CN115113336A - 一种偏振耦合器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及偏振器件技术领域，具体涉及一种偏振耦合器及其制造方法。偏振耦合器包括：三纤保偏尾纤、玻璃套管、双折射晶体、自聚焦透镜；三纤保偏尾纤的一端与玻璃套管连接，三纤保偏尾纤上远离玻璃套管的一端与双折射晶体连接，双折射晶体与自聚焦透镜连接；光束在三纤保偏尾纤中传输，通过双折射晶体分成两束光，再通过自聚焦透镜对两束光进行反射。本申请中的三纤保偏尾纤和双折射晶体，能够实现光束的分离和分光比的调节；利用自聚焦透镜实现光束的准直、反射、聚焦；然后透过三纤保偏尾纤实现光束的分离和传输，最终实现光束的分离和合束；采用玻璃套管和金属管密封和保护器件；整个器件结构小型化、制作工艺简单便于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及偏振器件技术领域，具体涉及一种偏振耦合器及其制造方法。
背景技术
随着互联网和信息业务的发展，对光纤系统的容量和传输性能提出更高的要求，光纤耦合器的作用越来越重要，已经成为光纤通讯领域重要的一部分。
相关技术中，光纤耦合器通常包括：空间结构型耦合器和光纤拉锥型耦合器。空间结构型耦合器采用的是对偶方式，光束在空间结构型耦合器通过透、反方式实现分束耦合；光纤拉锥型耦合器是将两根(或者两根以上)光纤去除涂覆层，并在高温加热下熔融，再同时向两侧拉伸，在加热区形成双锥体形式的特种波导结构。
但是，空间结构型耦合器和光纤拉锥型耦合器的结构都比较复杂，存在制备成本较高的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种偏振耦合器及其制造方法，解决了空间结构型耦合器和光纤拉锥型耦合器的结构都比较复杂，制备成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种偏振耦合器，其特征在于，包括：三纤保偏尾纤、玻璃套管、双折射晶体、自聚焦透镜；
所述三纤保偏尾纤的一端与所述玻璃套管连接，所述三纤保偏尾纤上远离所述玻璃套管的一端与所述双折射晶体连接，所述双折射晶体与所述自聚焦透镜连接；
光束在所述三纤保偏尾纤中传输，通过所述双折射晶体分成两束光，再通过所述自聚焦透镜对所述两束光进行反射。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述三纤保偏尾纤包括三个光纤和矩形孔径毛细管，所述三个光纤包括入光保偏光纤和第一出光保偏光纤、第二出光保偏光纤；所述三个光纤穿过所述矩形孔径毛细管。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述玻璃套管与所述矩形孔径毛细管尾部固定。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述双折射晶体与所述矩形孔径毛细管端面固定。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述偏振耦合器还包括：金属管；
所述金属管与所述玻璃套管连接。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述自聚焦透镜镀有增透膜和全反射膜。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述三纤保偏尾纤端面角为8°。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述偏振耦合器的分光比为sin2(a)/cos2(a)，a为所述入光保偏光纤与所述双折射晶体的主平面的夹角。
进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述入光保偏光纤输入的偏振光，经过所述双折射晶体后分成寻常光线和非寻常光线。
本发明还提供一种偏振耦合器的制备方法，所述制备方法包括：
将玻璃套管与三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管尾部粘接固定；
将双折射晶体与所述三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管端面粘接固定；
将自聚焦透镜与所述双折射晶体粘接固定；
将金属管与所述玻璃套管粘接固定。
本发明的有益效果在于：通过本申请中的三纤保偏尾纤和双折射晶体，能够实现光束的分离和分光比的任意调节；利用自聚焦透镜的汇聚特性实现光束的准直、反射、聚焦；然后透过三纤保偏尾纤实现光束的分离和传输，最终实现光束的分离和合束；采用玻璃套管和金属管密封和保护三纤保偏尾纤、双折射晶体和自聚焦透镜；整个器件结构小型化、制作工艺简单便于批量生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图1A是本申请实施例提供的一种偏振耦合器所涉及的光纤水听器使用场景示意图。
附图1B是本申请实施例提供的一种光纤水听器的基本结构示意图。
附图2是本申请实施例提供的偏振耦合器的结构示意图。
