專利名稱：保偏光纖耦合器、其制備方法及全光纖電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種保偏光纖耦合器及其制備方法。本發明還涉及一種應 用該保偏光纖耦合器的全光纖電流傳感器。
背景技術：
保偏光纖耦合器目前在各個領域都得到了普遍的應用，特別在保偏傳 感器中的應用尤為重要。目前大部分的保偏光纖是應力型保偏光纖，利用 這類光纖所做成的保偏耦合器，其主要特性對溫度特別敏感，對封裝工藝
要求特別高，也對使用溫度的范圍有相當的限制。這里以3x3保偏光纖耦 合為例(見圖1)，這種器件是用三根保偏光纖先經直線型放置定位，而 后確保光纖間平行緊靠，然后再進行熔融拉錐而成的。由于由保偏光纖來 制備3x3保偏光纖耦合器本身的制作難度大，再加上器件性能對輸入偏振 態和溫度有較大的敏感性，這給實際的生產帶來較大的挑戰，成品率受嚴 重的影響。而3x3保偏耦合器件在許多光纖傳感系統有著極其重要的應 用，因此開發高可靠性的3x3保偏光纖耦合器是一件刻不容緩的事。而對 于用普通單模光纖所做成的1x2 (或2x2， 1x3， 3x3， 1x4)的耦合器， 其在-40°C 85°C的范圍內不僅有非常好的溫度特性，而且偏振依賴性也 非常低。本發明人也曾在1994年提出了利用局部保圓(完全退化的線雙 折射)光纖，設計了一種不需定軸的2x2保偏線偏振光纖耦合器的設想， 這類器件盡管也能改善器件的上述相關特性，但因制造局部保圓光纖本身的高成本，且工藝上不易控制的緣故，也并未被推廣應用。要是利用這個
概念試制3x3保偏光纖耦合器，那就更不現實了，但可以根據3x3保偏耦 合器在實際光纖傳感器中的應用特點，來設計更可靠合理的器件。
采用傳統的3x3保偏光纖耦合器的全光纖電流傳感器，同樣因傳統保 偏光纖耦合器的缺點而使其該器件的主要性能不可靠。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種保偏光纖耦合器，該器件具有高 的性能穩定性和可靠性。本發明還提供保偏光纖耦合器的制備方法及應用 了該保偏光纖耦合器的全光纖電流傳感器。
為解決上述技術問題，本發明的保偏光纖耦合器，其耦合區由單模光 纖制成，所述保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一保偏光纖，與其直接相 通的輸出端為單模光纖，所述保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一單模光 纖，與其直接相通的輸出端為保偏光纖，所述輸入端和輸出端的保偏光纖 分別和耦合區中相對應的單模光纖熔接成一體。
本發明的保偏光纖耦合器的制備方法，包括如下步驟
(1) 根據輸入端和輸出端對保偏光纖的要求，準備二節型光纖，所述 二節型光纖為單模光纖的一端熔接保偏光纖的一端而成的光纖；
(2) 對步驟一中的光纖按要求排列定位，且互相緊靠；
(3) 將步驟二中排列定位后的多根單模光纖區域拉制成耦合區。 本發明的全光纖電流傳感器，所述全光纖電流傳感器中的3x3保偏光
纖耦合器的耦合區由單模光纖制成， 一個輸入端為保偏光纖，與其直接相 通的輸出端為單模光纖；另兩個輸入端為單模光纖，與這兩個輸入端相應的直接相通的輸出端均為保偏光纖。
本發明的保偏光纖耦合器，因其耦合區由單模光纖拉制而成，沒有任 何保偏光纖，故消除了原有的保偏光纖耦合器的耦合區中使用保偏光纖帶 來的性能不穩定的缺點，提高了器件的可靠性和穩定性。本發明的保偏光 纖耦合器在制備過程中，二節型光纖由保偏光纖和單模光纖用熔接機在拉 制耦合器前熔接在一起，對在熔接過程中保偏光纖的應力取向沒有特殊要 求，同時熔接的單模光纖和保偏光纖的模場直徑相同或相差小于20%的，
