专利名称：一种连接头型光纤四分之一波片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于全光纤电流互感器的连接头型光纤四分之一波片，属于光电传感技术领域。
背景技术：
波片的基本功能是将线偏振态的输入光转换成圆偏振态的输出光。输入线偏振光的偏振方向与波片的两个快慢轴方向成45度夹角，输入光进入波片后被分解为分别沿波片的快轴和慢轴振动的两束正交线偏振光，且光强相等。由于沿快轴方向振动的偏振光的传输速率比沿慢轴方向振动的偏振光快，经过了一定距离L之后，两束正交线偏振光的相位差为㈨其中&和~分别为慢轴和快轴方向的折射率。若#2 ,则在输出端这两束正交线偏振光合成后变成圆偏振光。传统制作波片的方法是将双折射晶体按照某一晶向的方向准确切割一定的厚度，如中国专利200620076414.3。该方法有很多缺点:对切割要求精度很高；晶体的折射率随温度变化明显，使得波片性能不稳定；晶体体积大且笨重，不易与光纤系统集成，不利于减小系统的体积。在全光纤电流互感器中，光纤四分之一波片是最关键的器件之一。全光纤电流互感器中，光纤传输线以及干涉光路需要使用保偏光纤，传感光纤环需要使用保圆光纤，所以必须使用光纤四分之一波片来实现线偏振光和圆偏振光之间的转换。光纤四分之一波片较传统波片易于与保偏光纤和保圆光纤进行连接；且体积小，结构简单，使用方便，易于固定，大大减小了系统封装的难度。另外，四分之一波片的稳定与否，直接影响了全光纤电流互感器的稳定与否。如果光纤波片容易受到外界的扰动，且外界的扰动对波片的性能产生影响，那么全光纤电流互感器的稳定性不能受到保障。因此波片需要抗外界的扰动，性能稳定。光纤四分之一波片可由一段保偏光纤和另一段固定长度的双折射光纤即保偏光纤以45度熔接而成。输入光的偏振方向 与第一段保偏光纤的快轴或者慢轴重合，在45度熔接处被分解为分别沿第二段双折射光纤的快轴和慢轴振动的两束正交线偏振光，且光强相等。由于沿快轴方向振动的偏振光的传输速率比沿慢轴方向振动的偏振光快，经过了一定距尚L之后，两束正交线偏振光的相位差为h (βτ'-fty.).￡,//! = 2yrBLf /I = 2ttLSLm
。其中，5 =册-物，是双折射光纤的双折射系数；Lm=HB，是双折射光纤的拍长。若
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Δ#=2 ,即i=^^时，则在输出端合成后变成圆偏振光。因此固定长度的双折射光
纤的长度通常为该光纤四分之一拍长的奇数倍。王夏霄、张春熹等在文章“光纤电流互感器λ /4波片温度特性及其影响研究”，以及贾恺、姚寿铨在文章“光纤λ /4波片的温度特性”中都提到通过取1/4拍长的双折射光纤和传输光纤的光轴成45度熔接来制作全光纤四分之一波片。采用上述原理制作波片也有多种不同的实现方法。中国专利200610135347.2提到将高双折射光子晶体光纤两端加工平整后放入与该光纤外径匹配的套管，并将套管的引入和引出光纤的端面切平后与高双折射光子晶体光纤连接。该方法对切割精度要求非常高，无法进行微调，且封装操作难度大，不易进行45度对准和连接处的固定，固定时采用固化胶又涉及到温度稳定性的问题。中国专利200810134812.X通过将两段线偏振保持光纤进行角度熔接后，对产生相位延迟的一段线偏振保持光纤进行径向非对称单侧光学辐照，来达到精确控制波片的相位延迟的目的。该方法需要使用紫外光源或者电弧，且对光源的稳定性和照射角度要求较高，需要特殊的精确调节装置来实现，增加了成本和制作难度。