CN102608704A - 基于多芯光纤的光纤环行器 - Google Patents
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Abstract
基于多芯光纤的光纤环行器，涉及一种光环行器，适用于光通信领域。解决了环行器结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第三光敏纤芯(41、42、43)，分别刻写在第一至第三光敏纤芯(41、42、43)上的第一至第三闪耀光纤光栅(51、52、53)。第一光敏纤芯(41)和第二光敏纤芯(42)的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅(51)的成栅面与第一光敏纤芯(41)成θ角，与第一光敏纤芯(41)和第二光敏纤芯(42)所处平面垂直，0°＜θ＜45°，依此类推。第一光敏纤芯(41)的左端为1端口(1)，第二光敏纤芯(42)的右端为2端口(2)，第三光敏纤芯(43)的左端为3端口(3)。
Description
技术领域
本发明涉及一种光环行器，适用于光纤通信、激光器、光器件领域。
背景技术
随着光信息领域技术的不断发展，各类有源或是无源光器件也都不断涌现，而且性能越来越好，价格越来越低。在对光信号进行处理的过程中会用到这样一种多端口的无源光器件，光信号从某一端口输入，只能从相邻的某一端口输出，使得光信号在其中不具有可逆性，能够满足这种要求的光器件被称作光环行器。最常见的光环行器有三端口和四端口的类型，其中四端口光环行器中光信号传输方向为1→2、2→3、3→4、4→1，通常的三端口环行器只是将4端口悬空，所以实现的功能为1→2、2→3，从3端口输入的光信号不从任何一个端口输出。
传统的光环行器的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。主要利用旋光晶体的法拉第效应。对于沿1→2、2→3、3→4、4→1方向入射的信号光，通过双折射晶体将光信号中偏振态不同的光信号分解成两束偏振态互相垂直的光信号，分别经过波片与旋光晶体对光信号进行处理，最后再经过双折射晶体将两束处理后的光信号合束成一束光信号从输出端输出，而相反方向入射的光信号也会经过同样的处理，所不同之处在于最后一级的双折射晶体对前期处理的光信号不进行合束处理，而是将其输出方向偏转，使其无法沿1→2、2→3、3→4、4→1的反方向输出，实现了光环行器所要求的功能。为了实现与光纤的耦合，还需要微型透镜的聚光作用，将光纤导入的光信号耦合入环行器中的晶体，同样需要微型透镜将晶体中处理后的光信号耦合入光纤输出。
由于传统光环行器的上述结构，使得其正反向的隔离度很高。但从其结构中也很容易看出其缺点也十分明显：首先，磁光晶体的加工难度大，成本高，而且体积也很大，微型透镜的引入也使正向的损耗增加，而且微型透镜同样面临加工难度大，成本高，以及体积无法做的很小的难题。多级光学元件的串联导致光的损耗加大，表现在整个隔离器的插入损耗无法进一步降低。在如今对光器件的需求量越来越大的情况下，任何器件的结构、成本、体积等的因素都有可能成为进一步推行全光通信的瓶颈。尤其在逐步走向光集成、光器件智能化等的光信息领域，传统光环行器的结构庞大、复杂、效率低、成本高亟需解决。
相比结构复杂的传统光隔离器，全光纤化的光环行器结构成为一个新的亮点，以光纤为基质的器件成本低，体积和重量都大大减小，并且由于基于全光纤的结构，与光纤的低损耗接入成为可能。中国专利申请200610010065.X中涉及一种全光纤的环行器结构，但由于其中涉及光纤不同模式之间的耦合，无法完全在基模条件下进行。由于光纤中存在高阶模的时候，基模必然存在，只对其中的高阶模有能量转移作用，使得耦合的效率受到限制，甚至完全达不到反向光隔离的目的。
因此，目前的光环行器面临的问题是：结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前的光环行器面临结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。
本发明的技术方案为：
基于多芯光纤的光纤环行器，该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第三光敏纤芯，分别刻写在第一至第三光敏纤芯上的第一至第三闪耀光纤光栅。
第一光敏纤芯和第二光敏纤芯的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅的成栅面与第一光敏纤芯成θ角度，与第一光敏纤芯和第二光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。所谓成栅面即为光纤光栅中折射率调制区域内相同折射率的一系列平面，这些平面相互平行。
第二光敏纤芯和第三光敏纤芯的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅的成栅面与第二光敏纤芯成θ角度，与第二光敏纤芯和第三光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第三光敏纤芯和第一光敏纤芯的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅的成栅面与第三光敏纤芯成θ角度，与第三光敏纤芯和第一光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：45°＜θ＜90°；
第一光敏纤芯的左端为该环行器的1端口，第二光敏纤芯的右端为该环行器的2端口，第三光敏纤芯的左端为该环行器的3端口。
