专利名称：基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种光隔离器，适用于光纤通信、激光器、光器件领域。
背景技术：
随着光信息领域技术的不断发展，各类有源或是无源光器件也都不断涌现，而且性能越来越好，价格越来越低。在对光信号进行处理的过程中会用到这样ー种无源的光器件，光信号正向低损耗导通，反向截止，这就是光隔离器。光隔离器是允许光一个方向通过而阻止相反方向光信号的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。传统的光隔离器的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。主要利用磁光晶体的法拉第效应。对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉第磁光晶体与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45° ,并恰好使低损耗通过与起偏器成45°放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45° ,从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。光隔离器的特性是正向插入损耗低，反向隔离度高，回波损耗高。其缺点也十分明显首先，磁光晶体的加工难度大，成本高，而且体积也很大，在实用的隔离器中除了磁光晶体还需要耦合透镜，其作用是将光纤与磁光晶体的光路连接起来，这种透镜的制作同样面临加工难度大，成本高，以及体积无法做的很小的难题。多级光学元件的串联导致光的损耗加大，表现在整个隔离器的插入损耗无法进ー步降低。在如今对光器件的需求量越来越大的情况下，任何器件的结构、成本、体积等的因素都有可能成为进一歩推行全光通信的瓶颈。尤其在逐步走向光集成、光器件智能化等的光信息领域，传统隔离器的结构庞大、复杂、效率低、成本高亟需解決。光纤光栅作为ー种滤波器件在光通信系统中发挥着重要作用，利用光纤光栅的滤波功能实现光纤中模式的改变实现不同波长光信号的不同传播形式，而闪耀光纤光栅的模式耦合形式更为灵活，能够实现纤芯传导模式与包层模式甚至耗散模式之间的耦合，利用此特性可以制作相应的光信号的光路控制。中国专利申请01109388. 9提及ー种基于聚合物的闪耀光栅隔离器，相比传统以磁光晶体为基础的隔离器在结构和制作难度上都有一定程度的简化，但由于采用聚合物为基质，在与光纤链路连接时其插入损耗和熔接难度都很大，而且在不足毫米量级的圆柱波导外层制作一分为ニ的两个包层，并且折射率不同，难度 大，并且制作的精度要求过高而难以实现，在制作过程中对芯子、芯子中的光栅、第一包层、第二包层的折射率都有要求，实现的难度大。相比结构复杂的传统光隔离器，全光纤化的光隔离器结构成为ー个新的亮点，以光纤为基质的器件成本低，体积和重量都大大减小，并且由于基于全光纤的结构，与光纤的低损耗接入成为可能。中国专利申请200610010065. X中涉及ー种全光纤的环行器结构，其中的部分结构可以作为隔离器应用，但由于其中涉及光纤不同模式之间的耦合，无法完全在基模条件下进行。由于光纤中存在高阶模的时候，基模必然存在，只对其中的高阶模有能量转移作用，使得耦合的效率受到限制，甚至完全达不到反向光隔离的目的。
因此，目前的光隔离器面临的问题是结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前的光隔离器面临结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。本发明的技术方案为基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，该隔离器包括光敏光纤、光纤、在光敏光纤上用紫外光刻写的闪耀光纤光柵。光敏光纤和光纤同处于同一平面内平行放置，光敏光纤的边沿和光纤的边沿的最近距离为h;闪耀光纤光栅的成栅面与光敏光纤成0角度，与光敏光纤和光纤所处的平面垂直。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0满足0° < 0 <45°或45° < 0 <90°。所谓成栅面即为光纤光栅中折射率调制区域内相同折射率的一系列平面，这些平面相互平行。当45° く 0 <90°时,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤的左端输入通过闪耀光纤光栅将光信号耦合入光纤，并从光纤的左端输出；反向隔离方向为光信号从光纤的左端输入，光信号直接从光纤的右端输出，而无法到达光敏光纤的左端，由此达到对光信号的隔离功能。当0° < 0 <45°时,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤的左端输入通过闪耀光纤光栅将光信号耦合入光纤，并从光纤的右端输出；反向隔离方向为光信号从光纤的右端输入，光信号直接从光纤的左端输出，而无法到达光敏光纤的左端，由此达到对光信号的隔离功能。所述的光敏光纤和光纤置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。所述的闪耀光纤光栅为Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅或啁啾闪耀光纤光柵。Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅和啁啾闪耀光纤光栅与传统Bragg光纤光栅、长周期光纤光栅、取样光纤光栅或啁啾光纤光栅的区别仅在于Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅和啁啾闪耀光纤光栅的成栅面与光纤成9角度。Bragg闪耀光纤光栅的折射率调制周期小于I微米、长周期闪耀光纤光栅的折射率调制周期大于I微米。本发明和已有技术相比所具有的有益效果相比传统基于磁光晶体和透镜的光隔离器，本发明以全光纤为基质，成本低，各部分组件的制作技术成熟，全光纤结构使得可以与光纤链路低损耗的熔接。依靠闪耀光纤光栅的能量耦合，可以将任意模式的纤芯能量低损耗地转移到相邻的纤芯，使得隔离器的插入损耗大大降低；反向光路的情况下，光被直接导出，无法沿正向光路原路返回，隔离度得 到保证。整个隔离器的主要结构即为光纤，体积和重量相比传统隔离器都大大减小。该隔离器的工作带宽取决于闪耀光纤光栅的带宽，通过控制闪耀光纤光栅的刻写周期可以精确控制该隔离器的工作带宽及工作波长，可操作性大大提升。
图I为h > 0的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器。图2为h > 0的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器正向光路图。图3为h > 0的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器反向光路图。
图4为0° < 0 <45°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器。图5为0° < 0 <45°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器正向光路图。图6为0° < 0 <45°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器反向光路图。图7为45° < 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器。图8为45° く 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器正向光路图。图9为45° < 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器反向光路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步描述。实施方式一基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，如图I，该隔离器包括光敏光纤I、光纤2、在光敏光纤I上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅3。光敏光纤I和光纤2同处于同一平面内平行放置，光敏光纤I的边沿和光纤2的边沿的最近距离为h ;闪耀光纤光栅3的成栅面与光敏光纤I成9角度，与光敏光纤I和光纤2所处的平面垂直。所述的h 满足0 < h < 10cm。所述的0 满足0。く 0 <45。。如图2所不,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤I的左端输入通过闪耀光纤光栅3将光信号耦合入光纤2，并从光纤2的右端输出；如图3所示，反向隔离方向为光信号从光纤2的右端输入，光信号直接从光纤2的左端输出，而无法到达光敏光纤I的左端，由此达到对光信号的隔离功能。光敏光纤I和光纤2置于水中。所述的闪耀光纤光栅3为啁啾闪耀光纤光柵，即折射率调制周期渐变，并与光纤成e角度的光纤光柵。啁啾闪耀光纤光栅的设置使得该隔离器工作于超宽带的导通与隔离状态。实施方式ニ基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，如图4,该隔离器包括光敏光纤I、光纤2、在光敏光纤I上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅3。光敏光纤I和光纤2同处于同一平面内平行放置，无间隔放置，即h = 0;闪耀光纤光栅3的成栅面与光敏光纤I成0角度，与光敏光纤I和光纤2所处的平面垂直。所述的0 满足0。く 0 <45。。如图5所不,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤I的左端输入通过闪耀光纤光栅3将光信号耦合入光纤2，并从光纤2的右端输出；如图6所示，反向隔离方向为光信号从光纤2的右端输入，光信号直接从光纤2的左端输出，而无法到达光敏光纤I的左端，由此达到对光信号的隔离功能。
