CN101876726B - 一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环 - Google Patents

一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环 Download PDF

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本发明实施例提供了一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环，具体是将原保偏光纤环的两根尾纤与两个带有保偏光纤尾纤的偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连；所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；其中，所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波依次沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴循环各一周后通过整个光纤环。通过以上技术方案的实施，就能够充分利用保偏光纤的两个本征偏振轴，从而增大保偏光纤环的有效光程，有效减小在相同条件下所需的光纤长度。

Description

一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环
技术领域
本发明涉及光纤无源器件领域，尤其涉及一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环。
背景技术
在现有技术中，保偏光纤一般指的是能使光波偏振态在传输过程中保持不变的一种单模光纤。若定义单模光纤的模式双折射为B＝(nx-ny)/n，其中nx和ny为单模光纤的两个线偏振本征模式所对应的折射率，n为其平均折射率，则根据光纤模式双折射数值的大小，可将保偏光纤分为两种类型，一种为低双折射(LB)保偏光纤(B＜10-6)；一种为高双折射(HB)保偏光纤(B＞10-5)，对于HB型保偏光纤来说，若nx＞ny，则定义x轴为光纤慢轴，y轴为光纤快轴。
保偏光纤环一般是利用高双折射(HB)保偏光纤绕制而成的多匝、分层、环状的光纤器件，具有对称的两根尾纤，目前主要是用来作为光纤陀螺的转动敏感元件。在光纤陀螺的应用中，为了提高测量精度，通常需要增加光纤长度，这样就会直接增加陀螺成本，特别是针对保偏光纤陀螺，而且也将增大光纤陀螺的体积，在光纤环体积和厚度较大时，制作光纤环所用的胶固化难度增大，因此研究在提高光纤陀螺精度的同时，减小光纤环以至陀螺整体的体积是一项重要的课题。
在现有的保偏光纤环的应用中，一般只利用了保偏光纤两个本征偏振轴中的一个轴(即快轴或慢轴)，利用率较低；而且在这些应用中，其光波的有效光程是nxL或nyL(光波的有效光程是指介质折射率n与光波所经历介质的长度L的乘积，即nL)，无法有效减小光纤环的光纤长度。
发明内容
本发明实施例提供了一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及保偏光纤环，能够充分利用保偏光纤的两个本征偏振轴，从而增大光纤环的有效光程，有效减小在相同条件下所需的光纤长度。
本发明实施例提供了一种复用组合式保偏光纤环的实现方法，所述方法包括：
将原保偏光纤环的两根尾纤与两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连；
所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；
其中，所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴各循环一周后通过整个光纤环。
所述分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，具体包括：
当尾纤连接方式均采用零度熔接时，第一PBS的第一分支尾纤的慢轴与所述第一PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第一PBS的第二分支尾纤的慢轴与该第一PBS的合光尾纤的快轴耦合连接；
且所述第一PBS的第一分支尾纤与第二PBS的第二分支尾纤相连接，所述第二PBS的第一分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第二PBS的第二分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的快轴耦合连接。
所述分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，具体包括：
当第一PBS的合光尾纤与所述原保偏光纤环的一根尾纤采用90度熔接，而其他尾纤的连接方式采用零度熔接时，所述第一PBS的第一分支尾纤的慢轴与所述第一PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第一PBS的第二分支尾纤的慢轴与该第一PBS的合光尾纤的快轴耦合连接；
且所述第一PBS的第二分支尾纤与第二PBS的第二分支尾纤相连接，所述第二PBS的第一分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第二PBS的第二分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的快轴耦合连接。