能減少二者之間的熔接損耗；而在步驟二的定位中，不管是輸入端還是輸 出端的保偏光纖，既可都定位在慢軸，也可都定位在快軸上，還可根據需 要，有些定位在慢軸上，而有些則定位在快軸上，故應用性強。同樣地， 采用本發明的保偏光纖耦合器，不僅偏振依賴損耗(Polarization D印endent Loss, PDL)像普通的單模光纖耦合器一樣，而且偏振隔離度 (Polarization Extinction Ratio, PER)對》顯度的依賴性也非常小，因 而大大提高器件的長期穩定性。同時，在工業化生產中，能顯著提高器件 的成品率。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明 圖1為現有的3x3保偏光纖耦合器的結構示意圖； 圖2為二節型光纖結構示意圖3為第一類保偏光纖耦合器熔拉耦合器前各光纖直線型排列示意 圖及截面示意圖4為第二類保偏光纖耦合器熔拉耦合器前各光纖直線型排列示意圖及截面示意圖5為第二類保偏光纖耦合器熔拉耦合器前各光纖品字型排列示意 圖及截面示意圖6為第三類保偏光纖耦合器熔拉耦合器前各光纖直線型排列示意 圖及截面示意圖7為直通式光纖電流傳感器的結構示意圖； 圖8為反射式光纖電流傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的保偏光纖耦合器是在基于普通單模光纖耦合器的工藝和特 性，以及線偏振光在無彎曲無微擾的理想單模光纖中的傳輸特性下開發出 來的。本發明的保偏光纖耦合器的主要特點為耦合區的全部由單模光纖 拉制而成；保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一保偏光纖，與其直接相通 的輸出端為單模光纖，所述保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一單模光 纖，與其直接相通的輸出端為保偏光纖，所述輸入端和輸出端的保偏光纖 分別和耦合區中相對應的單模光纖熔接成一體。在同一個器件中，不管是 輸入端的還是輸出端的保偏光纖，既可都定位在慢軸，也可都定位在快軸 上，還可根據需要，有些定位在慢軸上，而有些則定位在快軸上。保偏光 纖和單模光纖全部是用熔接機在拉制耦合器前己經熔接在一起的。
本發明的保偏光纖耦合器在耦合區完全使用了一般的單模光纖，這和 現有的保偏光纖器件是不一樣的，現有的保偏光纖器件的耦合區中至少有 一根是保偏光纖。本發明的保偏光纖耦合器制備時， 一般會用到一種二節 型光纖。這二節型的光纖的制備方法是取一段保偏光纖，將一定長度的保偏光纖為涂敷層剝掉，再用割刀在Ll處將端口處割平，Ll的長度一 般在3mm到15irai之間，再取一根相應的單模光纖，將涂敷層剝掉后，再 用割刀在L2處割平，再利用熔接機將二段光纖通過兩個割平的端口熔接 在一起，其熔接點為A (見圖2)。 L2的長度一般可以在13畫到55腿之 間，上述Ll和L2的尺寸以能保證使在制備拉制耦合區之前中間有均有足 夠長度的單模光纖區域為準。需要說明的是這種光纖結構放置取向可以不 一樣，即可以是左邊為保偏光纖，右邊是相應的單模光纖(如圖2所示)， 也可以左邊為相應的單模光纖，右邊是保偏光纖，可根據具體器件設計的 要求來放置。上述光纖結構為制備本發明的保偏光纖耦合器的基本結構， 可根據實際要求的輸入端口數來制備本發明的保偏光纖耦合器。二節型光 纖中使用的單模光纖要選擇與相熔接的保偏光纖有相同或相近(相差小于 20%)的模場直徑，以便降低光纖的熔接損耗。當然，也可根據對實際器 件的設計要求采用模場差別比較大的單模光纖。
根據上述本發明的保偏光纖耦合器的基本特點和具體的器件結構，可 實現多中類型的保偏光纖器件。圖3至圖6給出了在熔拉耦合器之前的各 光纖的排列組圖。圖3為第一類保偏光纖耦合器，其由兩根二節型光纖組 成，輸入端為一保偏光纖和一單模光纖，相對應的直接相通的輸出端為一 單模光纖和一保偏光纖，利用這個結構可做成多種1x2或2x2的分路器 和波分復用器。如果上述器件中選用存在一定的差異的單模光纖，可以做 成寬帶耦合器。這里輸入端和輸出端直接相通是指拉制耦合區之前輸入端 和輸出端為一根相連接的光纖。圖4為第四類保偏光纖耦合器，其有三根 二節型光纖組成，三根光纖可以直線型排列拉制成耦合器，也可以呈品型排列拉制呈耦合器(見圖5)，使其更緊湊，其可應用在電流傳感器中。
圖6中的保偏光纖耦合器由五根二節型光纖組成，輸入端有一根是保偏光 纖，另外四根是單模光纖；而輸出端四根為保偏光纖， 一根為單模光纖， 這個結構也可構成多種功能器件。
本發明的保偏光纖耦合器的制備方法，可分為以下步驟
