本發(fā)明涉及光纖通信、光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種2×2保偏光纖分束偏振器。

背景技術(shù)：

光纖傳感系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)中，光纖電流互感器、光纖陀螺，以及光纖水聽(tīng)器等，通常需要光纖元器件能夠?qū)崿F(xiàn)光功率分束與起偏檢偏功能。

傳統(tǒng)方案，需要實(shí)現(xiàn)光功率分束與起偏、檢偏功能，只能采用光纖耦合器與光纖偏振器分立元件組合，也有采用光纖耦合器與偏振分束器等分立元件組合，尚沒(méi)有集成分束與起偏檢偏功能于一體的器件。

此外，傳統(tǒng)方案仍然不能解決如下問(wèn)題：

1.對(duì)偏振器的偏振消光比要求達(dá)到高于60db以上，目前尚沒(méi)有單個(gè)光纖偏振器能夠達(dá)到如此高的性能指標(biāo)。

2.由于大多是寬譜光源應(yīng)用，對(duì)于光功率分束，要求光譜能夠達(dá)到2倍6db光源帶寬以上，即約80nm，而目前傳統(tǒng)的光纖耦合器均不能實(shí)現(xiàn)這么寬的工作波長(zhǎng)范圍。

3.要求能夠集成多個(gè)功能的單個(gè)光纖元件，以提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)性能。

本專利所設(shè)計(jì)的保偏分束偏振器，能夠非常巧妙地實(shí)現(xiàn)單一器件分束與起偏檢偏的功能，同時(shí)具有性能穩(wěn)定，工作波長(zhǎng)范圍寬，溫度范圍大，偏振消光比高，此外，具有可靠性好，成品率高，工藝一致性、重復(fù)性好，成本低等優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)方案，需要實(shí)現(xiàn)光功率分束與起偏、檢偏功能，只能采用光纖耦合器與光纖偏振器分立元件組合，也有采用光纖耦合器與偏振分束器等分立元件組合，尚沒(méi)有集成分束與起偏檢偏功能于一體的器件。

傳統(tǒng)方案所制作的保偏光纖耦合器具有各種不可克服的弱點(diǎn)。由于必須采用匹配型保偏光纖，與常規(guī)的保偏光纖應(yīng)力區(qū)域不兼容，保偏光纖熔接機(jī)幾乎不能正確識(shí)別匹配型保偏光纖的應(yīng)力軸，無(wú)論0度對(duì)準(zhǔn)熔接，還是90度對(duì)準(zhǔn)熔接，均會(huì)大幅度增加光路熔接的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)性能。除此之外，還具有普通單模耦合器具有的各種弱點(diǎn)，如較差的波長(zhǎng)相關(guān)損耗wdl，溫度相關(guān)損耗tdl，很差的偏振相關(guān)損耗pdl，以及較差的長(zhǎng)期可靠性等，可以參見(jiàn)已有專利描述。

傳統(tǒng)的光纖偏振器有磨拋光纖方案，在刨面上蒸鍍金屬膜，吸收大部分tm模，te模損耗相對(duì)較??；弱點(diǎn)：可靠性差，偏振消光比很差，可生產(chǎn)制造性差，對(duì)于保偏光纖基本不能實(shí)現(xiàn)工藝操作，因此不能商業(yè)使用；

采用單一偏振片方案，受限制于光學(xué)結(jié)構(gòu)于偏振片的偏振消光比，達(dá)到高于40db的偏振消光比非常困難。

光功率分束，通常使用最多的情況是光纖耦合器，包括單模光纖耦合器與保偏光纖耦合器。也有采用環(huán)形器方案，偏振分束器方案。但是，采用這4種方案存在不可克服的弱點(diǎn)：

1.熔融拉錐制作的保偏耦合器，工作波長(zhǎng)范圍窄，工作溫度范圍有限，偏振消光比低，一般情況下全溫范圍<18db，成品率低，工藝一致性、重復(fù)性差，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高；