且波片需要另行封装。中国专利200810043373.1所述的全光纤1/4波片由一段单模光纤和至少一段辅助光纤熔合而成，熔合前所述单模光纤一端与圆芯保偏光纤熔接，另一端与传感光纤熔接；单模光纤和辅助光纤部分平行并置于同一平面上，且圆芯保偏光纤的主轴与该平面成45度角。该方法操作难度较大，需要特殊装置和夹具固定光纤，波片需要另行封装。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种体积小、结构简单、便于制作和使用，且偏振度高和偏振态稳定的连接头型光纤四分之一波片。本实用新型为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:包括光纤连接头和置于该连接头内的光纤四分之一波片，所述的光纤四分之一波片是由一段输入保偏光纤和另一段固定长度保偏光纤经45度熔接而成，所述的45度熔接是在熔接处输入保偏光纤的快慢轴与固定长度保偏光纤的快慢轴周向相错45度夹角，所述的固定长度保偏光纤的长度为保偏光纤拍长的1/4，或保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，固定长度保偏光纤安设在光纤连接头内与陶瓷插芯相配置，输入保偏光纤从光纤连接头的后端向外延伸。按上述方案，所述的输入保偏光纤和固定长度保偏光纤的型号相同、拍长相等。按上述方案，所述的光纤连接头后端连接有松套管，松套管内穿装输入保偏光纤。按上述方案，所述的固定长度保偏光纤由陶瓷插芯紧固，固定长度保偏光纤的前端端面与陶瓷插芯前端端面齐平。按上述方案，所述的固定长度保偏光纤的长度为保偏光纤拍长的1/4的3倍或5倍。为达到较高的D0P，该倍数越小越好。按上述方案，所述的两段保偏光纤的熔接处位于光纤连接头内。本实用新型的有益效果在于:1、波片部分较短，置于连接头内，这样不仅偏振度非常高，可达到99.6%，而且熔点和波片都受到了保护，使得熔点不易断裂，波片不易受到外界的扰动和破坏，使输出光的偏振态很稳定；2、固定长度的保偏光纤的长度可通过先粗略切割再对陶瓷插芯进行研磨来精确控制。通过研磨陶瓷插芯的前端端面即研磨制作波片的保偏光纤，借助偏振态分析仪，可以达到精确控制1/4波片相位差的目的；3、体积小，结构简单，无需另行封装，抗扰动。使用时，输出端可直接和其它光纤器件通过连接头法兰盘相连接，无需其它熔接过程，输入端可直接和前一个器件的保偏尾纤对轴熔接，也可在输入端接上连接 头，通过法兰盘实现和其它光纤器件的连接。本实用新型通过连接头可以方便地和其它光纤器件进行连接和耦合，熔点少，制作和使用方便，性能稳定，可作为一种在线全光纤器件。
图1为本实用新型一个实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明。包括光纤连接头4和置于该连接头内的光纤四分之一波片，所述的光纤四分之一波片是由一段输入保偏光纤I和另一段固定长度保偏光纤2经45度熔接而成，所述的45度熔接是在熔接处3输入保偏光纤的快慢轴与固定长度保偏光纤的快慢轴周向相错45度夹角，所述的固定长度保偏光纤的长度为保偏光纤拍长的1/4的5倍，即5/4拍长；所述的光纤连接头内安设有孔径与保偏光纤外径相配置的陶瓷插芯5，后端连接有松套管6 ;光纤连接头可选用FC/PC、SC/PC、ST/PC、SC/PC、LC/PC型号，可通过法兰盘和后续光纤器件进行连接；所述的固定长度保偏光纤安设在光纤连接头内由陶瓷插芯相紧固，两段保偏光纤的熔接处位于光纤连接头内，所述的输入保偏光纤从光纤连接头的后端穿过松套管向外延伸。