专利名称：基于闪耀光纤光栅的准环行器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光环行器，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一种多端口的无源光器件，光信号从某一端口输入，只能从相邻的某一端口输出，使得光信号在其中不具有可逆性，能够满足这种要求的光器件被称作光环行器。最常见的光环行器有三端口和四端口的类型，其中四端口光环行器中光信号传输方向为I — 2、2 — 3、3 — 4、4 — 1，通常的三端口环行器只是将4端口悬空，所以实现的功能为I — 2、2 — 3，从3端口输入的光信号不从任何一个端口输出。传统的光环行器的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。主要利用旋光晶体的法拉第效应。对于沿I — 2、2 — 3、3 -4,4-1方向入射的信号光，通过双折射晶体将光信号中偏振态不同的光信号分解成两束偏振态互相垂直的光信号，分别经过波片与旋光晶体对光信号进行处理，最后再经过双折射晶体将两束处理后的光信号合束成一束光信号从输出端输出，而相反方向入射的光信号也会经过同样的处理，所不同之处在于最后一级的双折射晶体对前期处理的光信号不进行合束处理，而是将其输出方向偏转，使其无法沿I — 2、2 — 3、3-4,4-1的反方向输出，实现了光环行器所要求的功能。为了实现与光纤的耦合，还需要微型透镜的聚光作用，将光纤导入的光信号耦合入环行器中的晶体，同样需要微型透镜将晶体中处理后的光信号耦合入光纤输出。由于传统光环行器的上述结构，使得其正反向的隔离度很高。但从其结构中也很容易看出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，微型透镜的引入也使正向的损耗增加，而且微型透镜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，表现在整个环行器的插入损耗无法进一步降低。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步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，传统光环行器的结构庞大、复杂、效率低、成本高亟需解决。光纤光栅作为一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提及一种基于聚合物的闪耀光栅隔离器，通过改变部分结构可以实现环行器的功能，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二的两个包层，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。[0006]相比结构复杂的传统光环行器，全光纤化的光环行器结构成为一个新的亮点，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中涉及一种全光纤的环行器结构，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，目前的光环行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。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是目前的光环行器面临结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。本实用新型的技术方案为基于闪耀光纤光栅的准环行器，该准环行器包括光敏光纤、光纤、在光敏光纤上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅。光敏光纤和光纤同处于同一平面内平行放置，边沿最近距离为h。所谓边沿最近距离为两光纤的轴心距离减去再光纤的半径所得的值。所述的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，并满足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° <0 <90°时，光敏光纤的左端为该准环行器的I端口，光纤的左端为该准环行器的2端口，光纤的右端为该准环行器的3端口。当0° < 0 <45°时，光敏光纤的左端为该准环行器的I端口，光纤的右端为该准环行器的2端口，光纤的左端为该准环行器的3端口。所述的h 满足0 < h < 10cm。从该准环行器的I端口输入的光信号通过闪耀光纤光栅将光信号耦合入光纤，从2端口输出；从2端口输入的光信号，直接从3端口输出。所述的光敏光纤对紫外光有光敏性，光敏光纤和光纤均置于空气、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。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栅。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。之所以称其为准环行器的原因在于从3端口输入的光信号会从2端口输出，在2端口与3端口之间对光信号正反向都导通。本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果相比传统基于旋光晶体和透镜的光环行器，本实用新型以全光纤为基质，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，使得该准环行器的插入损耗大大降低；而从2端口输入的光信号直接从3端口输出，使得2端口输入的光信号在3端口的隔离度大大提高；整个准环行器的主要结构即为光纤，体积和重量相比传统光环行器都大大减小。