所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第三光敏纤芯均在多芯光纤的包层内。
从该环行器1端口输入的光信号沿第一光敏纤芯传输至第一闪耀光纤光栅，并耦合至第二光敏纤芯沿第二光敏纤芯传输至2端口输出。
从2端口输入的光信号沿第二光敏纤芯传输至第二闪耀光纤光栅，并耦合至第三光敏纤芯沿第三光敏纤芯传输至3端口输出。
从3端口输入的光信号沿第三光敏纤芯传输至第三闪耀光纤光栅，并耦合至第一光敏纤芯沿第一光敏纤芯传输至1端口输出。
所述的第一至第三光敏纤芯在多芯光纤截面内的排布方式为分别依次处于正三角形的三个顶点。
所述的第一至第三光敏纤芯均对紫外光有光敏性。
所述的第一至第三闪耀光纤光栅为Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅或啁啾闪耀光纤光栅。
Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅和啁啾闪耀光纤光栅与传统Bragg光纤光栅、长周期光纤光栅、取样光纤光栅或啁啾光纤光栅的区别仅在于Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅和啁啾闪耀光纤光栅的成栅面与光纤成θ角度。Bragg闪耀光纤光栅的折射率调制周期小于1微米、长周期闪耀光纤光栅的折射率调制周期大于1微米。
多芯光纤的纤芯数量不仅限于三个，即多芯光纤包括第一至第N光敏纤芯，分别在第一至第N光敏纤芯上刻写第一至第N闪耀光纤光栅，构成包括N个端口的环行器。其中的N≥3，且为整数。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
相比传统基于磁光晶体和透镜的光环行器，本发明以多芯光纤为基质，成本低，各部分组件的制作技术成熟。依靠闪耀光纤光栅的能量耦合，实现1端口输入的光信号从2端口输出，2端口输入的光信号从3端口输出，3端口输出的光信号从1端口输出，并且光路不可逆，隔离度得到保证。整个环行器的主要结构为多芯光纤，体积和重量相比传统环行都大大减小。该环行器的工作带宽取决于闪耀光纤光栅的带宽，通过控制闪耀光纤光栅的刻写周期可以精确控制该环行器的工作带宽及工作波长，可操作性大大提升。
附图说明
图1为三端口的基于多芯光纤的光纤环行器。
图2为三端口的基于多芯光纤的光纤环行器多芯光纤截面图。
图3为四端口的基于多芯光纤的光纤环行器。
图4为四端口的基于多芯光纤的光纤环行器多芯光纤截面图。
图5为六端口的基于多芯光纤的光纤环行器多芯光纤截面图。
图6为图5沿A-A截面的右半面多芯光纤及闪耀光纤光栅结构图。
图7为图5沿A-A截面的左半面多芯光纤及闪耀光纤光栅结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施方式一
基于多芯光纤的光纤环行器，如图1、2所示，该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第三光敏纤芯41、42、43，分别刻写在第一至第三光敏纤芯41、42、43上的第一至第三闪耀光纤光栅51、52、53。
第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅51的成栅面与第一光敏纤芯41成θ角度，与第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅52的成栅面与第二光敏纤芯42成θ角度，与第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第三光敏纤芯43和第一光敏纤芯41的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅53的成栅面与第三光敏纤芯43成θ角度，与第三光敏纤芯43和第一光敏纤芯41所处的平面垂直，并满足：45°＜θ＜90°。
第一光敏纤芯41的左端为该环行器的1端口1，第二光敏纤芯42的右端为该环行器的2端口2，第三光敏纤芯43的左端为该环行器的3端口3。
所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第三光敏纤芯41、42、43均在多芯光纤的包层内。
从该环行器1端口1输入的光信号沿第一光敏纤芯41传输至第一闪耀光纤光栅51，并耦合至第二光敏纤芯42沿第二光敏纤芯42传输至2端口2输出。
从2端口2输入的光信号沿第二光敏纤芯42传输至第二闪耀光纤光栅52，并耦合至第三光敏纤芯43沿第三光敏纤芯43传输至3端口3输出。
从3端口3输入的光信号沿第三光敏纤芯43传输至第三闪耀光纤光栅53，并耦合至第一光敏纤芯41沿第一光敏纤芯41传输至1端口1输出。
所述的第一至第三光敏纤芯41、42、43在多芯光纤截面内的排布方式为分别依次处于正三角形的三个顶点。
所述的第一至第三光敏纤芯41、42、43均对紫外光有光敏性。
所述的第一至第三闪耀光纤光栅51、52、53为Bragg闪耀光纤光栅或啁啾闪耀光纤光栅。
实施方式二
基于多芯光纤的光纤环行器，如图3、4所示，该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第四光敏纤芯41、42、43、44，分别刻写在第一至第四光敏纤芯41、42、43、44上的第一至第四闪耀光纤光栅51、52、53、54。
