專利名稱：基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種光隔離器，適用于光纖通信、激光器、光器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光信息領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，各類有源或是無源光器件也都不斷涌現(xiàn)，而且性能越來越好，價格越來越低。在對光信號進行處理的過程中會用到這樣ー種無源的光器件，光信號正向低損耗導(dǎo)通，反向截止，這就是光隔離器。光隔離器是允許光一個方向通過而阻止相反方向光信號的無源器件，作用是對光的方向進行限制，使光只能單方向傳輸，通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離，提高光波傳輸效率。傳統(tǒng)的光隔離器的工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)。對于正向入射的信號光，通過起偏器后成為線偏振光，法拉第磁光晶體與外磁場一起使信號光的偏振方向右旋45° ,并恰好使低損耗通過與起偏器成45°放置的檢偏器。對于反向光，出檢偏器的線偏振光經(jīng)過放置介質(zhì)時，偏轉(zhuǎn)方向也右旋轉(zhuǎn)45° ,從而使反向光的偏振方向與起偏器方向正交，完全阻斷了反射光的傳輸。光隔離器的特性是正向插入損耗低，反向隔離度高，回波損耗高。其缺點也十分明顯首先，磁光晶體的加工難度大，成本高，而且體積也很大，在實用的隔離器中除了磁光晶體還需要耦合透鏡，其作用是將光纖與磁光晶體的光路連接起來，這種透鏡的制作同樣面臨加工難度大，成本高，以及體積無法做的很小的難題。多級光學(xué)元件的串聯(lián)導(dǎo)致光的損耗加大，表現(xiàn)在整個隔離器的插入損耗無法進ー步降低。在如今對光器件的需求量越來越大的情況下，任何器件的結(jié)構(gòu)、成本、體積等的因素都有可能成為進一歩推行全光通信的瓶頸。尤其在逐步走向光集成、光器件智能化等的光信息領(lǐng)域，傳統(tǒng)隔離器的結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜、效率低、成本高亟需解決。光纖光柵作為ー種濾波器件在光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，利用光纖光柵的濾波功能實現(xiàn)光纖中模式的改變實現(xiàn)不同波長光信號的不同傳播形式，而閃耀光纖光柵的模式耦合形式更為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)纖芯傳導(dǎo)模式與包層模式甚至耗散模式之間的耦合，利用此特性可以制作相應(yīng)的光信號的光路控制。中國專利申請01109388. 9提及ー種基于聚合物的閃耀光柵隔離器，相比傳統(tǒng)以磁光晶體為基礎(chǔ)的隔離器在結(jié)構(gòu)和制作難度上都有一定程度的簡化，但由于采用聚合物為基質(zhì)，在與光纖鏈路連接時其插入損耗和熔接難度都很大，而且在不足毫米量級的圓柱波導(dǎo)外層制作一分為ニ的兩個包層，并且折射率不同，難度 大，并且制作的精度要求過高而難以實現(xiàn)，在制作過程中對芯子、芯子中的光柵、第一包層、第二包層的折射率都有要求，實現(xiàn)的難度大。相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳統(tǒng)光隔離器，全光纖化的光隔離器結(jié)構(gòu)成為ー個新的亮點，以光纖為基質(zhì)的器件成本低，體積和重量都大大減小，并且由于基于全光纖的結(jié)構(gòu)，與光纖的低損耗接入成為可能。中國專利申請200610010065. X中涉及ー種全光纖的環(huán)行器結(jié)構(gòu)，其中的部分結(jié)構(gòu)可以作為隔離器應(yīng)用，但由于其中涉及光纖不同模式之間的耦合，無法完全在基模條件下進行。由于光纖中存在高階模的時候，基模必然存在，只對其中的高階模有能量轉(zhuǎn)移作用，使得耦合的效率受到限制，甚至完全達不到反向光隔離的目的。
因此，目前的光隔離器面臨的問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是目前的光隔離器面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，該隔離器包括光敏光纖、光纖、在光敏光纖上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵。光敏光纖和光纖同處于同一平面內(nèi)平行放置，光敏光纖的邊沿和光纖的邊沿的最近距離為h;閃耀光纖光柵的成柵面與光敏光纖成0角度，與光敏光纖和光纖所處的平面垂直。所述的h 滿足0 < h < 10cm。所述的0滿足0° < 0 <45°或45° < 0 <90°。所謂成柵面即為光纖光柵中折射率調(diào)制區(qū)域內(nèi)相同折射率的一系列平面，這些平面相互平行。當(dāng)45° く 0 <90°時,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫w的左端輸入通過閃耀光纖光柵將光信號耦合入光纖，并從光纖的左端輸出；反向隔離方向為光信號從光纖的左端輸入，光信號直接從光纖的右端輸出，而無法到達光敏光纖的左端，由此達到對光信號的隔離功能。當(dāng)0° < 0 <45°時,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫w的左端輸入通過閃耀光纖光柵將光信號耦合入光纖，并從光纖的右端輸出；反向隔離方向為光信號從光纖的右端輸入，光信號直接從光纖的左端輸出，而無法到達光敏光纖的左端，由此達到對光信號的隔離功能。