光敏光纤I和光纤2置于空气中。所述的闪耀光纤光栅3为Bragg闪耀光纤光柵，即折射率调制周期小于I微米，エ作于带通的反射型光柵。实施方式三基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，如图7,该隔离器包括光敏光纤I、光纤2、在光敏光纤I上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅3。光敏光纤I和光纤2同处于同一平面内平行放置，无间隔放置，即h = 0;闪耀光纤光栅3的成栅面与光敏光纤I成0角度，与光敏光纤I和光纤2所处的平面垂直。所述的0 满足45° < 9 <90。。 如图8所不,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤I的左端输入通过闪耀光纤光栅3将光信号耦合入光纤2，并从光纤2的左端输出；如图9所示，反向隔离方向为光信号从光纤2的左端输入，光信号直接从光纤2的右端输出，而无法到达光敏光纤I的左端，由此达到对光信号的隔离功能。光敏光纤I和光纤2置于折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液中。所述的闪耀光纤光栅3为长周期闪耀光纤光栅。实施方式四基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，如图7,该隔离器包括光敏光纤I、光纤2、在光敏光纤I上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅3。光敏光纤I和光纤2同处于同一平面内平行放置，无间隔放置，即h = 0;闪耀光纤光栅3的成栅面与光敏光纤I成0角度，与光敏光纤I和光纤2所处的平面垂直。所述的0 满足45° < 9 <90°。如图8所不,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤I的左端输入通过闪耀光纤光栅3将光信号耦合入光纤2，并从光纤2的左端输出；如图9所示，反向隔离方向为光信号从光纤2的左端输入，光信号直接从光纤2的右端输出，而无法到达光敏光纤I的左端，由此达到对光信号的隔离功能。光敏光纤I和光纤2置于折射率小于等于光纤包层折射率的石英晶体中。所述的闪耀光纤光栅3为取样闪耀光纤光柵。取样闪耀光纤光栅的设置使得该隔离器实现多波长、多波段的隔离器功能。
权利要求
1.基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，其特征在于该隔离器包括光敏光纤(I)、光纤(2)、在光敏光纤(I)上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅(3);光敏光纤(I)和光纤(2)同处于同一平面内平行放置，光敏光纤(I)的边沿和光纤(2)的边沿的最近距离为h;闪耀光纤光栅(3)的成栅面与光敏光纤(I)成0角度，与光敏光纤(I)和光纤(2)所处的平面垂直。
2.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，其特征在于 所述的h满足0 < h < 10cm。
3.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，其特征在于 所述的 9 满足0° < 0 <45° 或 45° < 0 <90° ; 当45° く 0 <90°时,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤(I)的左端输入通过闪耀光纤光栅(3)将光信号I禹合入光纤(2),并从光纤(2)的左端输出；反向隔离方向为光信号从光纤(2)的左端输入，光信号直接从光纤(2)的右端输出，而无法到达光敏光纤(I)的左端，由此达到对光信号的隔离功能； 当0° < 0 <45°时,该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤(I)的左端输入通过闪耀光纤光栅(3)将光信号I禹合入光纤(2),并从光纤(2)的右端输出；反向隔离方向为光信号从光纤(2)的右端输入，光信号直接从光纤(2)的左端输出，而无法到达光敏光纤(I)的左端，由此达到对光信号的隔离功能。
4.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，其特征在于 所述的光敏光纤(I)对紫外光有光敏性，光敏光纤(I)和光纤(2)均置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。
5.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，其特征在于 所述的闪耀光纤光栅(3)为Bragg闪耀光纤光栅、长周期闪耀光纤光栅、取样闪耀光纤光栅或啁啾闪耀光纤光栅。
全文摘要
基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，涉及一种光隔离器，适用于光通信领域。解决了目前光隔离器结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。该隔离器包括光敏光纤(1)、光纤(2)、在光敏光纤(1)上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅(3)。光敏光纤(1)和光纤(2)同处于同一平面内平行放置，光敏光纤(1)的边沿和光纤(2)的边沿的最近距离为h；闪耀光纤光栅(3)的成栅面与光纤成θ角度，与光敏光纤(1)和光纤(2)所处的平面垂直。其中0≤h≤10cm，0°＜θ＜45°或45°＜θ＜90°。光敏光纤(1)和光纤(2)均置于空气、水、折射率小于等于光纤包层折射率的折射率匹配液或石英晶体中。
文档编号G02B6/02GK102621635SQ20121010402
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者宁提纲, 宋秋艳, 张婵, 李晶, 李超, 油海东, 温晓东, 郑晶晶 申请人:北京交通大学