第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅51的成栅面与第一光敏纤芯41成θ角度，与第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅52的成栅面与第二光敏纤芯42成θ角度，与第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第三光敏纤芯43和第四光敏纤芯44的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅53的成栅面与第三光敏纤芯43成θ角度，与第三光敏纤芯43和第四光敏纤芯44所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第四光敏纤芯44和第一光敏纤芯41的边沿最近距离为h；第四闪耀光纤光栅54的成栅面与第四光敏纤芯44成θ角度，与第四光敏纤芯44和第一光敏纤芯41所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第一光敏纤芯41的左端为该环行器的1端口1，第二光敏纤芯42的右端为该环行器的2端口2，第三光敏纤芯43的左端为该环行器的3端口3，第四光敏纤芯44的右端为该环行器的4端口4。
所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第四光敏纤芯41、42、43、44均在多芯光纤的包层内。
从该环行器1端口1输入的光信号沿第一光敏纤芯41传输至第一闪耀光纤光栅51，并耦合至第二光敏纤芯42沿第二光敏纤芯42传输至2端口2输出。
从2端口2输入的光信号沿第二光敏纤芯42传输至第二闪耀光纤光栅52，并耦合至第三光敏纤芯43沿第三光敏纤芯43传输至3端口3输出。
从3端口3输入的光信号沿第三光敏纤芯43传输至第三闪耀光纤光栅53，并耦合至第四光敏纤芯44沿第四光敏纤芯44传输至4端口4输出。
从4端口4输入的光信号沿第四光敏纤芯44传输至第四闪耀光纤光栅54，并耦合至第一光敏纤芯41沿第一光敏纤芯41传输至1端口1输出。
所述的第一至第四光敏纤芯41、42、43、44在多芯光纤截面内的排布方式为分别依次处于正四边形的四个顶点。
所述的第一至第四光敏纤芯41、42、43、44均对紫外光有光敏性。
所述的第一至第四闪耀光纤光栅51、52、53、54为长周期闪耀光纤光栅或取样闪耀光纤光栅。
实施方式三
基于多芯光纤的光纤环行器，如图5、6、7所示，该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第六光敏纤芯41、42、43、44、45、46，分别刻写在第一至第六光敏纤芯41、42、43、44、45、46上的第一至第六闪耀光纤光栅51、52、53、54、55、56。
第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅51的成栅面与第一光敏纤芯41成θ角度，与第一光敏纤芯41和第二光敏纤芯42所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅52的成栅面与第二光敏纤芯42成θ角度，与第二光敏纤芯42和第三光敏纤芯43所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第三光敏纤芯43和第四光敏纤芯44的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅53的成栅面与第三光敏纤芯43成θ角度，与第三光敏纤芯43和第四光敏纤芯44所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第四光敏纤芯44和第五光敏纤芯45的边沿最近距离为h；第四闪耀光纤光栅54的成栅面与第四光敏纤芯44成θ角度，与第四光敏纤芯44和第五光敏纤芯45所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第五光敏纤芯45和第六光敏纤芯46的边沿最近距离为h；第五闪耀光纤光栅55的成栅面与第五光敏纤芯45成θ角度，与第五光敏纤芯45和第六光敏纤芯46所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第六光敏纤芯46和第一光敏纤芯41的边沿最近距离为h；第六闪耀光纤光栅56的成栅面与第六光敏纤芯46成θ角度，与第六光敏纤芯46和第一光敏纤芯41所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。
第一光敏纤芯41的左端为该环行器的1端口1，第二光敏纤芯42的右端为该环行器的2端口2，第三光敏纤芯43的左端为该环行器的3端口3，第四光敏纤芯44的右端为该环行器的4端口4，第五光敏纤芯45的左端为该环行器的5端口5，第六光敏纤芯46的右端为该环行器的6端口6。
所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第六光敏纤芯41、42、43、44、45、46均在多芯光纤的包层内。
从该环行器1端口1输入的光信号沿第一光敏纤芯41传输至第一闪耀光纤光栅51，并耦合至第二光敏纤芯42沿第二光敏纤芯42传输至2端口2输出。
从2端口2输入的光信号沿第二光敏纤芯42传输至第二闪耀光纤光栅52，并耦合至第三光敏纤芯43沿第三光敏纤芯43传输至3端口3输出。
从3端口3输入的光信号沿第三光敏纤芯43传输至第三闪耀光纤光栅53，并耦合至第四光敏纤芯44沿第四光敏纤芯44传输至4端口4输出。
从4端口4输入的光信号沿第四光敏纤芯44传输至第四闪耀光纤光栅54，并耦合至第五光敏纤芯45沿第五光敏纤芯45传输至5端口5输出。