图I为0° < 0 <45°的基于闪耀光纤光栅的准环行器。图2为0° < 0 45°的基于闪耀光纤光栅的准环行器正向光路图。图3为0° < 0 <45°的基于闪耀光纤光栅的准环行器反向光路图。图4为h > 0的基于闪耀光纤光栅的准环行器。 图5为h > 0的基于闪耀光纤光栅的准环行器正向光路图。图6为h > 0的基于闪耀光纤光栅的准环行器反向光路图。图7为45° < 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的准环行器。图8为45° < 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的准环行器正向光路图。图9为45° < 0 <90°的基于闪耀光纤光栅的准环行器反向光路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。实施方式一基于闪耀光纤光栅的准环行器，如图1，该准环行器包括光敏光纤51、光纤52、在光敏光纤51上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅4。光敏光纤51和光纤52同处于同一平面内平行放置，无间隔放置，即h = O。所述的闪耀光纤光栅4的成栅面与光敏光纤51成0角度，与光敏光纤51和光纤52所处的平面垂直，并满足0° 0 <45°。光敏光纤51的左端为该准环行器的I端口 1，光纤52的右端为该准环行器的2端口 2，光纤52的左端为该准环行器的3端口 3。如图2所示，从该准环行器的I端口 I输入的光信号通过闪耀光纤光栅4将光信号耦合入光纤52，从2端口 2输出；如图3所示，从2端口 2输入的光信号，直接从3端口 3输出。所述的光敏光纤51对紫外光有光敏性，光敏光纤51和光纤52均置于空气中。所述的闪耀光纤光栅4为Bragg闪耀光纤光栅或取样闪耀光纤光栅。实施方式二基于闪耀光纤光栅的准环行器，如图4，该准环行器包括光敏光纤51、光纤52、在光敏光纤51上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅4。光敏光纤51和光纤52同处于同一平面内平行放置，边沿最近距离为h,满足0 < h彡10cm。所述的闪耀光纤光栅4的成栅面与光敏光纤51成0角度，与光敏光纤51和光纤52所处的平面垂直，并满足0° 0 <45°。光敏光纤51的左端为该准环行器的I端口 1，光纤52的右端为该准环行器的2端口 2，光纤52的左端为该准环行器的3端口 3。如图5所示，从该准环行器的I端口 I输入的光信号通过闪耀光纤光栅4将光信号耦合入光纤52，从2端口 2输出；如图6所示，从2端口 2输入的光信号，直接从3端口 3输出。所述的光敏光纤51对紫外光有光敏性，光敏光纤51和光纤52均置于水中。所述的闪耀光纤光栅4为啁啾闪耀光纤光栅，啁啾闪耀光纤光栅的设置使得该准环行器工作于超宽带的导通与隔离状态。实施方式三基于闪耀光纤光栅的准环行器，如图7，该准环行器包括光敏光纤51、光纤52、在光敏光纤51上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅4。光敏光纤51和光纤52同处于同一平面内平行放置，无间隔放置，即h = O。所述的闪耀光纤光栅4的成栅面与光敏光纤51成0角度，与光敏光纤51和光纤52所处的平面垂直，并满足45° < 0 <90°。光敏光纤51的左端为该准环行器的I端 口 1，光纤52的左端为该准环行器的2端口 2，光纤52的右端为该准环行器的3端口 3。如图8所示，从该准环行器的I端口 I输入的光信号通过闪耀光纤光栅4将光信号耦合入光纤52，从2端口 2输出；如图9所示，从2端口 2输入的光信号，直接从3端口 3输出。所述的光敏光纤51对紫外光有光敏性，光敏光纤51和光纤52均置于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4为长周期闪耀光纤光栅。
权利要求1.基于闪耀光纤光栅的准环行器，其特征在于该准环行器包括光敏光纤(51)、光纤(52)、在光敏光纤(51)上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅(4);光敏光纤(51)和光纤(52)同处于同一平面内平行放置，边沿最近距离为h ； 所述的闪耀光纤光栅(4)的成栅面与光敏光纤(51)成0角度，与光敏光纤(51)和光纤(52)所处的平面垂直，并满足0° < 0 <45°或45° < 0 <90° ; 当45° < 0 <90°时，光敏光纤(51)的左端为该准环行器的I端口(1)，光纤(52)的左端为该准环行器的2端口(2)，光纤(52)的右端为该准环行器的3端口(3)； 当0° < 0 <45°时，光敏光纤(51)的左端为该准环行器的I端口(1)，光纤(52)的右端为该准环行器的2端口(2)，光纤(52)的左端为该准环行器的3端口(3)。
2.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的准环行器，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准环行器，其特征在于 从该准环行器的I端口(I)输入的光信号通过闪耀光纤光栅(4)将光信号耦合入光纤(52)，从2端口⑵输出；从2端口⑵输入的光信号，直接从3端口(3)输出。
4.根据权利要求I所述的基于闪耀光纤光栅的准环行器，其特征在于 所述的光敏光纤(51)对紫外光有光敏性，光敏光纤(51)和光纤(52)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准环行器，其特征在于 所述的闪耀光纤光栅(4)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。
专利摘要基于闪耀光纤光栅的准环行器，涉及一种光环行器，适用于光纤通信领域。解决了目前的光环行器结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。该准环行器包括光敏光纤(51)、光纤(52)、在光敏光纤(51)上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅(4)。光敏光纤(51)和光纤(52)处于同一平面内平行放置，边沿最近距离为h；闪耀光纤光栅(4)与光纤成θ角度。其中0≤h≤10cm，0°＜θ＜45°或45°＜θ＜90°。光敏光纤(51)和光纤(52)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。光敏光纤(51)的左端为该准环行器的1端口(1)，光纤(52)的右端为2端口(2)，光纤(52)的左端为3端口(3)。
文档编号G02B6/34GK202533607SQ20122017487
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者宁提纲, 张婵, 李晶, 李觉灵, 温晓东, 王春灿, 裴丽, 郑晶晶 申请人:北京交通大学