CN101325453A - 全光纤光功率监测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光纤光功率监测器，包括光电探测器和一段光纤，其特征在于，所述光纤的包层上开有一个用于泄漏光的V形缺口，所述V形缺口底部距离纤芯表面的最近距离为3～5um，所述光电探测器置于V形缺口外侧，用于探测V形缺口的泄漏光。本发明可实现较高效率的光电探测器接收分光能量。本发明的全光纤光功率监测器低插入损耗、低回波损耗、高传输功率处理能力；它也可应用于保偏光纤等特种光纤传输系统中，同时还可制作体积小、成本低的全光纤器件等。本发明的全光纤光功率监测器可用在光通信的光纤激光器、光放大器、超窄光脉冲发生器等高性能光通信器件中，也可应用于光纤传感领域。
Description
技术领域
本发明涉及光功率监测器。
背景技术
电信业的快速发展要求网络更灵活、可靠、实用、易操作和维护。在光网络应用中，各光路，特别是光纤中的光功率的管理是一项重要的技术内容。例如，在光纤放大器中，为保证系统的良好检测特性，通常要求各通信信道中传输的光功率是均衡的，这就有了多路光功率均衡器。另外，在光信号脉冲的接收端，为了降低的误码率，保证系统电信号的一致性，也要对各路光信号的功率进行管理和控制。随着高速光通信的发展，对光纤通信系统中的光功率的管理技术和管理成本提出了更高的要求。这就要求人们能够探知和监测整个传输系统中各局域部分的光信号状态，这些被监测到的光信号态将被做为一个正反馈送回中央控制单元来监督整个系统运行。在所有信号参数中，信号光功率是需要被监测的最重要的参数之一。无论是发射器的输出功率、输入光放大器和从光放大器输出的信号，或者是在网络保护协议中探测丢失的光信号，还是在其它一些应用方面，光功率监测在光网络系统中都是关键因素。
光纤光功率监测器主要应用于DWDM系统的信道光功率和动态光放大增益监测、实时在线测试等。光纤传输光功率监测器的主要原理就是从光纤光路中分出一小部分光能量，用对此小部分光能量的监测来完成对光纤中传输光功率的监测。
目前常用的光纤传输光功率监测器件按分光能量的方式的不同主要有三类分光结构：(1)用99∶1的光纤Tap耦合器分光至光电探测器的耦合器分光型；(2)在输入输出二根光纤间放置一个具有部分反射作用薄膜的双向准直器，用光电探测器接收双向准直器透射的分光能量的双光纤“反射”分光型；(3)在光纤的包层上开出窗口，不破坏光纤纤芯的光纤包层分光型。(1)(2)两类结构在应用中的不足在于：耦合器分光型由于在光纤传输系统中增加了分光的光纤耦合器，使成本增高，并引入了光纤耦合器的插入损耗；反射分光型的光纤准直器在装配时要求较高，另外其对光路的切断也引入了附加损耗，因此不适用于高功率传输光的监测。
光纤包层分光型中现有方法主要要以下几种。
美国专利US2008079940A1和US2007047875A1描述了一种分光方法，它是利用飞秒激光器照射光纤，使很小区域内的光纤包层和纤芯折射率发生永久性改变，这样就使在纤芯中传播地光能量通过这段区域时沿着此第二个波导区域产生泄漏分光的方法，并用光电探测器对泄漏的光能量进行探测，这种方法所制成的器件由于泄漏光会较分散，使得位于光纤外的光电探测器接收分光能量效率低，另外使用飞秒激光器的成本也较高。
世界专利WO2006026618和中国专利CN101010608A描述了一种分光方法，它用二氧化碳激光器对光纤包层加工一个“浅开口”，并将光纤弯曲使得光纤表面成为一反射面，这种结构使在纤芯中传输的导模转为包层模，当弯曲达到合适角度时，包层模从“浅开口”中泄漏出来实现光纤纤芯中光能的分光，通过光电探测器对泄漏光能量进行探测。此方法由于只在浅开口处引出了全部包层泄漏模的一部分，因此也造成光电探测器接收分光能量的效率较低，另外合适弯曲角度的调整也使加工工艺较复杂。
美国专利US2005074208A1描述了一种将光纤侧边抛磨后使光能从光纤纤芯中泄漏出来的分光方法，此专利介绍的侧边抛磨区的形状是沿光纤轴向为一平坦区域，而且此区域的长度远大于光电探测器的尺寸。该专利中特别强调侧边抛磨区为一平坦区域时能取得更好的探测效果，但是我们的实验证明，该探测器的插入损耗较高、探测效率较低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的光纤光功率监测器光电探测效率低、制作成本高等不足，提供一种有较高光电探测效率，而且制作简单、成本低的全光纤光功率监测器。