2.熔融拉錐制作的保偏耦合器，保偏光纖的應(yīng)力方向只能夠采用fig-6中所示方式，因?yàn)楣饫w被拉長(zhǎng)，應(yīng)力區(qū)減弱，因此偏振保持能力相對(duì)變?nèi)?；本專利所設(shè)計(jì)的保偏分束器，不但可以采用fig-6的結(jié)構(gòu)，而且可以采用fig-7中的結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)應(yīng)力分布，提高偏振保持的性能；

3.光纖環(huán)形器代替光纖耦合器的弱點(diǎn)：由于工作機(jī)理限制，存在較大的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(wdl)，偏振相關(guān)損耗(pdl)。溫度相關(guān)損耗(tdl)，以及各種損耗交叉影響，反而會(huì)大幅度降低系統(tǒng)的其他性能，如系統(tǒng)的線性以及系統(tǒng)的測(cè)量誤差，所以商業(yè)系統(tǒng)中寧愿采用傳統(tǒng)的光纖耦合器，而不采用光纖環(huán)形器；

4.偏振分束器的弱點(diǎn)：工作機(jī)理：基于光波在雙折射晶體中傳播，偏離光軸方向傳播，o光和e光走離，從而實(shí)現(xiàn)2偏振光束分開(kāi)；或者采用格蘭棱鏡、沃拉斯頓棱鏡，偏振分束棱鏡等實(shí)現(xiàn)2偏振光束分開(kāi)。由于體積限制，商業(yè)的偏振分束器大多采用雙折射晶體方案，由于光波傳播限制，o光和e光的2偏振態(tài)光波在空間傳播，仍然有部分重疊，所以偏振消光比一般不會(huì)高于30db，通常僅能夠達(dá)到25db。從而大幅影響系統(tǒng)性能，特別是用于模擬的光纖傳感系統(tǒng)。從而會(huì)降低溫度、振動(dòng)相關(guān)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種2×2保偏光纖分束偏振器，在實(shí)現(xiàn)光功率分束的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光波的偏振方向單一偏振態(tài)選擇或者檢偏的功能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)具體實(shí)現(xiàn)：

2×2保偏光纖分束偏振器，包括間隔設(shè)置在同一光路上的第一光纖對(duì)和第二光纖對(duì)，在第一光纖對(duì)和第二光纖對(duì)之間的光路上同時(shí)設(shè)有偏振片與功率分束的濾光片，在所述偏振片和功率分束的濾光片與所述第一光纖對(duì)之間的光路上設(shè)有第一透鏡，在所述偏振片與所述第二光纖對(duì)之間的光路上設(shè)有第二透鏡。

所述光學(xué)偏振片與功率分束的濾光片被裝載在一對(duì)透鏡中間，同時(shí)固定在小玻璃管的2端，并且同時(shí)固定于所述大玻璃管內(nèi)部。

所述第一光纖對(duì)被裝載在第一玻璃毛細(xì)管中，并由所述第一玻璃毛細(xì)管對(duì)所述第一光纖對(duì)進(jìn)行固定。

所述第二光纖對(duì)被裝載在第二玻璃毛細(xì)管中，并由所屬第二玻璃毛細(xì)管對(duì)所述第二光纖對(duì)進(jìn)行固定。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括大玻璃管，用于將所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述偏振片、功率分束的濾光片，以及固定這2個(gè)光學(xué)元件的小玻璃管容置于其中并進(jìn)行固定。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括固定第一玻璃毛細(xì)管的第一小玻璃管，與所述大玻璃管的一端對(duì)接，并將所述第一玻璃毛細(xì)管的至少一部分容置于其中。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括固定第二玻璃毛細(xì)管的第二小玻璃管，與所述大玻璃管的另一端對(duì)接，并將所述第二玻璃毛細(xì)管的至少一部分容置于其中。