所述原保偏光纤环由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成。
将所述两个偏振分/合光器PBS用一个棱镜式PBS取代；其中，顺时针和逆时针方向的光波共用所述棱镜式PBS的偏振分光面，且分别使用所述偏振分光面的上下两部分。
一种复用组合式保偏光纤环，包括原保偏光纤环和两个偏振分/合光器PBS，其中：
所述原保偏光纤环的两根尾纤与所述两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连；
所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；
所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴各循环一周后通过整个光纤环。
所述原保偏光纤坏由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成。
将所述两个偏振分/合光器PBS合成为一个棱镜式PBS；
其中，顺时针和逆时针方向的光波共用所述棱镜式PBS的偏振分光面，且分别使用所述偏振分光面的上下两部分。
所述保偏光纤环应用于光纤陀螺中的旋转敏感元件、光纤延迟线或光纤滤波器。
由上述所提供的技术方案可以看出，本发明技术方案将原保偏光纤环的两根尾纤与两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连；所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；其中，所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴依次循环各一周后通过整个光纤环。通过以上技术方案的实施，就能够充分利用保偏光纤的两个本征偏振轴，从而增大保偏光纤环的有效光程，有效减小在相同条件下所需的光纤长度。
附图说明
图1为本实施例1所提供复用组合式保偏光纤环实现方法的流程示意图；
图2为本实施例1所举出的一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图；
图3为本实施例1所举出的一种实现方式下的组合式保偏光纤环的光程示意图；
图4为本实施例1所举出的另一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图；
图5为本实施例1所举出的另一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图；
图6为本实施例1所举出的按此方式绕制后的组合式保偏光纤环的光程示意图；
图7为本实施例1所举出的用一个棱镜式PBS替代两个PBS的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种复用组合式保偏光纤环的实现方法及相应的保偏光纤环，通过将原保偏光纤环和偏振分/合光器PBS进行连接组合后形成新的组合式保偏光纤环，使入射的线偏振光波能够分别沿原保偏光纤环的快轴和慢轴依次循环各一周后再通过整个光纤环，从而充分利用了保偏光纤的两个本征偏振轴，增大了保偏光纤环的有效光程，使得在相同的有效光程下可以有效减小所需要的光纤长度，并且增强了有效光程的稳定性和互易性，提高了保偏光纤环的性能。
为更好的描述本发明实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，如图1所示为本发明实施例1所提供复用组合式保偏光纤环实现方法的流程示意图，所述实现方法包括：
步骤11：将原保偏光纤环的两根尾纤与两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连。
在具体实现过程中，两个PBS所采用保偏光纤的类型和直径可以与原保偏光纤环所用保偏光纤的相同，例如均为熊猫型或领结型保偏光纤；且原保偏光纤环的两根尾纤与两个PBS的两根合光尾纤可以采用熔接的方式相连接，熔接点角度可以是90度或0度，取决于具体通光方案的设计，这里所述的采用90度熔接就是光纤快轴和慢轴耦合连接；采用0度熔接就是光纤快轴与快轴，或慢轴和慢轴耦合连接。
步骤12：两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤。
在该步骤中，两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，连接方式也可以采用熔接；然后两个PBS将各自另外的一根分支尾纤作为整个组合后保偏光纤环的两个尾纤。其中，两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波能够分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴依次循环各一周后通过整个光纤环。
在具体实现过程中，将两个PBS各自的两根分支尾纤分别与两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接的方式可以有多种，只要保证入射的线偏振光波能够分别沿原保偏光纤环的快轴和慢轴两次循环后通过整个光纤环就可以满足要求，实现本发明的目的。