所述的光敏光纖和光纖置于空氣、水、折射率小于等于光纖包層折射率的折射率匹配液或石英晶體中。所述的閃耀光纖光柵為Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵或啁啾閃耀光纖光柵。Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵和啁啾閃耀光纖光柵與傳統(tǒng)Bragg光纖光柵、長周期光纖光柵、取樣光纖光柵或啁啾光纖光柵的區(qū)別僅在于Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵和啁啾閃耀光纖光柵的成柵面與光纖成9角度。Bragg閃耀光纖光柵的折射率調(diào)制周期小于I微米、長周期閃耀光纖光柵的折射率調(diào)制周期大于I微米。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果相比傳統(tǒng)基于磁光晶體和透鏡的光隔離器，本發(fā)明以全光纖為基質(zhì)，成本低，各部分組件的制作技術(shù)成熟，全光纖結(jié)構(gòu)使得可以與光纖鏈路低損耗的熔接。依靠閃耀光纖光柵的能量耦合，可以將任意模式的纖芯能量低損耗地轉(zhuǎn)移到相鄰的纖芯，使得隔離器的插入損耗大大降低；反向光路的情況下，光被直接導(dǎo)出，無法沿正向光路原路返回，隔離度得 到保證。整個隔離器的主要結(jié)構(gòu)即為光纖，體積和重量相比傳統(tǒng)隔離器都大大減小。該隔離器的工作帶寬取決于閃耀光纖光柵的帶寬，通過控制閃耀光纖光柵的刻寫周期可以精確控制該隔離器的工作帶寬及工作波長，可操作性大大提升。


圖I為h > 0的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器。圖2為h > 0的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器正向光路圖。圖3為h > 0的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器反向光路圖。
圖4為0° < 0 <45°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器。圖5為0° < 0 <45°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器正向光路圖。圖6為0° < 0 <45°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器反向光路圖。圖7為45° < 0 <90°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器。圖8為45° く 0 <90°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器正向光路圖。圖9為45° < 0 <90°的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器反向光路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步描述。實施方式一基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，如圖I，該隔離器包括光敏光纖I、光纖2、在光敏光纖I上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵3。光敏光纖I和光纖2同處于同一平面內(nèi)平行放置，光敏光纖I的邊沿和光纖2的邊沿的最近距離為h ;閃耀光纖光柵3的成柵面與光敏光纖I成9角度，與光敏光纖I和光纖2所處的平面垂直。所述的h 滿足0 < h < 10cm。所述的0 滿足0。く 0 <45。。如圖2所不,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫wI的左端輸入通過閃耀光纖光柵3將光信號耦合入光纖2，并從光纖2的右端輸出；如圖3所示，反向隔離方向為光信號從光纖2的右端輸入，光信號直接從光纖2的左端輸出，而無法到達光敏光纖I的左端，由此達到對光信號的隔離功能。光敏光纖I和光纖2置于水中。所述的閃耀光纖光柵3為啁啾閃耀光纖光柵，即折射率調(diào)制周期漸變，并與光纖成e角度的光纖光柵。啁啾閃耀光纖光柵的設(shè)置使得該隔離器工作于超寬帶的導(dǎo)通與隔離狀態(tài)。實施方式ニ基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，如圖4,該隔離器包括光敏光纖I、光纖2、在光敏光纖I上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵3。光敏光纖I和光纖2同處于同一平面內(nèi)平行放置，無間隔放置，即h = 0;閃耀光纖光柵3的成柵面與光敏光纖I成0角度，與光敏光纖I和光纖2所處的平面垂直。所述的0 滿足0。く 0 <45。。如圖5所不,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫wI的左端輸入通過閃耀光纖光柵3將光信號耦合入光纖2，并從光纖2的右端輸出；如圖6所示，反向隔離方向為光信號從光纖2的右端輸入，光信號直接從光纖2的左端輸出，而無法到達光敏光纖I的左端，由此達到對光信號的隔離功能。
