 9提及一種基于聚合物的閃耀光柵隔離器，通過改變部分結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)環(huán)行器的功能，相比傳統(tǒng)以磁光晶體為基礎(chǔ)的隔離器在結(jié)構(gòu)和制作難度上都有一定程度的簡化，但由于采用聚合物為基質(zhì)，在與光纖鏈路連接時(shí)其插入損耗和熔接難度都很大，而且在不足毫米量級的圓柱波導(dǎo)外層制作一分為二的兩個(gè)包層，并且折射率不同，難度大，并且制作的精度要求過高而難以實(shí)現(xiàn)，在制作過程中對芯子、芯子中的光柵、第一包層、第二包層的折射率都有要求，實(shí)現(xiàn)的難度大。[0006]相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳統(tǒng)光環(huán)行器，全光纖化的光環(huán)行器結(jié)構(gòu)成為一個(gè)新的亮點(diǎn)，以光纖為基質(zhì)的器件成本低，體積和重量都大大減小，并且由于基于全光纖的結(jié)構(gòu)，與光纖的低損耗接入成為可能。中國專利申請200610010065. X中涉及一種全光纖的環(huán)行器結(jié)構(gòu)，但由于其中涉及光纖不同模式之間的耦合，無法完全在基模條件下進(jìn)行。由于光纖中存在高階模的時(shí)候，基模必然存在，只對其中的高階模有能量轉(zhuǎn)移作用，使得耦合的效率受到限制，甚至完全達(dá)不到反向光隔離的目的。因此，目前的光環(huán)行器面臨的問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是目前的光環(huán)行器面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，該環(huán)行器包括雙芯光纖，其中雙芯光纖包括光敏纖芯和纖芯，刻寫在光敏纖芯上的閃耀光纖光柵。光敏纖芯和纖芯邊沿最近距離為h ;閃耀光纖光柵的成柵面與光敏纖芯成Θ角度，與光敏纖芯和纖芯所處的平面垂直。并滿足0° < Θ <45°或45° < Θ <90° ;所謂邊沿最近距離即為兩纖芯軸線距離減去兩纖芯半徑；所謂成柵面即為光纖光柵中折射率調(diào)制區(qū)域內(nèi)相同折射率的一系列平面，這些平面相互平行。當(dāng)45° < Θ <90°時(shí)，光敏纖芯的左端為該環(huán)行器的I端口，纖芯的左端為該環(huán)行器的2端口，纖芯的右端為該環(huán)行器的3端口。當(dāng)0° < Θ <45°時(shí)，光敏纖芯的左端為該環(huán)行器的I端口，纖芯的右端為該環(huán)行器的2端口，纖芯的左端為該環(huán)行器的3端口。所述的h滿足h彡10 μ m,且滿足光敏纖芯和纖芯都在雙芯光纖的包層內(nèi)。從該環(huán)行器I端口輸入的光信號沿光敏纖芯傳輸至閃耀光纖光柵，并耦合至纖芯沿纖芯傳輸至2端口輸出；從2端口輸入的光信號沿纖芯傳輸直接從3端口輸出。所述的光敏纖芯對紫外光有光敏性。所述的閃耀光纖光柵為Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵或啁啾閃耀光纖光柵。Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵和啁啾閃耀光纖光柵與傳統(tǒng)Bragg光纖光柵、長周期光纖光柵、取樣光纖光柵或啁啾光纖光柵的區(qū)別僅在于Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵和啁啾閃耀光纖光柵的成柵面與光纖成Θ角度。Bragg閃耀光纖光柵的折射率調(diào)制周期小于I微米、長周期閃耀光纖光柵的折射率調(diào)制周期大于I微米。之所以稱其為準(zhǔn)環(huán)行器的原因在于從3端口輸入的光信號會(huì)從2端口輸出，在2端口與3端口之間對光信號正反向都導(dǎo)通。本實(shí)用新型和已有技術(shù)相比所具有的有益效果相比傳統(tǒng)基于磁光晶體和透鏡的光環(huán)行器，本實(shí)用新型以雙芯光纖為基質(zhì)，成本低，各部分組件的制作技術(shù)成熟。依靠閃耀光纖光柵的能量耦合，可以將I端口輸入的光信號低損耗地轉(zhuǎn)移到相鄰的纖芯，使得環(huán)行器的插入損耗大大降低；而從2端口輸入的光信號則直接從3端口輸出，無法返回I端口，使得環(huán)行器的反向光信號損耗很大，隔離度得到保證。整個(gè)環(huán)行器的主要結(jié)構(gòu)為雙芯光纖，體積和重量相比傳統(tǒng)環(huán)行器都大大減小。該環(huán)行器的工作帶寬取決于閃耀光纖光柵的帶寬，通過控制閃耀光纖光柵的刻寫周期可以精確控制該環(huán)行器的工作帶寬及工作波長，可操作性大大提升。