下面以具体的实例来说明可能的几种实现方式，如图2所示为本实施例1所举出的一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图，图2中：原保偏光纤环所用保偏光纤为双偏振HB型保偏光纤，两个相同的PBS1和PBS2均带有三根保偏光纤尾纤，保偏光纤的类型和直径与原保偏光纤环所用保偏光纤相同，例如均为熊猫型或领结型保偏光纤。
点1和2为原保偏光纤环的两根尾纤与PBS1和PBS2的合光尾纤的熔接点；点3为PBS1(设定为第一PBS)的第一分支尾纤(11)与PBS2(设定为第二PBS)的第二分支尾纤(22)之间的熔接点；PBS1的第二分支尾纤(12)与PBS2的第一分支尾纤(21)成为整个组合式保偏光纤环的两根尾纤。
PBS1和PBS2的四根分支尾纤(11、12、21、22)均为慢轴通光，当上述三个尾纤熔接点1、2、3均采用0°熔接时，第一分支尾纤(11)、第一分支尾纤(21)的慢轴分别与两根合光尾纤的慢轴耦合连接，且第二分支尾纤(12)、第二分支尾纤(22)的慢轴分别与两根合光尾纤的快轴耦合连接。
通过以上的耦合连接方式，就可以保证入射的线偏振光波分别沿原保偏光纤环的快轴和慢轴两次循环后通过整个光纤环，如图3所示为本实施例1所举出的一种实现方式下的组合式保偏光纤环的光程示意图，图3中：
顺时针(CW)传输的线偏振光波的光程为：由(21)的慢轴入射，经PBS2和熔点2耦合进入原保偏光纤环尾纤慢轴；通过原保偏光纤环慢轴(nx)和熔点1的传输后，由PBS1分光后进入(11)的慢轴；再经熔点3、(22)和PBS2耦合后进入原保偏光纤环尾纤快轴；并沿原保偏光纤环快轴(ny)再次循环通过光纤环后，经熔点1和PBS1分光进入与之耦合的(12)的慢轴出射，结束了整个光程，并实现了有效光程增加一倍，即总的光程为：nxL+nyL≈2nL(式中L为光纤环总长度)。逆时针(CCW)传输光波的光程与上述过程类似，但光程顺序是相反的。
除以上所举出的一种耦合连接方式外，还可以采用其它的耦合连接方式来实现，如图4所示为本实施例1所举出的另一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图，图4中：
熔接点1是采用90度熔接，而其他熔接点2、3均采用0°熔接，PBS1(设定为第一PBS)的第一分支尾纤(11)与PBS2(设定为第二PBS)的第一分支尾纤(21)成为整个组合式保偏光纤环的两根尾纤，则耦合连接方式为：PBS1的第一分支尾纤(11)的慢轴与合光尾纤的慢轴耦合连接，第二分支尾纤(12)的慢轴与合光尾纤的快轴耦合连接；且PBS2的第二分支尾纤(22)与合光尾纤的快轴耦合连接，第一分支尾纤(21)与合光尾纤的慢轴耦合连接。
通过以上的耦合连接方式，同样也可以保证入射的线偏振光波分别沿原保偏光纤环的快轴和慢轴两次循环后通过整个光纤环，其光程示意图与图3所示的过程类似。
值得注意的是，以上只列举了两种可以实现的熔接和耦合方式，由于第一PBS和第二PBS的位置是可以互换的，且图2和图4中的熔接点2或3也可以采用90度熔接，故本领域技术人员根据上述所举出的例子所能想到的其他实现方式，只要能够保证入射的线偏振光波分别沿原保偏光纤环的快轴和慢轴两次循环后通过整个光纤环就可以满足要求，实现本发明的目的。
通过以上实施例1技术方案的实施，就可以充分利用保偏光纤的两个本征偏振轴，从而增大保偏光纤环的有效光程，有效减小在相同条件下所需的光纤长度。
另外，在本发明实施例1中，原保偏光纤环可以由单根保偏光纤采用四极对称或双极对称绕法绕制而成；也可以是由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成的。举例来说，如图5所示为本实施例1所举出的另一种实现方式下的组合式保偏光纤环结构示意图，图5中：
原保偏光纤环是由两根长度相等的保偏光纤熔接后绕制而成，绕法为四极对称或双极对称绕法，而熔点4的熔接角度为90°；该组合式保偏光纤环中两个PBS的连接方式与上述实施例1中所举出的图2和4的连接方式类似。
如图6所示为按此方式绕制后的组合式保偏光纤环的光程示意图，图6中：有效光程在中点3是对称的，且顺时针(CW)与逆时针(CCW)传输光波的光程是互易的；由此可见，通过如图5所示的绕制方式而形成的组合式保偏光纤环，可以成为有效光程互易且加倍的光纤环，从而有效抑制它在光纤陀螺应用中输出信号的温度漂移。
另外，在本发明实施例1中，所述的两个PBS也可以由一个棱镜式PBS来替代组成，在具体实现时，顺时针和逆时针方向的光波共用该棱镜式PBS的偏振分光面，且分别使用该偏振分光面的上下两部分。举例来说，如图7所示为本发明实施例1所举出的用一个棱镜式PBS替代两个PBS的结构示意图，图7中：
合光支路1、分光点a、分光支路(11)和(12)构成一个PBS，等价于PBS1；合光支路2、分光点b、分光支路(21)和(22)构成另一个PBS，等价于PBS2。
在具体实现过程中，合光支路1、2以及分光支路(11)、(21)均带有耦合透镜(如自聚焦透镜)和保偏光纤尾纤；而分光支路(12)和(22)的转折连接可以使用直角棱镜来实现，如图7所示，该直角棱镜在实际器件制作中可以与棱镜式PBS合为一体的；另外，图7中：合光支路1、2尾纤的保偏光纤慢轴方向与透过棱镜式PBS的偏振光p波分量平行，其快轴方向与在棱镜式PBS分光面反射的偏振光s波分量平行，分光支路(11)、(21)尾纤的保偏光纤慢轴方向与透过棱镜式PBS的偏振光p波分量平行。