从5端口5输入的光信号沿第五光敏纤芯45传输至第五闪耀光纤光栅55，并耦合至第六光敏纤芯46沿第六光敏纤芯46传输至6端口6输出。
从6端口6输入的光信号沿第六光敏纤芯46传输至第六闪耀光纤光栅56，并耦合至第一光敏纤芯41沿第一光敏纤芯41传输至1端口1输出。
所述的第一至第六光敏纤芯41、42、43、44、45、46在多芯光纤截面内的排布方式为分别依次处于正六边形的六个顶点。
所述的第一至第六光敏纤芯41、42、43、44、45、46均对紫外光有光敏性。
所述的第一至第六闪耀光纤光栅51、52、53、54、55、56为啁啾闪耀光纤光栅。
Claims (6)
1.基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第三光敏纤芯(41、42、43)，分别刻写在第一至第三光敏纤芯(41、42、43)上的第一至第三闪耀光纤光栅(51、52、53)；
第一光敏纤芯(41)和第二光敏纤芯(42)的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅(51)的成栅面与第一光敏纤芯(41)成θ角度，与第一光敏纤芯(41)和第二光敏纤芯(42)所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°；
第二光敏纤芯(42)和第三光敏纤芯(43)的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅(52)的成栅面与第二光敏纤芯(42)成θ角度，与第二光敏纤芯(42)和第三光敏纤芯(43)所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°；
第三光敏纤芯(43)和第一光敏纤芯(41)的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅(53)的成栅面与第三光敏纤芯(43)成θ角度，与第三光敏纤芯(43)和第一光敏纤芯(41)所处的平面垂直，并满足：45°＜θ＜90°；
第一光敏纤芯(41)的左端为该环行器的1端口(1)，第二光敏纤芯(42)的右端为该环行器的2端口(2)，第三光敏纤芯(43)的左端为该环行器的3端口(3)。
2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：
所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第三光敏纤芯(41、42、43)均在多芯光纤的包层内。
3.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：
从该环行器1端口(1)输入的光信号沿第一光敏纤芯(41)传输至第一闪耀光纤光栅(51)，并耦合至第二光敏纤芯(42)沿第二光敏纤芯(42)传输至2端口(2)输出；
从2端口(2)输入的光信号沿第二光敏纤芯(42)传输至第二闪耀光纤光栅(52)，并耦合至第三光敏纤芯(43)沿第三光敏纤芯(43)传输至3端口(3)输出；
从3端口(3)输入的光信号沿第三光敏纤芯(43)传输至第三闪耀光纤光栅(53)，并耦合至第一光敏纤芯(41)沿第一光敏纤芯(41)传输至1端口(1)输出。
4.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：
所述的第一至第三光敏纤芯(41、42、43)在多芯光纤截面内的排布方式为分别依次处于正三角形的三个顶点；
所述的第一至第三光敏纤芯(41、42、43)均对紫外光有光敏性。
5.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：
所述的第一至第三闪耀光纤光栅(51、52、53)为Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅或啁啾闪耀光纤光栅。
6.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的光纤环行器，其特征在于：
多芯光纤的纤芯数量不仅限于三个，即多芯光纤包括第一至第N光敏纤芯(41、42、43、……、4N)，分别在第一至第N光敏纤芯(41、42、43、……、4N)上刻写第一至第N闪耀光纤光栅(51、52、53、……、5N)，构成包括N个端口的环行器；
其中的N≥3，且为整数。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN2012101058320A CN102608704A (zh) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | 基于多芯光纤的光纤环行器 |
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Publications (1)
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101075004A (zh) * | 2006-05-19 | 2007-11-21 | 黑龙江大学 | 三端口全光纤环行器 |
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2012
- 2012-04-11 CN CN2012101058320A patent/CN102608704A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120725 |