实现本发明目的的技术方案如下：一种全光纤光功率监测器，包括光电探测器和一段光纤，其特征在于，所述光纤的包层上开有一个用于泄漏光的V形缺口，所述V形缺口底部距离纤芯表面的最近距离为3～5um，所述光电探测器置于V形缺口外侧，用于探测V形缺口的泄漏光。
进一步地，所述光纤的V形缺口段是平直放置的。
所述光电探测器的感应面置于泄漏光的光路上，感应面可垂直于光纤光轴放置或者平行于光纤光轴放置，或者与光纤光轴成一定角度放置。光电探测器的放置位置的选择就是为了使光电探测器的感光面能接收到更多的泄漏光，也就是同等的泄漏光的情况下，光电探测器的输出最大的位置就是最优的位置。经过理论计算及实验验证，V形缺口中泄漏光相对于光纤光轴的出射角约为80度，因此光电探测器感光面平行于光纤光轴放置比垂直放置时探测效果要好很多。
为了实现更好的探测效果，可在光电探测器与V形缺口之间设置透镜，透镜的汇聚光的作用使探测效率更高，从而探测灵敏度更高。
为了探测光纤中某一波长的光功率，可在所述光电探测器与V形缺口之间设置滤光片。
所述光纤可以为单模光纤、多模光纤或保偏光纤。
若所述光纤为保偏光纤，为实现更好的探测效果，所述光电探测器与V形缺口之间还可以包括偏振片。
作为一个整体器件，则需要用固定件将光纤和光电探测器的相对位置固定下来，最好是由一个包括V形槽或者U形槽的固定件固定光纤，所述光电探测器也与所述固定件固定连接。
上述全光纤光功率监测器可用在光通信的光纤激光器、光放大器、超窄光脉冲发生器等高性能光通信器件中，也可应用于光纤传感领域。
本发明的全光纤光功率监测器的工作原理如下：通常，足够厚度的光纤包层保证了在纤芯中传播的光场，以及在光纤包层中倏逝波场的能量不会泄漏到光纤外部。当用抛磨的方法使光纤的包层厚度减小到倏逝波场存在的区域，也就是距纤芯仅几个微米的区域时，就形成了一个纤芯中传输光的倏逝波场的“泄漏窗口”。在此“窗口”处，人们就有可能利用倏逝场来探测光纤纤芯中的传输光波的无损传播或泄漏。因为是利用侧边抛磨光纤包层中的倏逝场原理做成器件或传感器，所以制成的器件也称为光纤倏逝场器件。本发明的光功率监测器是在普通通信光纤上，利用轮式光纤侧边抛磨技术，在一小段长度上将圆柱形的光纤包层抛磨掉一部分光纤，抛磨深度使得剩余包层厚度约为3-5微米。根据光纤中光能的出射方向，将抛磨区设计成其包层抛磨过的那段光纤沿光纤轴向呈V型的侧边抛磨区，V型底部距纤芯外表面3～5微米，而在未抛磨过的光纤段，仍是圆柱形。将光电探测器置于侧边抛磨区外侧，实现光纤纤芯中光功率的探测。
关于V形缺口，若抛磨区过短，则由于V形缺口的应力比较集中，容易断裂，抛磨区一般应长于3mm。
本发明的光纤光功率监测器不仅能实现光纤纤芯中光泄漏分光，还可实现较高效率的光电探测器接收分光能量。用侧边抛磨光纤制作地全光纤器件有诸多优点：低插入损耗、低回波损耗、高传输功率处理能力；它也可应用于保偏光纤等特种光纤传输系统中，同时还可制作体积小、成本低的全光纤器件等。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：器件插入损耗0.4dB，光电响应率(optoelectric responsivity)可达120mA/W，偏振相关损耗0.1dB，偏振稳定度(Polarizationstability)0.3dB。此器件可与全光纤可变光衰减器集成在一起制成全光纤光功率监控器(监测和控制器件)，而且由于使用轮式光纤侧边抛磨技术，使得光纤分光部分的制作成本低。
本发明与美国专利US2005074208A1所述的光功率监测器相比，其区别在于用V形缺口代替平坦的抛磨区，从而实现更低的插入损耗和更高的探测效率。
附图说明
图1为本发明的全光纤光功率监测器结构示意图；
图2为用于封装图1的监测器的保护性封装结构示意图；
图3为实施例1侧边抛磨光纤的抛磨区进行厚度测量的测试曲线；
图4为实施例1全光纤光功率监测器的光电转换输出电压与光纤中传输光功率的对应曲线图；
图5为实施例3侧边抛磨光纤的抛磨区进行厚度测量的测试曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明的全光纤光功率检测器，包括一段包层2中具备V形缺口3的光纤5，V形缺口3底部与纤芯1的距离为3～5um，还包括置于V形缺口外侧的光电探测器4。
