專利名稱：全光纖圓偏振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光纖偏振裝置。
背景技術(shù)：
在相干光通信及許多光纖傳感系統(tǒng)中，都需使用光的偏振特性。這種 在光纖中產(chǎn)生、傳輸、保持、測(cè)量和應(yīng)用光偏振的技術(shù)，統(tǒng)稱為偏振技術(shù)。 光纖偏振器是偏振技術(shù)中的關(guān)鍵器件。光纖偏振器是用于從任意偏振態(tài)的 輸入光中獲取具有特定偏振態(tài)的光的光學(xué)元件，已被廣泛應(yīng)用于光纖測(cè)量、 光纖傳感及各種偏振控制系統(tǒng)中。
現(xiàn)有的圓偏振器通常由線偏振器和四分之一波片組成，用線偏振器起 偏后轉(zhuǎn)成圓偏振或由圓偏振轉(zhuǎn)換為線偏振后檢偏。這種圓偏振器在使用過(guò) 程中，必須對(duì)經(jīng)過(guò)線偏振器的輸入和輸出光進(jìn)行匯聚和準(zhǔn)直，同時(shí)要保證 線偏振器和四分之一波片相互連接時(shí)的精確對(duì)軸。由于整個(gè)系統(tǒng)是由多個(gè) 分離元件組成，這樣不僅使整個(gè)系統(tǒng)的損耗大大增加，而且造成整個(gè)系統(tǒng) 的不穩(wěn)定性增加，體積偏大。針對(duì)這些問(wèn)題，已提出對(duì)光纖圓偏振器的改 進(jìn)方法，即采用光纖型線偏振器和光纖型四分之一波片，降低插入損耗或 提高消光比，以及進(jìn)一步保證其工作的穩(wěn)定性，例如，在熔融狀態(tài)下由慢 到快扭轉(zhuǎn)應(yīng)力型保偏光纖制作偏振轉(zhuǎn)換器的方法、使用四分之一拍波長(zhǎng)的 線保偏光纖作為四分之一 波片的方法等。
現(xiàn)有的光纖圓偏振器的實(shí)現(xiàn)方法的缺點(diǎn)是，雖然可以實(shí)現(xiàn)光纖圓偏振 器的全光纖化，但是仍然需要一個(gè)線偏振器，仍然存在精確對(duì)軸的問(wèn)題。 因此，需要一種方法解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決使用線偏 振器帶來(lái)的精確對(duì)軸的問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種全光纖圓偏振器，包括一段第一 光纖和兩段第二光纖。其中，所述第一光纖用于在熔融狀態(tài)下以一定的扭
轉(zhuǎn)率進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圓偏振；所述第二光纖用于連接和傳輸。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一光纖為已在熔融狀態(tài)下進(jìn)行均勻 扭轉(zhuǎn)的高線雙折射光纖，扭轉(zhuǎn)可導(dǎo)致芯層模與包層模的耦合，從而使得在 某一特定的扭轉(zhuǎn)周期和一定的光纖長(zhǎng)度上，滿足相位匹配的耦合模式間發(fā) 生能量的全轉(zhuǎn)換。并且，扭轉(zhuǎn)后的第一光纖使得左旋或右旋的圓偏振光中 只有一個(gè)能夠無(wú)損的通過(guò)。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一光纖包括熊貓光纖、蝴蝶光纖和 橢圓芯光纖等雙折射光纖中的一種；所述第二光纖包括單模通信光纖，兩 段第二光纖可以相同也可以不同；所述第一光纖和第二光纖的連接方式包 括熔接、機(jī)械接合和物理連接中的一種。
本發(fā)明使用一段第一光纖和兩端第二光纖構(gòu)成光纖圓偏振器，通過(guò)調(diào) 節(jié)第一光纖的扭轉(zhuǎn)率和光纖長(zhǎng)度，可實(shí)現(xiàn)各種波長(zhǎng)上的圓偏振，并且結(jié)構(gòu) 緊湊，尺寸僅在厘米量級(jí)，同時(shí)避免了使用線偏振器帶來(lái)的精確對(duì)軸的問(wèn) 題。
本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面 的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描
述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏振器的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏振的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示意圖3為芯層模和第一包層模發(fā)生耦合時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏
振器的輸出光譜的結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其
能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā) 明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏振器的結(jié)構(gòu)示意圖。該全
