一种分光比连续可调的2×2单模光纤定向耦合器的制作方法

本发明涉及一种单模光纤定向耦合器，特别涉及一种2×2单模光纤定向耦合器。

背景技术：

单模光纤定向耦合器是一种实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件，可实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都有大量应用。其中2×2单模光纤定向耦合器具有典型性且应用最为广泛。它是一种四端口元器件，由直通光纤和耦合光纤组合而成。2×2单模光纤定向耦合器的研制工作一直非常重要，耦合器的性能直接影响着光纤传输系统的性能及应用范围，尤其是分光比连续可调的耦合器在检测、控制系统中又有其特殊用途。目前，大部分2×2单模光纤定向耦合器只支持固定分光比的特定中心波长的窄带2×2单模光纤定向耦合器，不具备调节的灵活性。此外，分光比连续可调的2×2单模光纤定向耦合器普遍采用抛光、磨削等机械手段制备单模光纤定向耦合器，也有通过改变光纤表面结构制备光纤定向耦合器。这些方法实际操作麻烦、成本高、分光比不易重复；针对不同波长的输入光源，都需要重复抛光、磨削等机械处理过程，要求高精度加工，而且对制备的光纤直径控制精度要求很高。还有工作报道了通过改变耦合器周围的折射率匹配液来改变耦合器的分光比；通过控制磁场大小调节光子晶体光纤表面包覆的磁流体来调节光纤耦合器的分光比。以上，工作不仅操作麻烦、成本高，对光纤种类要求高，而且分光比调节不直接，环境依赖性过强。

光纤作为信息传输的载体，在特定尺寸的单模光纤定向耦合器上实现信号传输和调制可以极大促进光纤光通信领域的发展。因此研究一种制备过程简易高效、分光比调节操作简单且连续可调、制备方法适用的单模光纤种类多、波长范围广的2×2单模光纤定向耦合器对于涉及单模光纤定向耦合器的研究领域具有一定价值和重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种分光比连续可调的2×2单模光纤定向耦合器。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明分光比连续可调的2×2单模光纤定向耦合器包括直通光纤和耦合光纤，所述直通光纤和耦合光纤为微纳光纤且两者的中间腰段相同，并且，直通光纤和耦合光纤的中间腰段相互平行且两端对齐，耦合光纤的一端未拉伸部分与直通光纤通过光纤固定件固定，耦合光纤的另一端未拉伸部分与直通光纤通过光纤旋转器固定，所述光纤旋转器能够旋转而使直通光纤和耦合光纤的中间腰段螺旋缠绕在一起而调节耦合长度。

进一步地，本发明所述直通光纤和耦合光纤的中间腰段的直径为200nm～3um。

进一步地，本发明所述直通光纤和耦合光纤的中间腰段的长度为0.1mm～10cm。

进一步地，本发明所述光纤旋转器为手动或电驱动旋转调节架。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）本发明的2×2单模光纤定向耦合器分光比连续可调，调节范围可从0到100%，且具备偏振不敏感性。

（2）本发明的2×2单模光纤定向耦合器对制备的微纳光纤直径控制精度要求不高，极大地降低了微纳光纤原材料加工制备的难度，提高了耦合器的制备效率。

（3）本发明的2×2单模光纤定向耦合器制备简易高效，调节装置简单，分光比可直接调节。

（4）本发明通过光纤旋转器的旋转精度控制，可提高分光比调节的精度，以满足有高精度调节的特殊需求。

（5）本发明制备方式适用的单模光纤种类多、波长范围广，可以扩宽单模光纤定向耦合器的应用领域。

附图说明

图1为本发明分光比连续可调的单模光纤定向耦合器的初始结构示意图；

图2为本发明分光比连续可调的单模光纤定向耦合器旋转4°后的结构示意图；

图3为本发明分光比连续可调的单模光纤定向耦合器耦合特性测试示意图。

图中：1-直通光纤，2-耦合光纤，31-直通光纤和耦合光纤的一端未拉伸部分，32-直通光纤和耦合光纤的另一端未拉伸部分，4光纤固定件，-5-光纤旋转器，6-中间腰段，61-中间腰段的左端，62-中间腰段的右端，7-测试光源，8-光功率探测器，p1-直通光纤的输入端,p2-耦合光纤的输入端,p3-耦合光纤2的输出端,p4-直通光纤的输出端。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明分光比连续可调的2×2单模光纤定向耦合器包括直通光纤1和耦合光纤2，直通光纤1是指传输的光由光源直接接入的光纤，耦合光纤2是指传输的光从直通光纤耦合过来的光纤。

如图1所示，直通光纤1和耦合光纤2为微纳光纤，两者具有相同的中间腰段6，直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6相互平行且两者的中间腰段的两端对齐。在制备直通光纤1和耦合光纤2这两种微纳光纤时，可将它们同时一起制备，这样能够较容易地获得具有相同中间腰段6的直通光纤1和耦合光纤2，且直通光纤1和耦合光纤2在制备完毕后拉直即可使两者的中间腰段6彼此相互平行且两者的中间腰段6的两端对齐。如图1所示，直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6相同是指两者的中间腰段6的直径和长度均相同。耦合光纤2的一端未拉伸部分31通过光纤固定件4与直通光纤1固定在一起，将耦合光纤2的另一端未拉伸部分32通过光纤旋转器5与直通光纤1固定在一起，且直通光纤1耦合光纤2的中间腰段6的两端相互对齐。直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6的两端对齐是指直通光纤1的中间腰段6的左端61与耦合光纤2的中间腰段的左端61对齐，同时，直通光纤1的中间腰段6的右端62与耦合光纤2的中间腰段的右端62对齐。光纤旋转器5能够旋转而使直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段开始螺旋缠绕在一起而调节耦合长度。直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6螺旋缠绕在一起构成耦合腰区。