光敏光纖I和光纖2置于空氣中。所述的閃耀光纖光柵3為Bragg閃耀光纖光柵，即折射率調(diào)制周期小于I微米，エ作于帶通的反射型光柵。實施方式三基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，如圖7,該隔離器包括光敏光纖I、光纖2、在光敏光纖I上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵3。光敏光纖I和光纖2同處于同一平面內(nèi)平行放置，無間隔放置，即h = 0;閃耀光纖光柵3的成柵面與光敏光纖I成0角度，與光敏光纖I和光纖2所處的平面垂直。所述的0 滿足45° < 9 <90。。 如圖8所不,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫wI的左端輸入通過閃耀光纖光柵3將光信號耦合入光纖2，并從光纖2的左端輸出；如圖9所示，反向隔離方向為光信號從光纖2的左端輸入，光信號直接從光纖2的右端輸出，而無法到達光敏光纖I的左端，由此達到對光信號的隔離功能。光敏光纖I和光纖2置于折射率小于等于光纖包層折射率的折射率匹配液中。所述的閃耀光纖光柵3為長周期閃耀光纖光柵。實施方式四基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，如圖7,該隔離器包括光敏光纖I、光纖2、在光敏光纖I上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵3。光敏光纖I和光纖2同處于同一平面內(nèi)平行放置，無間隔放置，即h = 0;閃耀光纖光柵3的成柵面與光敏光纖I成0角度，與光敏光纖I和光纖2所處的平面垂直。所述的0 滿足45° < 9 <90°。如圖8所不,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫wI的左端輸入通過閃耀光纖光柵3將光信號耦合入光纖2，并從光纖2的左端輸出；如圖9所示，反向隔離方向為光信號從光纖2的左端輸入，光信號直接從光纖2的右端輸出，而無法到達光敏光纖I的左端，由此達到對光信號的隔離功能。光敏光纖I和光纖2置于折射率小于等于光纖包層折射率的石英晶體中。所述的閃耀光纖光柵3為取樣閃耀光纖光柵。取樣閃耀光纖光柵的設(shè)置使得該隔離器實現(xiàn)多波長、多波段的隔離器功能。
權(quán)利要求
1.基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，其特征在于該隔離器包括光敏光纖(I)、光纖(2)、在光敏光纖(I)上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵(3);光敏光纖(I)和光纖(2)同處于同一平面內(nèi)平行放置，光敏光纖(I)的邊沿和光纖(2)的邊沿的最近距離為h;閃耀光纖光柵(3)的成柵面與光敏光纖(I)成0角度，與光敏光纖(I)和光纖(2)所處的平面垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，其特征在于 所述的h滿足0 < h < 10cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，其特征在于 所述的 9 滿足0° < 0 <45° 或 45° < 0 <90° ; 當(dāng)45° く 0 <90°時,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫w(I)的左端輸入通過閃耀光纖光柵(3)將光信號I禹合入光纖(2),并從光纖(2)的左端輸出；反向隔離方向為光信號從光纖(2)的左端輸入，光信號直接從光纖(2)的右端輸出，而無法到達光敏光纖(I)的左端，由此達到對光信號的隔離功能； 當(dāng)0° < 0 <45°時,該隔離器的正向?qū)ǚ较驗楣庑盘枏墓饷艄饫w(I)的左端輸入通過閃耀光纖光柵(3)將光信號I禹合入光纖(2),并從光纖(2)的右端輸出；反向隔離方向為光信號從光纖(2)的右端輸入，光信號直接從光纖(2)的左端輸出，而無法到達光敏光纖(I)的左端，由此達到對光信號的隔離功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，其特征在于 所述的光敏光纖(I)對紫外光有光敏性，光敏光纖(I)和光纖(2)均置于空氣、水、折射率小于等于光纖包層折射率的折射率匹配液或石英晶體中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，其特征在于 所述的閃耀光纖光柵(3)為Bragg閃耀光纖光柵、長周期閃耀光纖光柵、取樣閃耀光纖光柵或啁啾閃耀光纖光柵。
全文摘要
基于閃耀光纖光柵的光纖隔離器，涉及一種光隔離器，適用于光通信領(lǐng)域。解決了目前光隔離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制作難度大、成本高、插入損耗大的問題。該隔離器包括光敏光纖(1)、光纖(2)、在光敏光纖(1)上用紫外光刻寫的閃耀光纖光柵(3)。光敏光纖(1)和光纖(2)同處于同一平面內(nèi)平行放置，光敏光纖(1)的邊沿和光纖(2)的邊沿的最近距離為h；閃耀光纖光柵(3)的成柵面與光纖成θ角度，與光敏光纖(1)和光纖(2)所處的平面垂直。其中0≤h≤10cm，0°＜θ＜45°或45°＜θ＜90°。光敏光纖(1)和光纖(2)均置于空氣、水、折射率小于等于光纖包層折射率的折射率匹配液或石英晶體中。
文檔編號G02B6/02GK102621635SQ20121010402
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者寧提綱, 宋秋艷, 張嬋, 李晶, 李超, 油海東, 溫曉東, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)