所述第一透鏡為c型透鏡，所述第二透鏡為c型透鏡，并且兩個(gè)c型透鏡的弧面靠近所述偏振片。

所述偏振片和功率分束的濾光片通過(guò)小玻璃管，同時(shí)被固定于所述大玻璃管內(nèi)部。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括介質(zhì)膜部分反射鏡，設(shè)置于所述偏振片與所述第二透鏡之間的光路上。

所述第一透鏡為自聚焦透鏡，所述第二透鏡為自聚焦透鏡，并且兩個(gè)梯度折射透鏡相對(duì)安裝，呈“八”字形布置，優(yōu)選地，所述自聚焦透鏡為梯度折射透鏡。

所述第一光纖對(duì)的兩個(gè)光纖均為保偏光纖，所述第二光纖對(duì)的兩個(gè)光纖均為保偏光纖。

所述第一光纖對(duì)的兩個(gè)光纖中的一個(gè)為保偏光纖，另一個(gè)為單模光纖；所述第二光纖對(duì)的兩個(gè)光纖中的一個(gè)為保偏光纖，另一個(gè)為單模光纖；所述第一光纖對(duì)的保偏光纖與所述第二光纖對(duì)中的保偏光纖一一沿著光路對(duì)接，所述第一光纖對(duì)的單模光纖與所述第二光纖對(duì)中的單模光纖一一沿著光路對(duì)接。

本專利所設(shè)計(jì)的2×2保偏分束偏振器，能夠非常巧妙地實(shí)現(xiàn)單一器件分束與起偏檢偏的功能，并且具有波長(zhǎng)通帶平坦，波長(zhǎng)相關(guān)損耗小、波長(zhǎng)通帶ripple紋波小，偏振消光比高，特別是對(duì)于返回的光波，通過(guò)同一偏振片2次，偏振消光比可以倍增等優(yōu)點(diǎn)，這是其他分立元件不可能實(shí)現(xiàn)的最大優(yōu)勢(shì)；同時(shí)具有性能穩(wěn)定，工作波長(zhǎng)范圍寬，溫度范圍大，偏振消光比高，此外，具有可靠性好，成品率高，工藝一致性、重復(fù)性好，成本低等優(yōu)勢(shì)。

此外，本專利設(shè)計(jì)的分束偏振器方案，生產(chǎn)工藝采用先進(jìn)的glasssleeve玻璃套管全膠工藝封裝，光路無(wú)膠，能夠承載相當(dāng)大的光功率；熔融拉錐制作的保偏耦合器能夠承載的光功率相對(duì)較小。

本專利具有特別的優(yōu)點(diǎn)：

1.非常巧妙地集成了光纖器件的分束與偏振(起偏或檢偏)的功能，即在實(shí)現(xiàn)光功率分束的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了光波的偏振方向單一偏振態(tài)選擇或者檢偏的功能；

2.可以讓光波往返通過(guò)同一個(gè)偏振片2次，而毋需采用2個(gè)偏振片，更加不用對(duì)準(zhǔn)2個(gè)偏振片的角度，簡(jiǎn)化生產(chǎn)組裝工藝，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)偏振消光比倍增。

3.此外，繼承了保偏光纖分束器工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，性能可靠；輸入輸出光纖與相連接光纖類型相同，工作波長(zhǎng)范圍寬，成品率高，插入損耗小，工作溫度范圍寬，總長(zhǎng)度較短的優(yōu)點(diǎn)，并且可以解決在保偏光纖應(yīng)力軸需要以特定角度對(duì)準(zhǔn)的光路中熔接難度高的問(wèn)題。

4.同時(shí)也可以使一些特殊功能的保偏光纖器件可以直接集成在保偏光纖分束器上，例如光纖lyot消偏器等。適用于特殊的傳感系統(tǒng)中，例如光纖電流互感器、光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等。