附图3A是本申请实施例提供的偏振耦合器的光路传输过程的截面图。
附图3B是入光保偏光纤通道与双折射晶体的主平面夹角的示意图。
附图3C是入光保偏光纤猫眼方向和出光保偏光纤猫眼方向与双折射晶体的主平面夹角的示意图。
附图3D是出光保偏光纤猫眼方向与双折射晶体的主平面夹角的示意图。
附图3E是光路在偏振耦合器中传输的光路模拟图。
附图4是偏振耦合器的制备方法的示意图。
附图中的标号如下：
101-三纤保偏尾纤；101a-腐蚀光纤；101b-腐蚀光纤；101c-腐蚀光纤；102-玻璃套管；103-双折射晶体；104-自聚焦透镜；105-金属管；106-矩形孔径毛细管；201-入光保偏光纤猫眼方向；202-第一偏振出光保偏光纤猫眼方向；203-第二偏振出光保偏光纤猫眼方向；204-光轴方向。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
首先对本申请实施例提供的一种偏振耦合器和所涉及的应用场景进行介绍。
图1A是本申请实施例提供的一种偏振耦合器所涉及的光纤水听器使用场景示意图。光纤水听器A将水声振动转换成光信号，通过光纤B传输至信号处理组件C，通过信号处理组件C提取声信号信息。
图1B是本申请实施例提供的一种光纤水听器A的基本结构示意图，光纤水听器A基本结构可以包括：光源组件D、光纤传感组件E、探测组件F。
其中，光纤传感组件E可以包括偏振耦合器G。该应用场景可以为水下监测环境、石油勘探环境或光纤传感系统能够发挥作用的环境，本申请实施例对该应用场景不做限定。
在光纤水听器的使用过程中，光源组件发出的光束经过起偏器传输至光纤传感组件，光纤传感组件的偏振耦合器对光束进行分束、叠加和干涉，所得到的信号传输至探测组件进行处理。
参见图2，本申请的偏振耦合器包括：三纤保偏尾纤101、玻璃套管102、双折射晶体103、自聚焦透镜104、金属管105。
偏振耦合器整体结构为：三纤保偏尾纤101的一端与玻璃套管102连接，三纤保偏尾纤101上远离玻璃套管102的一端与双折射晶体103连接，双折射晶体103与自聚焦透镜104连接。
在偏振耦合器的使用过程中，光束在三纤保偏尾纤101中传输，透过双折射晶体103分成两个光束，再透过自聚焦透镜104对两个光束光反射、聚焦，然后透过三纤保偏尾纤101实现光束的分离和传输。
其中，参见图2，三纤保偏尾纤101包括三个光纤和矩形孔径毛细管106。具体地，三个光纤分别为：腐蚀光纤101a、腐蚀光纤101b、腐蚀光纤101c。例如：三个腐蚀光纤的芯径均为60um。矩形孔径毛细管106可以是孔径为180um×60um，外径为1.0mm毛细管合束。本申请对毛细管合束的材质、尺寸不作具体限定。
在实际应用中，三纤保偏尾纤101端面8°用于减少回波损耗。
具体地，腐蚀光纤101a用作入光保偏光纤通道、腐蚀光纤101b用作第一偏振出光保偏光纤通道、腐蚀光纤101c用作第二偏振出光保偏光纤通道。
其中，参见图2，矩形孔径毛细管106尾部与玻璃套管102连接，构成尾纤组件一。
具体地，玻璃套管102用于保护三纤保偏尾纤101的平整度和清洁程度，以避免三纤保偏尾纤101受损。
其中，参见图2，矩形孔径毛细管106端面与双折射晶体103连接，构成尾纤组件二。
例如，该双折射晶体103为大折射率差的钒酸钇双折射晶体。钒酸钇双折射晶体尺寸为0.8mm×0.6mm×0.3mm。本申请对钒酸钇双折射晶体的尺寸不作具体限定。
在偏振耦合器使用过程中，光束三纤保偏尾纤101和双折射晶体103中的传输过程如下。为描述光束传输方向，建立空间直角坐标系XYZ，坐标系原点为O。X轴平行于双折射晶体103主平面，Y轴垂直于双折射晶体103的主平面，X轴、坐标系原点O及Y轴确定XOY平面，Z轴垂直于XOY平面，Y轴、坐标系原点O及Z轴确定YOZ平面。参见图3A，图3A为光路传输过程的截面图。参见图3B，其中，入光保偏光纤猫眼方向201为入光保偏光纤通道与双折射晶体103的主平面夹角为a的方向，第一偏振出光保偏光纤猫眼方向202为平行于双折射晶体103主平面的方向，第二偏振出光保偏光纤猫眼方向203为与第一偏振出光保偏光纤猫眼方向202垂直的方向，光轴方向204为双折射晶体103的光轴方向，分光比为sin2(a)/cos2(a)。本申请对入光保偏光纤猫眼方向201与双折射晶体103的主平面夹角a不作具体限定。
参见图3C、图3D，当入光保偏光纤猫眼方向201与双折射晶体103的主平面夹角为45°时，在XOY平面内，入光保偏光纤猫眼方向201与X轴夹角为45°；在YOZ平面内，出光保偏光纤猫眼方向与Y轴夹角为45°，偏振光经过双折射晶体103分成50:50的O光和E光，其中，O光为遵守通常的折射定律，折射光线在入射面内的光线，称为寻常光线；E光为不遵守通常的折射定律，不一定在入射面内的光线，称为非寻常光线。
参见图3E,图3E为光路在偏振耦合器中传输的光路模拟图。
其中，参见图2，双折射晶体103和自聚焦透镜104连接，构成准直器。
例如，自聚焦透镜104靠近三纤保偏尾纤101的端面预先镀所需波段的增透膜，用于减少反射光来增加光在表面的透过率，降低界面传输损耗，使光学系统成像更清晰。优选地，增透膜可以为氟化钙，本申请对增透膜不作具体限定。