光纖圓偏振器包括一段第一光纖100，兩段第二光纖110和120。其中，第 一光纖110為已在熔融狀態(tài)下進(jìn)行均勻扭轉(zhuǎn)的高線雙折射光纖，扭轉(zhuǎn)周期 為亞亳米量級(jí)。第一光纖110的芯區(qū)存在折射率的各向異性，扭轉(zhuǎn)后的第 一光纖110將導(dǎo)致主模和包層模的耦合，從而使得在某一特定的扭轉(zhuǎn)周期 和一定的光纖長(zhǎng)度上，滿足相位匹配的耦合模式間發(fā)生能量的全轉(zhuǎn)換。并 且，扭轉(zhuǎn)的第一光纖110是圓雙折射光纖，左旋和右旋的圓偏振主模只有 一個(gè)能夠滿足相位匹配條件，只有一個(gè)左旋或右旋的圓偏振光可以無(wú)損的 通過(guò)扭轉(zhuǎn)后的第一光纖110。兩段第二光纖100和120起連接和傳輸作用。
第一光纖IIO可以是熊貓光纖、蝴蝶光纖、橢圓芯光纖等其他具有線 雙折射的光纖。第二光纖100和120可以是普通單模通信光纖和/或其他適 合的任意光纖。第二光纖100和120可以相同也可以不同。第一光纖110 和兩段第二光纖100、 120的連接方式包括熔接、機(jī)械接合、物理連接、和 /或其他適合的低連接損失的連接方式。
為了筒單明了，下面僅以第一光纖為熊貓光纖、兩段第二光纖均為普 通單模通信光纖的情況為例，具體分析全光纖圓偏振器的工作原理。應(yīng)理 解，這僅是示意性的例子，并不限制本發(fā)明的范圍。
如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏振器的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示 意圖。其中，第一光纖210為熊貓光纖，第二光纖200和220為普通單模 通信光纖。熊貓光纖在熔融狀態(tài)下經(jīng)過(guò)均勻扭轉(zhuǎn)形成圓雙折射光纖，扭轉(zhuǎn) 周期為亞毫米量級(jí)。由于扭轉(zhuǎn)率很高，在一定條件下可引起芯層模和包層 模的耦合。
當(dāng)任意偏振態(tài)的光經(jīng)過(guò)第二光纖200或220傳輸至雙折射率為b、經(jīng) 扭轉(zhuǎn)率r扭轉(zhuǎn)后的第 一光纖210時(shí)，固定坐標(biāo)下的耦合模方程為<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，^。、 ；。、 Z,、 <分別表示X、 Y偏振的芯層模與包層模的幅度，&。、 A,分別表示芯層模與包層模的傳播常數(shù)，Cw (p、 q=l、 2、 3、 4)表示芯 層模與芯層模之間、芯層模與包層模之間、或包層模與包層模之間的耦合 系數(shù)。
將上述耦合模方程進(jìn)行模式變換，可得到以圓偏振模式表示的耦合模
方程<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，,:。、w。、r:.,分別表示右旋或左旋圓偏振的芯層模與包層模的
幅度，與Z。、 乂。、 (、 ^滿足一定的函數(shù)關(guān)系，Jrm/1 (m、 n=l、 2、 3、 4) 表示W(wǎng)向量對(duì)應(yīng)位置上的芯層圓偏振模與包層圓偏振模之間的耦合系數(shù)， A是與l有關(guān)的系數(shù)。
由上述圓偏振模式表示的耦合模方程可知，芯層圓偏振模^。的傳播常 數(shù)^。-v^T7與包層圓偏振?！?。的傳播常數(shù)足,+ f在一定條件下可滿足相 位匹配條件，即
A々b2+ -A, -r = 2/ot//^c/j " = 0，1，2,3，"-。
因此，芯層圓偏振模^。和包層圓偏振模f^。在某 一特定的扭轉(zhuǎn)率和一 定的光纖長(zhǎng)度上將發(fā)生能量全轉(zhuǎn)換。而另 一個(gè)與芯層圓偏振模^。正交的圓 偏振模K。無(wú)法和包層模耦合。
由上述描述可知，在本發(fā)明實(shí)施例中，任意偏振態(tài)的光都可以分解為 兩個(gè)正交的圓偏振態(tài)光，經(jīng)過(guò)第一光纖后，在某一特定的扭轉(zhuǎn)率和一定的 光纖長(zhǎng)度上只剩下某一 圓偏振態(tài)。
下面在一定的參數(shù)參數(shù)下，理論計(jì)算本發(fā)明實(shí)施例的全光纖圓偏振器 的輸出光譜。通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將 變得更加明顯和容易理解。在本發(fā)明實(shí)施例中，采用的參數(shù)為第一光纖的波長(zhǎng)為2.5mm，第一 光纖的長(zhǎng)度為3.32cm，扭轉(zhuǎn)間距為0.374mm，扭轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?沿 著光傳輸?shù)姆较蛴^察)。
如圖3所示，為芯層模與第一包層模之間發(fā)生耦合時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例 的全光纖圓偏振器的輸出光語(yǔ)的計(jì)算結(jié)果示意圖，縱坐標(biāo)的單位為分貝。 在圖中，310為左旋圓偏振光的輸出語(yǔ)線，320為右旋圓偏振光的輸出鐠線。 可以看出，右旋圓偏振光可無(wú)損的通過(guò)全光纖圓偏振器，而左旋圓偏振光 在波長(zhǎng)1.55mm處與第一包層模發(fā)生能量全轉(zhuǎn)換后，在第二光纖200或220 上的含有涂覆層230的部分被輻射損失掉。因此，在第一光纖210—端注 入的自然光在特定波長(zhǎng)1,55mm處輸出光為右旋圓偏振光，然后經(jīng)第二光 纖200或220輸出，由此實(shí)現(xiàn)圓偏振器的功能。類似地，如果要實(shí)現(xiàn)左旋 圓偏振器，只需將第一光纖的扭轉(zhuǎn)方向反向即可。