附圖說(shuō)明

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是一實(shí)施例提供的基于c-lens的保偏光纖分束偏振器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一實(shí)施例提供的基于自聚焦透鏡grin-lens的保偏光纖分束偏振器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，保偏光纖分束偏振器，包括間隔設(shè)置在同一光路上的第一光纖對(duì)11和第二光纖對(duì)12，在第一光纖對(duì)11和第二光纖對(duì)12之間的光路上設(shè)有偏振片13，以及功率分束的濾光片22，在所述偏振片13與所述第一光纖對(duì)11之間的光路上設(shè)有第一透鏡14，在所述偏振片13與所述第二光纖對(duì)12之間的光路上設(shè)有第二透鏡15。

所述第一光纖對(duì)11被裝載在第一玻璃毛細(xì)管16中，并由所述第一玻璃毛細(xì)管16對(duì)所述第一光纖對(duì)11進(jìn)行固定。

所述第二光纖對(duì)12被裝載在第二玻璃毛細(xì)管17中，并由所屬第二玻璃毛細(xì)管對(duì)所述第二光纖對(duì)進(jìn)行固定。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括大玻璃管18，用于將所述第一透鏡14、所述第二透鏡15和所述偏振片13容置于其中并進(jìn)行固定。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括第一小玻璃管19，與所述大玻璃管18的一端對(duì)接，并將所述第一玻璃毛細(xì)管16的至少一部分容置于其中。

所述保偏光纖分束偏振器，還包括第二小玻璃管20，與所述大玻璃管18的另一端對(duì)接，并將所述第二玻璃毛細(xì)管17的至少一部分容置于其中。

如圖1所示，所述第一透鏡為c型透鏡，所述第二透鏡為c型透鏡，并且其中1個(gè)c型透鏡的弧面靠近所述偏振片13，另外1個(gè)c型透鏡的弧面靠近所述功率分束的濾光片22。

所述偏振片13和功率分束的濾光片22，同時(shí)通過(guò)小玻璃管21被固定于所述大玻璃管內(nèi)部。

如圖2所示，所述第一透鏡14為自聚焦透鏡，所述第二透鏡15為自聚焦透鏡，并且兩個(gè)自聚焦透鏡相對(duì)安裝，呈“八”字形布置。

所述第一光纖對(duì)的兩個(gè)光纖均為保偏光纖，所述第二光纖對(duì)的兩個(gè)光纖均為保偏光纖。

所述第一光纖對(duì)的兩個(gè)光纖中的一個(gè)為保偏光纖，另一個(gè)為單模光纖；所述第二光纖對(duì)的兩個(gè)光纖中的一個(gè)為保偏光纖，另一個(gè)為單模光纖；所述第一光纖對(duì)的保偏光纖與所述第二光纖對(duì)中的保偏光纖一一沿著光路對(duì)接，所述第一光纖對(duì)的單模光纖與所述第二光纖對(duì)中的單模光纖一一沿著光路對(duì)接。

本專利所設(shè)計(jì)的保偏分束偏振器，能夠非常巧妙地實(shí)現(xiàn)單一器件分束與起偏檢偏的功能，同時(shí)具有性能穩(wěn)定，工作波長(zhǎng)范圍寬，溫度范圍大，偏振消光比高，此外，具有可靠性好，成品率高，工藝一致性、重復(fù)性好，成本低等優(yōu)勢(shì)。

此外，本專利設(shè)計(jì)的分束偏振器方案，生產(chǎn)工藝采用先進(jìn)的glasssleeve玻璃套管全膠工藝封裝，光路無(wú)膠，能夠承載相當(dāng)大的光功率；熔融拉錐制作的保偏耦合器能夠承載的光功率相對(duì)較小。

本專利具有特別的優(yōu)點(diǎn)：

1.非常巧妙地集成了光纖器件的分束與偏振(起偏或檢偏)的功能，即在實(shí)現(xiàn)光功率分束的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了光波的偏振方向單一偏振態(tài)選擇或者檢偏的功能；

2.可以讓光波往返通過(guò)同一個(gè)偏振片2次，而毋需采用2個(gè)偏振片，更加不用對(duì)準(zhǔn)2個(gè)偏振片的角度，簡(jiǎn)化生產(chǎn)組裝工藝，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)偏振消光比倍增。

