CN201252545Y - 基于倏逝场的光纤光功率监测器 - Google Patents

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CN201252545Y
CN201252545Y CNU2008200505542U CN200820050554U CN201252545Y CN 201252545 Y CN201252545 Y CN 201252545Y CN U2008200505542 U CNU2008200505542 U CN U2008200505542U CN 200820050554 U CN200820050554 U CN 200820050554U CN 201252545 Y CN201252545 Y CN 201252545Y
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陈哲
张凌童
潘昊
肖雅婷
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Jinan University
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Abstract

本实用新型公开了一种基于倏逝场的光纤光功率监测器,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。本实用新型可实现较高效率的光电探测器接收分光能量。本实用新型的基于倏逝场的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。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

基于倏逝场的光纤光功率监测器
技术领域
本实用新型涉及光纤光功率监测器。
电信业的快速«要求网络更灵活、可靠、实用、易操作和i緣。在光网乡各应用中,各«, 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^lr的光功率是均衡的,逸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 些被监领接啲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观啲最重要的参数之一。无论是魏器的输出功率、输人光放大 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诚-認测、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 光能量的监测来完自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倉糧的双光纤"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ftlf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皿装配时要求较高,另外其
对M的切断也弓l入了附加损耗,因此不适用于高功率ftlr光的监测。光乡f^MM型中现有方法主,以下几种。
美国专利US2008O7994OA1和US2007O47875A1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Mfflil这段区域Bt沿着此第二个波导区,生泄漏分光的方法,并用光电探测器外泄漏的光能 «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,另夕Hf顿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 光器对光乡雅'层加工一个"浅开口",并将光乡拷曲使得光乡様面成为一ra面,这种结构4赃纤 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M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,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M/人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 謝门的实^i正明,该探测器的插入损耗较高、探观傚報低。 实用新型内容
本实用新型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,
離一种撤高光电探测效率,而且制作简单、财低的基于倏逝场的光纤光功率监测器。
实现本实用新型目的的技术方案如下: 一种基于倏逝场的光纤光功率监测器,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, j?Mv形缺口
底部距离纤芯表面的最超巨离为3〜5um,所述光电探测器置于V形缺口夕刚,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。光电探湖幡的放置位置的选择就是为了使光电探领隨的感光面能接收至哽多的泄漏光,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。紐理裕十算及实验銜正,V形缺口中泄漏光相对于光纤光轴的出射角约为
so度,因此光电探测鹏光面平行于光纤光轴體比垂^a,澳核媒要娘艮多。
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;iili,透镜的汇聚光的作用
使探测效率更高,从而探测灵被更高。
为了探测光纤中某一波长的光功率,可在戶,光电探测器与v形缺口之间设置滤光片。
戶;M光纤可以为雜光纤、多模光纤或M光纤。
若所述光纤为織光纤,为实现更好的探测效果,戶;ft&光电探测器与v形缺口之间还可以包 括偏振片。
作为一个M^件,贝嚅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开鴻或者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。 上述基于倏逝场的光纤光功率监测器可用在M信的光纤激光器、光放大器、超窄光脉冲发
生器等高性能«信器件中,也可应用于光纤传感领域。
本实用新型的基于倏逝场的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4专播或泄漏。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。本实用新型的光功率监测器是在普
