CN1825149A - 熔锥型保偏光纤器件及宽带保偏光纤分路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一类熔锥型保偏光纤器件特征。该类器件的耦合区横截面短轴与长轴之比在1∶0.95到：1∶1.4之间。该器件具有较高的偏振隔离，同时器件的可靠性有很大的提高，其工作温度范围扩大至－40℃到+85℃。本发明还公开一种含有上述熔锥型保偏光纤器件的宽带保偏光纤分路器。

Description

熔锥型保偏光纤器件及宽带保偏光纤分路器

技术领域

本发明涉及一类熔锥型保偏光纤器件；本发明还涉及一种宽带保偏光纤分路器。

背景技术

保偏光纤有一个径向的高应力区，这样在径向形成了非对称，使这类光纤具有偏振保持的本领。因此，这个高引力区的方位及对称性将严重影响保偏光纤的特性。当用保偏光纤制造器件时，首先将二根保偏光纤在需要熔拉的区域剥掉保护层，并按图1所示，确保需熔拉的区域并行相切，其横截面如图2所示，因此在没有熔拉之前，横截面的短轴(a)和长轴(b)之比为1∶2。但在进行熔融拉锥时，一般来讲，对器件耦合区横截面形状的控制有着特别的要求，力求不破坏原始光纤的高引力区的分布，使传输的通过耦合区的线偏振光的偏振隔离度不受影响或影响很少，同时又要考虑到偏振在耦合区有较小的由光纤耦合引起的附件损耗或可以接受的较低附加损耗。只有这样，在一根光纤里传播的光才会低损耗地耦合进入另一根光纤。

在这一领域的很多学者进行了长时期的研究。美国专利US 5420949公开的器件横截面的短轴(a)与长轴(b)之比为1∶1.85到1∶1.95之间，如图3所示，器件的截面明显呈“哑铃型”。按短轴(a)与长轴(b)这样的比例关系，保偏光纤之间相互熔融程度并不很强，而且由于大多采用相对较低温度的加热源进行拉锥，因而一般在耦合区的二根保偏光纤间不是真正地熔在一起，而是由于加热和拉伸只是使二根光纤粘在一起。因此上述器件具有如下几个特点，第一由光纤间只是粘在一起，所以从结构上来讲不是一个牢固的结构；第二由于在未拉锥前，芯与芯之间的距离比较远，实现一定分光比的拉锥长度比较长，耦合区内光场扩展的程度比较大，空气和光纤包层已形成了一个有效的波导界面，因此，一旦外面环境发生变化(如进水)，器件的光性能立刻发生变化，即对外界的变化相当敏感；第三由于器件截面形状是“哑铃型”，由封装材料可能引起的扭转引力较大，从而也影响到器件的其它光学性能；第四是由于采用低温直接拉锥工艺，在原光纤表面可能存在微裂缝不能得到改善，不但使熔拉区的机械强度降低，而且使水气通过这些微裂缝渗透到耦合区的速度较快，从而最终导致器件的寿命大大缩短[C.V.Cry等人发表的”Long termsplitting ratio drifts in singlemode fused fiber opticsplitters”，pp746-757，NFOEC conference，June 18-22，1995，Boston，MA]。总之，虽然这类器件最初时的偏振隔离度可能较高，但随时间的稳定性相对较差，工作温度通常只在0℃到+70℃范围内。因此，器件的长期可靠性受到较大的影响。

另外，美国专利US 4798436公开了普通的分路器通过“预拉”及“打结”的工艺可以生产具有宽波长特性的分路器。而对于保偏光纤分路器，由于保偏光纤在熔拉前在耦合区必须平行放置，因此既不能“预拉”又不能“打结”，所以就很难通过常规的工艺来实现宽波长工作的特性。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术的上述不足，提出一种偏振隔离度高、工作温度范围大、长期可靠性好的熔锥型保偏光纤器件。

本发明的目的之二是提出一种具有宽波长特性的宽带保偏光纤分路器。

为了实现上述目的之一，本发明提出的熔锥型保偏光纤器件，其耦合区横截面短轴与长轴之比在1∶0.95到：1∶1.4之间。

上述熔锥型保偏光纤器耦合区优选包含二根或二根以上的光纤，其中至少一根是保偏光纤；最优选三根光纤均为保偏光纤。

这种器件具有如下几个特点，第一是由于拉锥区光纤被完全融合在一起，已形成一根双芯光纤，所以从结构上来讲是一个非常牢固的结构；第二由于在未拉锥前，芯与芯之间的距离已经非常靠近，实现一定分光比的拉锥长度相对较短，耦合区内光场扩展的程度比较小，耦合集中发生在芯区中央，空气和光纤包层还没有形成一个有效的波导界面，因此，一旦外面环境发生变化(如进水)，器件的光性能几乎不变，即对外界的变化相当不敏感；第三由于器件截面形状几乎是“圆型”，由封装材料可能引起的扭转引力就非常小，从而对器件的其它光学性能影响极小；第四是由于采用高温先融，低温拉锥的工艺，在原光纤表面可能存在微裂缝得到改善并可能清除，不但使熔拉区的机械强度增加，而且使水气渗透进耦合区的速度大大减慢，从而使得器件的抗水气能力大大增强。总之，这类器件除有较高偏振隔离度之外，器件随时间的稳定性比较高，工作温度也扩展到在-40℃到+80℃范围内。因此，器件的长期可靠性有了很大的提高。