例如，自聚焦透镜104远离三纤保偏尾纤101的端面预先镀全反射膜，用于增加光在表面的反射率。优选地，该全反射膜可以为高反膜。
例如，自聚焦透镜104长度为2.24mm。本申请对自聚焦透镜的长度不作具体限定。
在偏振耦合器使用过程中，光束在双折射晶体103和自聚焦透镜104中的传输过程如。入光保偏光纤通道的光束，经过双折射晶体103分光后，经过自聚焦透镜104准直，并且在自聚焦透镜104端面全反射后会聚，再经过双折射晶体103聚焦第一偏振出光保偏光纤通道和第二偏振出光保偏光纤通道完成偏振分束传输，第一偏振出光保偏光纤通道和第二偏振出光保偏光纤通道中的任一个出光保偏光纤通道传输偏振光，根据光路的可逆性原理，偏振光耦合至入光保偏光纤通道中。
其中，参见图2，金属管105和玻璃套管102连接，构成耦合器。
综上所述，通过本申请中的三纤保偏尾纤和双折射透镜实现光束的分离和偏振分光比的任意调节；利用自聚焦透镜实现光束的反射、汇聚；再透过三纤保偏尾纤实现光束的分离和传输；玻璃套管和金属管密封和保护三纤保偏尾纤、双折射晶体、自聚焦透镜；整个器件结构小型化、制作工艺简单。
本申请实施例还提供一种偏振耦合器的制备方法。参见图4，图4为制备偏振耦合器的流程图，该偏振耦合器的制备方法可以包括如下步骤：
S401：参见图4，采用黏稠系数低、耐水性好的高温胶水，将玻璃套管102和三纤保偏尾纤101的矩形孔径毛细管106尾部粘接固定，制作成尾纤组件一。
S402：参见图4，使用黏稠系数高、固化析出物低的胶水，采用围胶工艺，围绕膜片，将双折射晶体103与矩形孔径毛细管106端面粘接固定，制作成尾纤组件二。
S403：参见图4，自聚焦透镜104和尾纤组件二耦合，使用黏稠系数高、固化析出物低的胶水，采用环胶工艺，环绕自聚焦透镜104和双折射晶体103之间的间隙粘接固定，制作成准直器。
S404：参见图4，使用黏稠系数低、耐水性好的胶水，采用渗胶工艺，将金属管105和玻璃套管102套接后粘接固定，制作成耦合器。
其中，在S401中，预先使用80um保偏光纤，采用氢氟酸腐蚀工艺制作芯径为60um的三个腐蚀光纤，再将三个腐蚀光纤穿过孔径为180um×60um外径为1.0mm的毛细管合束制成三纤保偏尾纤101。
综上所述，本申请通过将三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管尾部与玻璃套管粘接固定，将三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管端面与双折射晶体粘接固定，将双折射晶体与自聚焦透镜粘接固定，最后将金属管与玻璃套管粘接固定，整个器件制作工艺简单，便于批量生产。
上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种偏振耦合器，其特征在于，包括：三纤保偏尾纤、玻璃套管、双折射晶体、自聚焦透镜；
所述三纤保偏尾纤的一端与所述玻璃套管连接，所述三纤保偏尾纤上远离所述玻璃套管的一端与所述双折射晶体连接，所述双折射晶体与所述自聚焦透镜连接；
光束在所述三纤保偏尾纤中传输，通过所述双折射晶体分成两束光，再通过所述自聚焦透镜对所述两束光进行反射。
2.根据权利要求1所述的偏振耦合器，所述三纤保偏尾纤包括三个光纤和矩形孔径毛细管，所述三个光纤包括入光保偏光纤和第一出光保偏光纤、第二出光保偏光纤；所述三个光纤穿过所述矩形孔径毛细管。
3.根据权利要求2所述的偏振耦合器，所述玻璃套管与所述矩形孔径毛细管尾部固定。
4.根据权利要求3所述的偏振耦合器，所述双折射晶体与所述矩形孔径毛细管端面固定。
5.根据权利要求1至4任一所述的偏振耦合器，所述偏振耦合器还包括：金属管；
所述金属管与所述玻璃套管连接。
6.根据权利要求1至4任一所述的偏振耦合器，所述自聚焦透镜镀有增透膜和全反射膜。
7.根据权利要求1至4任一所述的偏振耦合器，所述三纤保偏尾纤端面角为8°。
8.根据权利要求1至4任一所述的偏振耦合器，所述偏振耦合器的分光比为sin2(a)/cos2(a)，a为所述入光保偏光纤与所述双折射晶体的主平面的夹角。
9.根据权利要求1至4任一所述的偏振耦合器，所述入光保偏光纤输入的偏振光，经过所述双折射晶体后分成寻常光线和非寻常光线。
10.一种偏振耦合器的制备方法，所述制备方法包括：
将玻璃套管与三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管尾部粘接固定；
将双折射晶体与所述三纤保偏尾纤的矩形孔径毛细管端面粘接固定；
将自聚焦透镜与所述双折射晶体粘接固定；
将金属管与所述玻璃套管粘接固定。
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2022
- 2022-07-06 CN CN202210788171.XA patent/CN115113336B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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