通過(guò)上述實(shí)施例可以看出，可以選擇不同的扭轉(zhuǎn)率和光纖長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)圓 偏振器的功能。以上實(shí)施例僅是示意性的實(shí)施例，并不限制本發(fā)明僅能夠 通過(guò)上述實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，還可通過(guò)除上述實(shí)施例以外的其他方式實(shí)現(xiàn)。例如， 調(diào)整扭轉(zhuǎn)率可實(shí)現(xiàn)包層模在其他工作波長(zhǎng)上與芯層模耦合，制成其他工作 波長(zhǎng)的光纖圓偏振器。
本發(fā)明使用一段第一光纖和兩端第二光纖構(gòu)成光纖圓偏振器，通過(guò)調(diào) 節(jié)第一光纖的扭轉(zhuǎn)率和光纖長(zhǎng)度，可實(shí)現(xiàn)各種波長(zhǎng)上的圓偏振，結(jié)構(gòu)緊湊， 尺寸僅在厘米量級(jí)，同時(shí)避免了使用線偏振器帶來(lái)的精確對(duì)軸的問(wèn)題。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例 進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等 同限定。
權(quán)利要求
1、一種全光纖圓偏振器，其特征在于，包括一段第一光纖和兩段第二光纖，所述第一光纖，用于在熔融狀態(tài)下以一定的扭轉(zhuǎn)率進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圓偏振；所述第二光纖，用于連接和傳輸。
2、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述第一光纖 已去掉涂覆層，所述第二光纖包含涂覆層。
3、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述第一光纖 為已在熔融狀態(tài)下進(jìn)行了均勻扭轉(zhuǎn)的高線雙折射光纖。
4、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)的周 期為亞毫米量級(jí)。
5、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)可導(dǎo) 致芯層模和包層模的耦合，從而使得在一定的扭轉(zhuǎn)周期和光纖長(zhǎng)度上，滿 足相位匹配的耦合模式間發(fā)生能量的全轉(zhuǎn)換。
6、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，左旋和右旋的 圓偏振光中只有一個(gè)能夠無(wú)損的通過(guò)所述扭轉(zhuǎn)后的第 一光纖。
7、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，改變所述扭轉(zhuǎn) 的扭轉(zhuǎn)率可實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)上的圓偏振器。
8、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述第一光纖 包括熊貓光纖、蝴蝶光纖和橢圓芯光纖。
9、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述第二光纖 包括單模通信光纖。
10、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述兩段第 二光纖可相同或不同。
11、 如權(quán)利要求1所述的全光纖圓偏振器，其特征在于，所述第一光 纖和所述兩段第二光纖的連接方式包括熔接、物理連接和機(jī)械接合中的一 種。
全文摘要
本發(fā)明提出一種全光纖圓偏振器，包括一段第一光纖和兩段第二光纖。所述第一光纖，用于在熔融狀態(tài)下以一定的扭轉(zhuǎn)率進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圓偏振。所述第二光纖，用于連接和傳輸。本發(fā)明使用一段第一光纖和兩端第二光纖構(gòu)成光纖圓偏振器，通過(guò)調(diào)節(jié)第一光纖的扭轉(zhuǎn)率和光纖長(zhǎng)度，可實(shí)現(xiàn)各種波長(zhǎng)上的圓偏振；并且結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸僅在厘米量級(jí)，同時(shí)避免了使用線偏振器帶來(lái)的精確對(duì)軸的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G02B6/27GK101625441SQ20091015201
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者成 李, 利 楊, 蕾 洪, 覺(jué) 蘇, 錢景仁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)