上述熔锥型保偏光纤器件在制作上并没有特别之处。将二根光纤，其中至少一根是保偏光纤，按照如图1所示排列，其中L’是光纤被剥掉保护层的长度，其长度一般在10到70毫米不等，而L是保证二根光纤相互相切的长度，其长度一般在8毫米到65毫米之间，并利用加热温度接近或等于光纤熔点的氢氧火焰加热这个区域，加热时间一般在几秒到几分钟之间，使得其横截面的短轴和长轴之比在1∶0.95到1∶1.4之间。而对多根光纤，譬如制作由三根保偏光纤熔拉成的器件，其中至少是一根保偏光纤的情况，其准备及工艺过程完全相同。

为了实现上述发明目的之二，本发明提出的宽带保偏光纤分路器包含上述三根光纤均为保偏光纤的熔锥型保偏光纤器件。

相对于现有技术，本发明把二根保偏光纤完全熔融在一起，使器件横截面的短轴(a)与长轴(b)之比为1∶0.95到1∶1.4之间，使原来二根光纤的横截面很像一根双芯保偏光纤。本发明在确保器件具有较高的偏振隔离，同时器件的可靠性有很大的提高。特别是使其工作温度范围扩大至-40℃到+85℃。采用本发明的技术方案制造的宽带保偏光纤分路器，其附加损耗一般在0.2dB左右，工作带宽可达到+/-40nm，最大分光比差小于+/-2％，而且偏振消光比在带宽内均保持大于18dB以上。

附图说明

图1是现有技术中1×2或2×2保偏光纤器件在熔拉前的纵向示意图。

图2是现有技术中1×2或2×2保偏光纤器件在熔拉前的横截面示意图，图示为熊猫型保偏光纤。

图3是现有技术中1×2或2×2保偏光纤器件耦合区的横截面示意图。

图4是本发明1×2或2×2保偏光纤器件使用本发明工艺拉锥后耦合区的横截面示意图。

图5是本发明1×3，2×3，3×3保偏光纤器件在熔融拉锥前的纵向示意图。

图6是本发明1×3，2×3，3×3保偏光纤器件用本发明工艺拉锥后耦合区的横截面示意图。

图7是本发明1×2，50∶50宽带保偏光纤分路器基本结构示意图。

图8是本发明1×2，50∶50宽带保偏光纤分路器偏振谱带宽特性图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

将二根光纤，其中至少一根是保偏光纤，按图1所示排列准备好，其中L’是光纤被剥掉保护层的长度，其长度一般在10到70毫米不等，而L是保证二根光纤相互相切的长度，其长度一般在8毫米到65毫米之间，并利用加热温度接近或等于光纤融点的氢氧火焰加热这个区域，加热时间一般在几秒到几分钟之间，使得其横截面的短轴(a)和长轴(b)之比在1∶0.95到1∶1.4之间，使原来二根光纤的横截面很像一根双芯保偏光纤(如图4所示)。

该器件具有较高的偏振隔离，同时可靠性有很大的提高。特别是使其工作温度范围扩大至-40℃到+85℃。

实施例2

制作由三根保偏光纤熔拉成的器件，首先将三光纤按如图5所示方式定位，并按照实施例1所述工艺熔拉，同样使原来三根光纤的横截面很象一根三芯保偏光纤(如图6所示)。

实施例3

三根保偏光纤按如图3所示排列熔拉制成的器件，当线偏振光从端口2的慢轴输入时，那么在输出端口4，5，6(见图5)的输出光功率满足

$P_{5S}\left(\mathrm{\λ}\right)={\cos }^2(\sqrt{2}\·\underset{0}{\overset{L}{\∫}}{C}_S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{dz})$

$P_{4S}\left(\mathrm{\λ}\right)=P_{6S}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{2}\·{\sin }^2(\sqrt{2}\·\underset{0}{\overset{L}{\∫}}{C}_S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{dz})$

其中C_S(λ)为线偏振光在慢轴上时相邻光纤间的耦合系数，L为耦合区的有效耦合长度。根据文献“‘1×3 Linear Array Singlemode Fibre Couplers’，Electronics Letters，Vol.28，No.25，1992，pp2330-2332.”同样可以生产保偏光纤的宽带分路器。这里，如线偏振光纤定位在快轴上时同样适用。

在制作工艺上，先按如图6将光纤定位好，保偏光纤的慢轴垂直于三根光纤构成的平面，三根光纤的中间部分均有一段剥去涂覆层的裸纤部分，将该裸纤部分的中央部分紧密靠近，形成一个平行区。将波长为λ₀的线偏振光从端口2注入(可定位在慢轴或快轴上s)，输出端口4，5，6接入光探测器，实时监控各输出端口的输出功率，然后用高温加热源熔融预定区域的三根保偏光纤，直至其横截面从图4渐变成图5，最后用加热源拉伸熔融区，直至端口5的输出功率达到最小，通常几乎可达到零。然后切掉端口1，3和5，形成一个外表看起来是一个1×2的宽带分路器(如图7所示)。

该宽带分路器偏振谱带宽特性如图8所示。

Claims (4)

1、一种熔锥型保偏光纤器件，其特征在于：有效耦合区横截面短轴与长轴之比在1∶0.95到∶1∶1.4之间。

2、根据权利要求1所述的熔锥型保偏光纤器件，其特征是耦合区包含二根或二根以上的光纤，其中至少一根是保偏光纤。

3、根据权利要求2所述的熔锥型保偏光纤器件，其特征是耦合区包含三根光纤且三根光纤均为保偏光纤。

4、一种宽带保偏光纤分路器，其特征是包含权利要求3所述的熔锥型保偏光纤器件。

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