圖I為0° < Θ <45°的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器。圖2為45° < Θ <90°的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。實(shí)施方式一基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，如圖1，該環(huán)行器包括雙芯光纖，其中雙芯光纖包括光敏纖芯41和纖芯42,刻寫在光敏纖芯41上的閃耀光纖光柵5。光敏纖芯41和纖芯42邊沿最近距離為h ;閃耀光纖光柵5的成柵面與光敏纖芯41成Θ角度，與光敏纖芯41和纖芯42所處的平面垂直。并滿足0° < Θ <45°。光敏纖芯41的左端為該環(huán)行器的I端口 1，纖芯42的右端為該環(huán)行器的2端口2，纖芯42的左端為該環(huán)行器的3端口 3。所述的光敏纖芯41和纖芯42相距h滿足h > 10 μ m,且滿足光敏纖芯41和纖芯42都在雙芯光纖的包層內(nèi)，光敏纖芯41在雙芯光纖的軸心處。從該環(huán)行器I端口 I輸入的光信號沿光敏纖芯41傳輸至閃耀光纖光柵5,并I禹合至纖芯42沿纖芯42傳輸至2端口 2輸出；從2端口 2輸入的光信號沿纖芯42傳輸直接從3端口 3輸出。所述的光敏纖芯41對紫外光有光敏性。所述的閃耀光纖光柵5為Bragg閃耀光纖光柵或長周期閃耀光纖光柵。實(shí)施方式二基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器,如因圖2,該環(huán)行器包括雙芯光纖,其中雙芯光纖包括光敏纖芯41和纖芯42,刻寫在光敏纖芯41上的閃耀光纖光柵5。光敏纖芯41和纖芯42邊沿最近距離為h ;閃耀光纖光柵5的成柵面與光敏纖芯41成Θ角度，與光敏纖芯41和纖芯42所處的平面垂直。并滿足45° < Θ < 90°。光敏纖芯41的左端為該環(huán)行器的I端口 1，纖芯42的左端為該環(huán)行器的2端口2，纖芯42的右端為該環(huán)行器的3端口 3。所述的光敏纖芯41和纖芯42相距h滿足h > 10 μ m,且滿足光敏纖芯41和纖芯42都在雙芯光纖的包層內(nèi)，光敏纖芯41和纖芯42沿雙芯光纖軸心對稱分布。從該環(huán)行器I端口 I輸入的光信號沿光敏纖芯41傳輸至閃耀光纖光柵5,并I禹合至纖芯42沿纖芯42傳輸至2端口 2輸出；從2端口 2輸入的光信號沿纖芯42傳輸直接從3端口 3輸出。所述的光敏纖芯41對紫外光有光敏性。[0040]所述的閃耀 光纖光柵5為取樣閃耀光纖光柵或啁啾閃耀光纖光柵。
權(quán)利要求1.基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，其特征在于該環(huán)行器包括雙芯光纖，其中雙芯光纖包括光敏纖芯(41)和纖芯(42),刻寫在光敏纖芯(41)上的閃耀光纖光柵(5)； 光敏纖芯(41)和纖芯(42)邊沿最近距離為h ;閃耀光纖光柵(5)的成柵面與光敏纖芯(41)成0角度，與光敏纖芯(41)和纖芯(42)所處的平面垂直。并滿足0° < 0 < 45°或 45° < 0 < 90° ; 當(dāng)45° < 0 <90°時(shí)，光敏纖芯(41)的左端為該環(huán)行器的I端口(1)，纖芯(42)的左端為該環(huán)行器的2端口(2)，纖芯(42)的右端為該環(huán)行器的3端口(3)； 當(dāng)0° < 0 <45°時(shí)，光敏纖芯(41)的左端為該環(huán)行器的I端口(1)，纖芯(42)的右端為該環(huán)行器的2端口(2)，纖芯(42)的左端為該環(huán)行器的3端口(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，其特征在于 所述的h滿足h≥10 ym，且滿足光敏纖芯(41)和纖芯(42)都在雙芯光纖的包層內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，其特征在于 從該環(huán)行器I端口(I)輸入的光信號沿光敏纖芯(41)傳輸至閃耀光纖光柵(5),并率禹合至纖芯(42)沿纖芯(42)傳輸至2端口⑵輸出；從2端口⑵輸入的光信號沿纖芯(42)傳輸直接從3端口(3)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，其特征在于 所述的光敏纖芯(41)對紫外光有光敏性。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，其特征在于 所述的閃耀光纖光柵(5)為Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵或啁啾閃耀光纖光柵。
專利摘要基于雙芯光纖的準(zhǔn)光纖環(huán)行器，涉及一種光環(huán)行器，適用于光通信領(lǐng)域。解決了目前光環(huán)行器面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大的問題。該環(huán)行器包括雙芯光纖，其中雙芯光纖包括光敏纖芯(41)和纖芯(42)，刻寫在光敏纖芯(41)上的閃耀光纖光柵(5)。光敏纖芯(41)和纖芯(42)邊沿最近距離為h；閃耀光纖光柵(5)的成柵面與光敏纖芯(41)成θ角度，與光敏纖芯(41)和纖芯(42)所處的平面垂直。從該環(huán)行器1端口(1)輸入的光信號沿光敏纖芯(41)傳輸至閃耀光纖光柵(5)，并耦合至纖芯(42)沿纖芯(42)傳輸至2端口(2)輸出；從2端口(2)輸入的光信號沿纖芯(42)傳輸直接從3端口(3)輸出。
文檔編號G02B6/34GK202512266SQ20122017460
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者寧提綱, 張嬋, 李晶, 李超, 油海東, 溫曉東, 王春燦, 裴麗 申請人:北京交通大學(xué)