3.此外，繼承了保偏光纖分束器工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，性能可靠；輸入輸出光纖與相連接光纖類型相同，工作波長(zhǎng)范圍寬，成品率高，插入損耗小，工作溫度范圍寬，總長(zhǎng)度較短的優(yōu)點(diǎn)，并且可以解決在保偏光纖應(yīng)力軸需要以特定角度對(duì)準(zhǔn)的光路中熔接難度高的問(wèn)題。

4.同時(shí)也可以使一些特殊功能的保偏光纖器件可以直接集成在保偏光纖分束器上，例如光纖lyot退偏器等。適用于特殊的傳感系統(tǒng)中，例如光纖電流互感器、光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等。

本專利采用玻璃套管工藝，組裝工藝如下：

1.在顯微鏡下對(duì)準(zhǔn)保偏光纖的應(yīng)力軸方向，經(jīng)過(guò)端面拋光、鍍?cè)鐾改ず笾谱鞒杀Ｆ饫w；

2.然后利用玻璃套管工藝進(jìn)行耦合組裝，其中尾纖也可以選擇單模光纖進(jìn)行組合，形成半保偏半單模光纖的結(jié)構(gòu)；

3.其中功率分束器可以采用薄膜濾光片的鍍膜工藝實(shí)現(xiàn)所需要制作的分束比，或者直接在自聚焦透鏡grin-lens的端面蒸鍍光功率分束介質(zhì)薄膜；

4.然后在另外一面固定偏振片，以實(shí)現(xiàn)起偏于檢偏功能。工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，性能可靠；

5.因?yàn)檎翦兊慕橘|(zhì)薄膜工作波長(zhǎng)帶寬可達(dá)100nm，因此具有寬帶光譜的特點(diǎn)，而且偏振片的工作波長(zhǎng)帶寬也非常寬，可以實(shí)現(xiàn)緊湊、高效、集成等功能；

6.此外，還具有成品率高，插入損耗小，工作溫度范圍寬，總長(zhǎng)度較短(<27mm)的優(yōu)點(diǎn)；

適用于光纖傳感，特別是光纖電流互感器、光纖陀螺；以及光通信、工業(yè)激光、光學(xué)測(cè)量等多方面應(yīng)用。

優(yōu)點(diǎn)：

1.專利所述的2×2保偏分束偏振器，具有波長(zhǎng)通帶平坦，波長(zhǎng)相關(guān)損耗小、波長(zhǎng)通帶ripple紋波小，偏振消光比高，特別是對(duì)于返回的光波，通過(guò)同一偏振片2次，偏振消光比可以倍增等優(yōu)點(diǎn)，這是其他分立元件不可能實(shí)現(xiàn)的最大優(yōu)勢(shì)；

2.如果采用一端2根光纖一根是保偏光纖，另外一根是單模光纖；另外一端的2根光纖同樣一根是保偏光纖，另外一根是單模光纖；實(shí)現(xiàn)保偏光纖輸入，偏振片起偏，提高光源的偏振消光比，透射到保偏光纖中；返回的光波經(jīng)過(guò)保偏光纖，可以實(shí)現(xiàn)入射到單模光纖前雙次檢偏，偏振消光比可以倍增等優(yōu)點(diǎn)。用于光纖傳感領(lǐng)域，同樣在提高傳感系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性前提下，可以實(shí)現(xiàn)降低器件的成本，降低器件制作的工藝難度的優(yōu)點(diǎn)。

具體組裝工藝

1.準(zhǔn)備fta(fibertubeassembly)：保偏光纖定軸；固定；端面拋光；光纖端面蒸鍍介質(zhì)增透膜；

2.c透鏡方案，反射鏡與偏振片組裝；

3.c透鏡組裝，或者自聚焦透鏡組裝；

4.耦合對(duì)準(zhǔn)與器件封裝；

5.金屬外套管封裝。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。