如图2所示，光纤5和光电探测器4固定在固定件6上，光电探测器4电极引脚7从固定件中引出，为了实现更好的固定效果，固定件6上最好包括用于固定光纤的V形或者U形槽。
实施例1
本发明的全光纤光功率检测器制作方法如下：
(1)用轮式光纤侧边抛磨法对一段光纤的包层2进行侧边抛磨，制作一段沿光纤轴向呈V形的侧边抛磨区3，作为光纤中纤芯1中光能的分光区，侧边抛磨区形状如图3所示；V形缺口3的底部与纤芯1的距离为3um，侧边抛磨区的长度为9.5mm；
(2)将侧边抛磨光纤5拉伸平直放置；
(3)将光电探测器4感应平面面对V形缺口3放置；
(4)将侧边抛磨光纤5一端接到光源上，另一端接到光功率计上，并将光电探测器4的电极引脚7接到数字电压表上，测定光电探测器4接收光能后的输出光电流或转换电压，沿光纤轴向调整光电探测器4，当光电探测器4输出光电流或转换电压最大时，封装固定光纤5和光电探测器4间的相对位置；
(5)将光纤5和光电探测器4用固定件6封装，光纤两端和电极引脚7分别固定件6之外，如图2所示。器件的外形尺寸根据具体的使用要求确定。
(6)对进行了外封装后的器件进行测试并标定，得到光纤光功率监测器的光电转换输出电压与光纤中传输光功率的对应曲线，如图4所示，由图4可见本实施例1的全光纤光功率监测器有很好的线性。
实验测试结果表明：本实施例的器件插入损耗0.4dB，光电响应率(optoelectricresponsivity)可达120mA/W，偏振相关损耗0.1dB，偏振稳定度(Polarization stability)0.3dB。
实施例2
与实施例1相比，不同之处在于：V形缺口3的底部抛磨至纤芯1的距离为5um，侧边抛磨区的长度为5mm。
实验测试结果表明：本实施例的器件插入损耗0.35dB，光电响应率(optoelectricresponsivity)可达90mA/W，偏振相关损耗0.1dB，偏振稳定度(Polarization stability)0.3dB。
实施例3
抛磨出图5中就是大U型侧边抛磨区，该侧边抛磨光纤的插入损耗0.7dB，使用与实施例1中相同的光电探测器探测光能，所对应光电响应率2.66mA/W。这是由于缺口中部较平，底部较长一段的平坦使泄漏光能分散，不利于光电探测器的光能收集。
Claims (8)
1、一种全光纤光功率监测器，包括光电探测器和一段光纤，其特征在于，所述光纤的包层上开有一个用于泄漏光的V形缺口，所述V形缺口底部距离纤芯表面的最近距离为3～5um，所述光电探测器置于V形缺口外侧，用于探测V形缺口的泄漏光。
2、根据权利要求1所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述光纤的V形缺口段是平直放置的。
3、根据权利要求2所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述光电探测器的感应面与光纤光轴平行。
4、根据权利要求1至3任一项所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述光电探测器与V形缺口之间设置透镜。
5、根据权利要求1至3任一项所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述光电探测器与V形缺口之间设置滤光片。
6、根据权利要求1至3任一项所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述光纤为保偏光纤，所述光电探测器与V形缺口之间设置偏振片。
7、根据权利要求1至3任一项所述的全光纤光功率监测器，其特征在于还包括固定件，所述光纤和光电探测器均固定在固定件上。
8、根据权利要求7所述的全光纤光功率监测器，其特征在于所述固定件包括用于固定光纤的V形槽或者U形槽。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 Termination date: 20140711 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |