专利名称：一种光纤耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤耦合器。
背景技术：
目前，在光纤传感技术领域中，光纤耦合器是将来自几根光纤(波导)的光组合在一起，或者将一根光纤(波导)中的光分离到几根光纤(波导)中，故光纤耦合器也称合波器或分波器，光纤耦合器在光通讯、光纤传感和光纤测量中得到了广泛应用。光纤的种类很多，例如可以是单模光纤、保偏光纤或者光子晶体光纤。这里的光子晶体光纤(PCF)，又称多孔光纤或微结构光纤，是基于光子晶体技术的新型光纤。这种光纤比普通的单模光纤具有更低的温度、应力敏感性，同时具有更高的抗辐射能力、抗张强度和更低的弯曲损耗，具有重要的应用价值。在现有技术方案中，普通的熔接双锥光纤耦合器是通过将除去涂敷层的两根或多根裸光纤以一定方式(如打绞或使用夹具)靠近，然后在高温下熔融并同时拉伸直至获得期望的耦合性能，其耦合比可通过改变纤芯直径、纤芯间距离和拉锥长度来控制。当加热拉长光纤时，光纤芯半径变细，模场直径(MFD)增大。当MFD超过光纤芯茎时，光模更多地以倏逝波的形式渗透到邻近光纤的纤芯中；在给定耦合截面积的前提下，功率耦合比随着耦合区长度的增加而变化。也就是说，光波能周期地从一根光纤传到另一根光纤在返回，即在两根耦合光纤之间有周期性的功率切换。从上述现有技术方案可知，现有的光纤耦合器需要利用熔融拉锥工艺制作，这种工艺制作的光纤耦合器存在以下缺点1、对于不同种类的光纤制作的耦合器，由于光纤结构的差异，例如保偏光纤与光子晶体光纤，耦合器制作难度大，且会带来大的损耗；2、采用普通单模光纤或保偏光纤制造的耦合器由于光纤结构的不一致性或保偏光纤间主轴的对准偏差均减低了光的偏振特性；3、对于全光子晶体光纤耦合器，如果采用通用的耦合器制作方法，如侧面抛光和熔锥，由于空气孔的存在，熔接的难度大大增加且耦合比不会太好。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤耦合器，该光纤耦合器结构简单，工艺易于实现，制作难度低，能够克服现有技术方案中熔融拉锥工艺制作所带来的缺陷，提高了光纤耦合器的性能。本发明的目的是通过以下技术方案实现的—种光纤耦合器，所述光纤耦合器包括四个准直器、四个尾纤和分光器，其中第一准直器和第四准直器处于同一条直线上，第二准直器和第三准直器处于另一条直线上，所述分光器处于两条直线的交点，且该两条直线关于所述分光器镜面的法线对称，其中该两条直线之间的夹角可调节，且所述分光器的一面用于透射光，另一面用于反射光;每个准直器均连接有一个尾纤，将从各自尾纤输入的光汇聚在所述分光器上，以及将所述分光器输入的光输出给各自的尾纤；每个尾纤连接外部光纤以获得输入光，并将该输入光传输给与每个尾纤连接的准直器，或者将准直器传输来的输出光输出给所述外部光纤。所述分光器通过反射镜实现，该反射镜的其中一个表面具有高透性，另一个表面通过镀膜工艺形成高反射性，且反射率范围为1-99% ；所述分光器通过分光棱镜或镀膜分光片来实现。所述尾纤为单模光纤，保偏光纤或光子晶体光纤。所述光纤耦合器的外部封装包括外壳和尾纤保护套，其中所述外壳的形状依据具体的需要设计成十字形或一字形；所述尾纤保护套用于保护从所述外壳内引出的尾纤，并紧固所述尾纤由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述光纤耦合器包括四个准直器、四个尾纤和分光器，其中第一准直器和第四准直器处于同一条直线上，第二准直器和第三准直器处于另一条直线上，所述分光器处于两条直线的交点，且该两条直线关于所述分光器镜面的法线对称，其中该两条直线之间的夹角可调节，且所述分光器的一面用于透射光，另一面用于反射光；每个准直器均连接有一个尾纤，将从各自尾纤输入的光汇聚在所述分光器上，以及将所述分光器输入的光输出给各自的尾纤；每个尾纤连接外部光纤以获得输入光， 并将该输入光传输给与每个尾纤连接的准直器，或者将准直器传输来的输出光输出给所述外部光纤。该光纤耦合器结构简单，工艺易于实现，制作难度低，能够克服现有技术方案中熔融拉锥工艺制作所带来的缺陷，提高了光纤耦合器的性能。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图I为本发明实施例提供的光纤耦合器的内部结构示意图；图2为本发明实施例提供的光纤耦合器的光路示意图；图3为本发明实施例提供的光纤耦合器外部十字形封装的结构示意图；图4为本发明实施例提供的光纤耦合器外部一字形封装的结构示意图。
具体实施例方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图I所示为本发明实施例提供的光纤耦合器的内部结构示意图，图I中的光纤耦合器包括四个准直器(1、2、3、
4)、四个尾纤(6、7、8、9)和分光器(5)，其中第一准直器I和第四准直器4处于同一条直线M上，第二准直器2和第三准直器
43处于另一条直线N上，所述分光器5处于两条直线M和N的交点，且该两条直线M和N关于所述分光器5镜面的法线S对称，其中该两条直线M和N之间的夹角可调节，以获得预期效果，且所述分光器5的一面用于透射光，另一面用于反射光；每个准直器均连接有一个尾纤，如图I中具体就是第一准直器I连接尾纤6，第二准直器2连接尾纤7，第三准直器3连接尾纤8，第四准直器4连接尾纤9。每个准直器用于将从各自尾纤输入的光汇聚在所述分光器5上，以及将所述分光器5输入的光输出给各自的尾纤；而每个尾纤用于连接外部光纤以获得输入光，并将该输入光传输给与每个尾纤连接的准直器，或者将准直器传输来的输出光输出给所述外部光纤。在具体实施过程中，以图I为例准直器I :用于将从尾纤6输入的光汇聚在分光器5上，以及将分光器5输入的光输出给尾纤6 ；准直器2 :用于将从尾纤7输入的光汇聚在分光器5上，以及将分光器5输入的光输出给尾纤7 ;准直器3 :用于将从尾纤8输入的光汇聚在分光器5上，以及将分光器5输入的光输出给尾纤8 ；准直器4 :用于将从尾纤9输入的光汇聚在分光器5上，以及将分光器5输入的光输出给尾纤9 ；分光器5 :用于将各个准直器的输出光进行分光(反射光和透射光)，然后分别输出给对应的准直器，例如从光准直器I输入，再输出到准直器2和准直器4 ；尾纤6 :用于连接外部光纤获得输入光，输入给准直器I或者将准直器I的输出光输出给外部光纤；尾纤7 :用于连接外部光纤获得输入光，输入给准直器2或者将准直器2的输出光输出给外部光纤；尾纤8 :用于连接外部光纤获得输入光，输入给准直器3或者将准直器3的输出光输出给外部光纤；尾纤9 :用于连接外部光纤获得输入光，输入给准直器4或者将准直器4的输出光输出给外部光纤。在具体实现过程中，上述分光器可以通过反射镜实现，如图I所示，该反射镜可以通过工艺使反射镜表面a具有高透性能，表面b通过镀膜工艺形成高反性能，且反射率范围为1_99%，根据具体设计方案选择。除此之外，该分光器还可以通过分光棱镜或镀模分光片来实现。另外，所述尾纤可以为单模光纤，保偏光纤或光子晶体光纤。例如如图I所示，尾纤6、7、8、9的种类可以是单模光纤、保偏光纤或者光子晶体光纤，而且6、7、8、9四根尾纤的种类也不需相同，既可以6、7、8、9都是同种类型，也可以是6、7为保偏光纤，8、9为光子晶体光纤，或者本领域技术人员能够想到的其他组合，具体根据需要采取特定的组合。另外，在图I中，作为2X2的光纤耦合器的四根尾纤，尾纤6和8是同端尾纤，即同为输入或者输出，而7和9也为同一端；由于尾纤6和7在分光器5的高透面侧，故尾纤6 和7的输入输出特性是类似的，但6和I不会同为输入或者输出，同理可知尾纤8和9。
下面以具体的光路实现来对本发明实施例所述的光纤耦合器进行说明，如图2所示为本发明实施例提供的光纤耦合器的光路示意图，图中给出了从尾纤6入射的光线的光路方向，光路过程具体为光从尾纤6入射后进入到准直器I中，准直器I将从尾纤6输入的光会聚到反射镜5(该实例中分光器通过反射镜来实现)上。反射镜5将从准直器输入的光分为两部分,一部分光被反射镜5反射到准直器2 中，一部分光经过反射镜5透射到准直器4中。入射到准直器2中的光被准直器2传输到尾纤7中，然后通过尾纤7输出到与尾纤7相连的外部光纤；入射到准直器4的光被准直器4传输到尾纤9中，然后通过尾纤9输出到与尾纤9相连的外部光纤。在具体实现中，根据反射镜5的设计不同，尾纤7和9输出的光强比值也将会不同。同理，从尾纤6的同端尾纤8输入的光将分别从尾纤7和9输出；而从另外两个同端尾纤7和9输入的光将分别从尾纤6和8输出。另外，上述的光纤耦合器还可以进一步进行外部封装，该外部封装可以包括外壳和尾纤保护套，如图3所示为本发明实施例提供的光纤耦合器外部十字形封装的结构示意图；如图4所示为本发明实施例提供的光纤耦合器外部一字形封装的结构示意图，其中图3中所述外壳的形状依据具体的需要设计成十字形，e为外壳，d为尾纤保护套， c为尾纤；图4中所述外壳的形状依据具体的需要设计成一字形，e为外壳，d为尾纤保护套，c为尾纤；当然也可以设计成其他的形状，这里不做限制。图3和图4中所述尾纤保护套d用于保护从所述外壳e内引出的尾纤C，并紧固所述尾纤C。综上所述，通过上述光纤耦合器的实现，由于采用分光器实现分光作用，代替了光纤融合方法的光耦合效果，避开了光纤结构对光纤耦合的影响，故既实现普通光纤耦合器的功能，也可以实现全光子晶体光纤耦合器或者不同种类光纤耦合器的功能，特别对于目前常用的光子晶体光纤耦合器而言，具有结构简单和易于实现等好处；同时利用分光器的分光作用可以有效减小温度等环境因素变化对偏振特性的影响，从而提高了光纤耦合器的性能。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种光纤耦合器，其特征在于，所述光纤耦合器包括四个准直器、四个尾纤和分光器，其中第一准直器和第四准直器处于同一条直线上，第二准直器和第三准直器处于另一条直线上，所述分光器处于两条直线的交点，且该两条直线关于所述分光器镜面的法线对称，其中该两条直线之间的夹角可调节，且所述分光器的一面用于透射光，另一面用于反射光；每个准直器均连接有一个尾纤，将从各自尾纤输入的光汇聚在所述分光器上，以及将所述分光器输入的光输出给各自的尾纤；每个尾纤连接外部光纤以获得输入光，并将该输入光传输给与每个尾纤连接的准直器，或者将准直器传输来的输出光输出给所述外部光纤。
2.根据权利要求I所述的光纤耦合器，其特征在于，所述分光器通过反射镜实现，该反射镜的其中一个表面具有高透性，另一个表面通过镀膜工艺形成高反射性，且反射率范围为 1-99% o
3.根据权利要求I所述的光纤耦合器，其特征在于，所述分光器通过分光棱镜或镀膜分光片来实现。
4.根据权利要求I所述的光纤耦合器，其特征在于，所述尾纤为单模光纤，保偏光纤或光子晶体光纤。
5.根据权利要求I所述的光纤耦合器，其特征在于，所述光纤耦合器的外部封装包括外壳和尾纤保护套，其中所述外壳的形状依据具体的需要设计成十字形或一字形；所述尾纤保护套用于保护从所述外壳内引出的尾纤，并紧固所述尾纤。
全文摘要
本发明公开了一种光纤耦合器。所述光纤耦合器包括四个准直器、四个尾纤和分光器，其中第一准直器和第四准直器处于同一条直线上，第二准直器和第三准直器处于另一条直线上，所述分光器处于两条直线的交点，且该两条直线关于所述分光器镜面的法线对称，其中该两条直线之间的夹角可调节，且所述分光器的一面用于透射光，另一面用于反射光；每个准直器均连接有一个尾纤，将从各自尾纤输入的光汇聚在所述分光器上，以及将所述分光器输入的光输出给各自的尾纤。该光纤耦合器结构简单，工艺易于实现，制作难度低，能够克服现有技术方案中熔融拉锥工艺制作所带来的缺陷，提高了光纤耦合器的性能，特别适用于与光子晶体光纤相关的耦合。
文档编号G02B6/26GK102540342SQ20111040466
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者任小元, 冯丽爽, 刘惠兰, 邓学文 申请人:北京航空航天大学