ffiii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,M0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,皿磨区设计成其 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ii抛磨区外侧,实现光纤纤芯中光功率的探
关于V形缺口,若抛磨区过短,贝岫于V形缺口的应力比體中,容易断裂,抛磨区一般应 长于3腿。
本实用新型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絲t糧。用侧»^光纟賴怖地絲纤謝特诸多优点:f疏入损耗、低回波损
耗、高^lr功率处理能力;它也可应用于織光纤^^种光纤f^r系统中,同时还可制作f^R小、
成本低的^t乡借件等。本实用新型与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:器ffiS入损
耗0.4dB,光电响应率(optoelectricresponsivity)可达120mA/W,偏振相关损糊.ldB,偏振稳定度 (Polarization stability) 0.3dB。此器件可与钱纤可变光衰减tl^在一起制成絲纤光功率雌 器(监测和控制器件),而且由于{顿轮微纟刊隨抛磨技术,使得光纤就部分的制作駄低。 本实用新型与美国专禾!fUS2005O742O8Al所述的光功率监测器相比,其区另赃于用V形缺口代 替平坦的鹏区,从而实现更低的插入损耗和更高的探测效率。 附图说明
图l为本实用新型的基于倏逝场的光纤光功率监领螺结构示意图; 图2为用于封装图1的监测器的保护魅寸装结构示意图; 图3为实施例1侧边^^光纤的鹏区进行厚度观糧的测试曲线;
图4为实施例]基于倏逝场的光纤光功率监须螺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。 具体实船式
如图1所示,本实用新型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l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,括用于固定光纤的V形或者U形槽。
实施例l
本实用新型的^)t纤光功率检测器制作方法如下:
(1) 用轮式光纤侧iiW法对一段光纤的包层2进行侧边抛磨,第iJ作一段沿光纟书由向呈V形的 侧iiM磨区3,作为光纤中纤芯l中光能的分光区,侧ii^磨区形状如图3所示;V形缺口3的底部与 纤芯l的距离为3um,侧鹏磨区的长度为9. 5咖;
(2) 将侧边抛磨光纤5拉伸平1S文置;(3) 将光电探测駒感应平丽对V形缺口3體;
(4) 将侧iiM0光纤5—端接至恍源上,另一端接到光功率计上,并将光电探测徵的电极引 脚7接到数字电压表上,测定光电探测對接收光能后的输出光电流^换电压,沿光纤轴向调整 光电^IWfl4,当光电探测H4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,间的 相对位置;
(5) 将光纤5和光电探测跑用固定#6封装,光纤两端和电极弓胸7分别固定#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) 对进行了夕卜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^lT光功率的对应曲线,如图4所示,由图4可见本实施例1的基于倏逝场的光纤光功率监 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(optoelectric responsivity)可达120raA/W,偏振相关损耗O. ldB,偏振稳定度(Polarization stability) 0. 3dB。 实施例2
与实施例l相比,不同之处在于:V形缺口3的底部抛磨至纤芯l的距离为5um,侧边抛磨区 的长度为5mm。
实验测试结果:^明:本实施例的器件插入损耗0.35dB,光电响应率(optoc'丄ec[:.'ic responsivity)可达90mA/W,偏振相关损耗O. ldB,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、一种基于倏逝场的光纤光功率监测器,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臓的基于倏逝场的光纤光功率监测器,^^寺征在于戶诚光纤的V形缺口 段是平魏置的。
3、 根据权利要求2戶说的基于倏逝场的光纤光功率监测器,其特征在于戶腿光电探测器的感 应面与光纤光轴平行。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的基于倏逝场的光乡恍功率监测器,其特征在于户腿光电 探测器与V形缺口之间设置«。
5、 根据权利要求1至3任一项FM的基于倏逝场的光纤光功率监测器,其特征在于j?f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任一项所述的基于倏逝场的光纤光功率监测器,其特征在于JlM光纤 为Mi光纤,i^M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任一项所述的基于倏逝场的光纤光功率监测器,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、 根据权禾頓求7所述的基于倏逝场的光纤光功率监测器,其特征在于所述固定件包括用亍 固定光纤的V形槽或者U形槽。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101325453B (zh) * 2008-07-11 2011-11-30 暨南大学 全光纤光功率监测器
CN110061774A (zh) * 2018-01-19 2019-07-26 中兴光电子技术有限公司 一种消除偏振相关损耗的功率监测方法及其装置

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AV01 Patent right actively abandoned

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Effective date of abandoning: 20080711