1、 首先根據所設計器件的要求，按上述方法利用保偏光纖和單模光 纖制備出二節型光纖。
2、 將所準備的光纖按要求排列定位，排列方式可參見上面的介紹， 也可根據要求自行設計；
3、 最后將中間的多根單模光纖緊密排列在一起后拉制成耦合區。 3x3保偏光纖耦合器在光纖電流傳感器中有著重用的應用意義，因一類
全光纖電流傳感器中輸入端只需要一根是保偏光纖，還有二個輸入端因被 用作監控反射回來的功率，直接接入光探測器，因而不一定使用保偏光纖; 對于輸出端，有一根端口沒有被使用或空置，或也只可能用作功率監控， 所以也不需要用保偏光纖，故需要用更可靠的結構的器件來優化。
圖7為一種采用了本發明的3x3保偏光纖耦合器的全光纖電流傳感器， 其包括有光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、1/4光纖波片和傳感光 纖環。其連接關系為光源連接到3x3保偏光纖耦合器的保偏光纖輸入端， 3x3保偏光纖耦合器的其中兩個保偏光纖輸出端分別和兩個光纖偏振器連 接，兩個光纖偏振器的另一端則分別通過l/4光纖波片接到傳感光纖環的兩 端；3x3保偏光纖耦合器的單模光纖輸出端空置或接光電探測器；3x3保偏 光纖耦合器的剩余兩個單模光纖輸入端分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。
圖8為另一種采用了本發明的3x3保偏光纖耦合器的全光纖電流傳感 器，其包括有光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、V4光纖波片、保 偏光纖偏振分離器和傳感光纖環；光源連接到3x3保偏光纖耦合器的保偏光 纖輸入端，3x3保偏光纖耦合器的保偏光纖輸出端分別和兩個光纖偏振器 連接，兩個光纖偏振器通過保偏光纖偏振分離器與l/4光纖波片相連接，其 中保偏光纖偏振分離器的一端和其中一個光纖偏振器用旋轉90。焊接頭連 接，保偏光纖偏振分離器的另一端通過O。焊接頭與所述另一光纖偏振器相 接，由1/4光纖波片連接傳感光纖環；所述3x3保偏光纖耦合器的單模光纖 輸出端空置或接光電探測器；所述3x3保偏光纖耦合器的單模光纖輸入端分 別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。
從上可知，圖4和圖5中的保偏光纖耦合器均可用在圖7和圖8的全光纖 電流傳感器中。使用本發明的3x3保偏光纖耦合器，因消除了原有的保偏光 纖耦合器中耦合區保偏光纖性能不穩定的缺點，故能提高電流傳感器的長 期穩定性和可靠性。
權利要求
1、一種保偏光纖耦合器，其特征在于所述保偏光纖耦合器的耦合區由單模光纖制成，所述保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一保偏光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖，所述保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一單模光纖，與其直接相通的輸出端為保偏光纖，所述輸入端和輸出端的保偏光纖分別和耦合區中相對應的單模光纖熔接成一體。
2、 按照權利要求l所述的保偏光纖耦合器，其特征在于所述保偏光 纖耦合器的一個輸入端為保偏光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖； 所述保偏光纖耦合器的另一個輸入端為單模光纖，與其直接相通的輸出端 為保偏光纖。
3、 按照權利要求l所述的保偏光纖耦合器，其特征在于所述保偏光 纖耦合器的一個輸入端為保偏光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖；另兩個輸入端為單模光纖，相對應的直接相通的輸出端均為保偏光纖。
4、 按照權利要求l所述的保偏光纖耦合器，其特征在于所述保偏光 纖耦合器的兩個輸入端為保偏光纖，與這兩個輸入端相對應的直接相通的 輸出端均為單模光纖；另外一個輸入端為單模光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖。