直通光纤1和耦合光纤2的耦合长度直接影响直通光纤1的耦合腰区的倏逝波耦合到耦合光纤2的耦合腰区的光强强弱，因此通过旋转光纤旋转器5，使得直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段螺旋缠绕，由此来调节耦合长度，从而实现2×2单模光纤定向耦合器的连续可调分光比。

本发明可采用普通商用1550nm单模光纤作为直通光纤1和耦合光纤2的制备原料。将两根单模光纤中间部分的涂覆层剥去约1.5cm长，用酒精试剂擦洗剥去涂覆层的裸光纤，以两点按压法（即微纳光纤两端用两对磁性压垫作为光纤夹具）同时将两根裸光纤固定在光纤拉锥系统上，设定好拉锥系统参数后对两根光纤同时进行熔融拉锥，同时制备后得到中间腰段直径均为1um、长度相同且尺寸一致性高、表面形态均匀性好的两根微纳光纤，其中直接接监测光源的一根为直通光纤1，另外一根则为耦合光纤2。然后先移走离微纳光纤较远的一对光纤夹具，采用固定胶将拉直的直通光纤1和耦合光纤2的一端未拉伸部分31固定在一起，同时通过紫外固化胶也将直通光纤1和耦合光纤2的另一端未拉伸部分32固定。然后移走靠近微纳光纤的第二对光纤夹具，将直通光纤1和耦合光纤2的一端未拉伸部分31整体固定在光纤固定件4上，最后将直通光纤1和耦合光纤2的另一端未拉伸部分32整体固定在光纤旋转器5上（如图1所示）。

光纤旋转器5固定在三维可以调节的光学元件上，使得光纤旋转器5可以高效便捷地进行空间三维位置调节。此外，由于光纤旋转器5自带角度测量功能，当它与直通光纤1和耦合光纤2固定在一起后，光纤旋转器5的旋转带动直通光纤1和耦合光纤2随之旋转，直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6的耦合长度亦相应发生变化，由此可以获得耦合器分光比的数值大小。本发明2×2单模光纤定向耦合器制备好后，如图3所示，将直通光纤1的输入端p1和1550nm的激光器（即测试光源7）相连，将直通光纤1的输出端p4和耦合光纤2的输出端p3分别与光功率探测器8相连。在直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6螺旋缠绕之前，记录直通光纤1的输出端p4的光功率强度值power1(t)；在确保微纳光纤不会断裂的前提下，缓慢持续旋转光纤旋转器5的角度至4°（如图2所示），得到实时监测和记录的直通光纤1的输出端p4的光功率强度值power4(t)和耦合光纤2的输出端p3的光功率强度值power3(t)。持续旋转光纤旋转器5直至出现完整周期，当一个周期内同一时刻下基本满足power1(t)=power4(t)+power4(t)时，可实现本发明2×2单模光纤定向耦合器的耦合调控；当基本满足power1(t)=power4(t)且power3(t)=0时或者power1(t)=power3(t)且power4(t)=0，表明本发明2×2单模光纤定向耦合器的耦合分光比可以实现0-100%的调节。同时在旋转光纤旋转器5的过程中，根据耦合光纤2或直通光纤1的功率变化周期对应的角度变化周期，可以得到本发明单模光纤定向耦合器的分光比调节的角度周期，实现分光比的定量控制。这也表明本发明2×2单模光纤定向耦合器因良好的制作工艺具有较低的额外引入损耗，通过光纤旋转器5的旋转精度控制可以提高分光比调节的精度，以满足实际工作需求。而且由于输入光源是1550nm的单波长激光光源，该单模光纤定向耦合器可以在光通信波段得到应用。

本发明的直通光纤1和耦合光纤2的原材料光纤可以根据实际需求选择对应波长的单模光纤和其单模光纤种类。

若直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段6的直径在200nm～3um的范围内选取，通常可以满足本发明耦合器在深紫外到近红外的波段范围作为输入光源的应用。并且，以深紫外到近红外的波段中实际输入的光源波长作参考，制备满足单模传输条件的微纳光纤直径（该直径在200nm～3um范围内），可避免多种传输模式对本发明耦合器的分光比调节所带来的影响。

本发明中，直通光纤1和耦合光纤2的中间腰段的长度在0.1mm-10cm范围内选取，通常可以满足本发明耦合器在不同测试要求和不同制备领域中的应用。

光纤旋转器5采用电驱动旋转调节架可提高本发明2×2单模光纤定向耦合器的调节均匀性；光纤旋转器5采用手动旋转调节架则可实现本发明2×2单模光纤定向耦合器的调节灵活性。