由此可知，该棱镜式PBS可以取代上述所举出的图2和图4中所示的两个PBS，且该棱镜式PBS和原保偏光纤的连接耦合方式和上述本发明实施例1所述的方法是类似的，此处就不再赘述。通过上述的替代方案，用一个棱镜式PBS取代两个PBS而制作成组合式保偏光纤环，就可以进一步降低器件的制造成本，并且提高了光路的对称性和一致性。
在以上实施例1实现方法的基础上，本发明实施例2还提供了一种复用组合式保偏光纤环，该复用组合式保偏光纤环包括原保偏光纤环和两个偏振分/合光器PBS，其中：
原保偏光纤环的两根尾纤与所述两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连；
两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；
其中，上述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴两次循环后通过整个光纤环。具体耦合连接的方式见以上方法实施例1中所述。
另外，所述原保偏光纤环还可以由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成。具体实现方式见以上方法实施例1中所述。
另外，所述两个PBS还可以由一个棱镜式PBS替代构成，其中，顺时针和逆时针方向的光波共用所述棱镜式PBS的偏振分光面，且分别使用所述偏振分光面的上下两部分。具体实现方式见以上方法实施例1中所述。
另外，以上所述保偏光纤环可以应用在各种光纤传感和光纤通信系统中，例如光纤陀螺中的旋转敏感元件、光纤延迟线、光纤滤波器等。
值得注意的是，上述保偏光纤环实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明实施例可以充分利用保偏光纤的两个本征偏振轴，增大了保偏光纤环的有效光程，使得在相同的有效光程下可以有效减小所需要的光纤长度，并且增强了有效光程的稳定性和互易性，提高了保偏光纤环的性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种复用组合式保偏光纤环的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
将原保偏光纤环的两根尾纤与两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连，其中，所述原保偏光纤环由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成；
所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；
其中，所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴各循环一周后通过整个光纤环。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，具体包括：
当尾纤连接方式均采用零度熔接时，第一PBS的第一分支尾纤的慢轴与所述第一PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第一PBS的第二分支尾纤的慢轴与该第一PBS的合光尾纤的快轴耦合连接；
且所述第一PBS的第一分支尾纤与第二PBS的第二分支尾纤相连接，所述第二PBS的第一分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第二PBS的第二分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的快轴耦合连接。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，具体包括：
当第一PBS的合光尾纤与所述原保偏光纤环的一根尾纤采用90度熔接，而其他尾纤的连接方式采用零度熔接时，所述第一PBS的第一分支尾纤的慢轴与所述第一PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第一PBS的第二分支尾纤的慢轴与该第一PBS的合光尾纤的快轴耦合连接；
且所述第一PBS的第二分支尾纤与第二PBS的第二分支尾纤相连接，所述第二PBS的第一分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的慢轴耦合连接，所述第二PBS的第二分支尾纤与所述第二PBS的合光尾纤的快轴耦合连接。
4.一种复用组合式保偏光纤环，其特征在于，包括原保偏光纤环和两个偏振分/合光器PBS，其中：
所述原保偏光纤环的两根尾纤与所述两个偏振分/合光器PBS的两根合光尾纤分别相连，其中，所述原保偏光纤环由两根长度相等的保偏光纤采用90度角熔接后，利用四极对称或双极对称绕法绕制而成；
所述两个PBS通过各自的一根分支尾纤相连接，并将各自另外的一根分支尾纤作为组合后保偏光纤环的两个尾纤；
所述两个PBS各自的两根分支尾纤均为慢轴通光，并分别与所述两根合光尾纤的慢轴或快轴耦合连接，使得入射的线偏振光波分别沿所述原保偏光纤环的快轴和慢轴各循环一周后通过整个光纤环。
5.如上述权利要求4所述的保偏光纤环，其特征在于，所述保偏光纤环应用于光纤陀螺中的旋转敏感元件、光纤延迟线或光纤滤波器。
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