5、 按照權利要求3或4所述的任一項權利要求所述的保偏光纖耦合器， 其特征在于所述三個輸入端和三個輸出端均呈直線型排列。
6、 按照權利要求3或4所述的任一項權利要求所述的保偏光纖耦合器， 其特征在于所述三個輸入端和三個輸出端均呈品字型排列。
7、 按照權利要求l所述的保偏光纖耦合器，其特征在于所述保偏光纖耦合器的一個輸入端為保偏光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖， 其余四個輸入端為單模光纖，與這四個輸入端相對應的直接相通的輸出端 均為保偏光纖。
8、 一種制備權利要求l所述的保偏光纖耦合器的方法，其特征在于 包括如下步驟(1) 根據輸入端和輸出端對保偏光纖的要求，準備二節型光纖，所述 二節型光纖為單模光纖的一端熔接保偏光纖的一端而成的光纖；(2) 對步驟一中的光纖按要求排列定位，且互相緊靠；(3) 將步驟二中排列定位后的多根單模光纖區域拉制成耦合區。
9、 按照權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)的二 節型光纖中，單模光纖和保偏光纖的模場直徑相同或相差小于20%，以減少 二者之間的熔接損耗。
10、 一種全光纖電流傳感器，其特征在于所述全光纖電流傳感器中的3x3保偏光纖耦合器耦合區由單模光纖制成， 一個輸入端為保偏光纖，與 其直接相通的輸出端為單模光纖；另兩個輸入端為單模光纖，與這兩個輸 入端相對應的直接相通的輸出端均為保偏光纖。
11、 按照權利要求10所述的全光纖電流傳感器，其特征在于 所述全光纖電流傳感器包括有光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、1/4光纖波片和傳感光纖環；所述光源連接到所述3x3保偏光纖耦合器的保偏光纖輸入端，所述3x3 保偏光纖耦合器的兩個保偏光纖輸出端分別和兩個光纖偏振器連接，所述 兩個光纖偏振器的另一端則分別通過l/4光纖波片接到所述傳感光纖環的兩端；所述3x3保偏光纖耦合器的單模光纖輸出端空置或接光電探測器；所 述3x3保偏光纖耦合器的剩余兩個單模光纖輸入端分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。
12、按照權利要求10所述的全光纖電流傳感器，其特征在于 所述全光纖電流傳感器包括有光源、3x3保偏光纖耦合器、光纖偏振器、 1/4光纖波片、保偏光纖偏振分離器和傳感光纖環；所述光源連接到所述3x3保偏光纖耦合器的保偏光纖輸入端，所述3x3 保偏光纖耦合器的保偏光纖輸出端分別和兩個光纖偏振器連接，所述兩個 光纖偏振器通過所述保偏光纖偏振分離器與所述l/4光纖波片相連接，其中 所述保偏光纖偏振分離器一端和所述其中一個光纖偏振器用旋轉90。焊接 頭連接，所述保偏光纖偏振分離器的另一端通過O。焊接頭與所述另一光纖 偏振器相接，由所述l/4光纖波片連接傳感光纖環；所述3x3保偏光纖耦合 器的單模光纖輸出端空置或接光電探測器；所述3x3保偏光纖耦合器的單模 光纖輸入端分別通過兩個光電探測器與信號處理器相連接。
全文摘要
本發明公開了一種保偏光纖耦合器，該保偏光纖耦合器的耦合區由單模光纖制成，保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一保偏光纖，與其直接相通的輸出端為單模光纖，保偏光纖耦合器的輸入端至少包含一單模光纖，與其直接相通的輸出端為保偏光纖，輸入端和輸出端的保偏光纖分別和耦合區中相對應的單模光纖熔接成一體。本發明的保偏光纖耦合器的制備方法，首先用熔接機制備二節型光纖；其次，按設計要求對光纖進行排列和軸向定位；最后，將中間的多根單模光纖熔拉成耦合區。本發明的保偏光纖耦合器中，耦合區均由單模光纖拉制而成，因而器件具有對偏振，溫度環境不靈敏的特點，大大提高了器件的穩定性和可靠性。本發明還公開了一種全光纖電流傳感器。
文檔編號G02B6/28GK101515049SQ200810043138
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月21日 優先權日2008年2月21日
發明者勇 黃 申請人:上海康闊光通信技術有限公司