固定长度的保偏光纤的长度是通过先粗略切割，再封装于陶瓷插芯内进行研磨来精确控制。该连接头型光纤四分之一波片的具体制作方法为:①熔接。将一段输入保偏光纤I和另一段用于制作波片的保偏光纤进行45度熔接。两段保偏光纤的拍长可以相同或不 同，根据实际情况或实验对比结果来进行选择。本实施例中两段光纤均采用拍长为2.3mm的保偏光纤。②切割。从熔接处开始，在保偏光纤的1/4拍长的奇数倍略长一点处进行切割。为了得到高的偏振度又易于操作，本实施例中，在保偏光纤在略大于5/4拍长处进行切割，得到固定长度保偏光纤。③封装。在固定长度保偏光纤2的切割端面上安设常规光纤连接头4，连接头后端用一段长IOcm外径为0.9mm的松套管6保护光纤。光纤连接头的选择原则是，与后续器件的输入尾纤的连接头匹配，且易于研磨。本实施例中采用FC/PC型连接头。光纤连接头内的陶瓷插芯5的内径与光纤外径相匹配(125um)。④研磨。用光纤端面研磨机研磨陶瓷插芯的前端端面，即对固定长度保偏光纤保偏光纤2的前端端面进行研磨。⑤测试。将线偏振光从保偏光纤I输入波片，将波片输出端即连接头接入偏振态分析仪。通过偏振态测试仪观察输出光的偏振态。若偏振态分析仪显示的偏振态不在邦加球的南北极上，显示的偏振椭圆是椭圆形，且相位差和90度有较大偏差，则继续步骤④和⑤。随着研磨次数的增加，研磨时间逐步减小。直到偏振态分析仪显示的偏振态在邦加球的南北极上，且偏振椭圆为圆形时，波片制作成功，此时相位差接近90度。
权利要求1.一种连接头型光纤四分之一波片，包括光纤连接头和置于该连接头内的光纤四分之一波片，所述的四分之一波片是由一段输入保偏光纤和另一段固定长度保偏光纤经45度熔接而成，所述的45度熔接是在熔接处输入保偏光纤的快慢轴与固定长度保偏光纤的快慢轴周向相错45度夹角，所述的固定长度保偏光纤的长度为该保偏光纤拍长的1/4，或该保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，固定长度保偏光纤安设在光纤连接头内与陶瓷插芯相配置，输入保偏光纤从光纤连接头的后端向外延伸。
2.按权利要求1所述的连接头型光纤四分之一波片，其特征在于所述的输入保偏光纤和固定长度保偏光纤的型号相同、拍长相等。
3.按权利要求1或2所述的连接头型光纤四分之一波片，其特征在于所述的光纤连接头后端连接有松套管，松套管内穿装 输入保偏光纤。
4.按权利要求1或2所述的连接头型光纤四分之一波片，其特征在于所述的固定长度保偏光纤由陶瓷插芯紧固，固定长度保偏光纤的前端端面与陶瓷插芯前端端面齐平。
5.按权利要求1或2所述的连接头型光纤四分之一波片，其特征在于所述的固定长度保偏光纤的长度为保偏光纤拍长的1/4的3倍或5倍。
6.按权利要求1或2所述的连接头型光纤四分之一波片，其特征在于所述的两段保偏光纤的熔接处位于光纤连接头内。
专利摘要本实用新型涉及一种适用于全光纤电流互感器的连接头型光纤四分之一波片，包括光纤连接头和置于该连接头内的光纤四分之一波片，四分之一波片是由一段输入保偏光纤和另一段固定长度保偏光纤经45度熔接而成，所述的45度熔接是在熔接处输入保偏光纤的快慢轴与固定长度保偏光纤的快慢轴周向相错45度夹角，固定长度保偏光纤的长度为该保偏光纤拍长的1/4，或该保偏光纤拍长的1/4的奇数倍，固定长度保偏光纤安设在光纤连接头内与陶瓷插芯相配置。本实用新型易于精确地控制四分之一波片的相位差；不仅输出光的偏振度非常高，而且不易受到外界的扰动，输出光的偏振态稳定；本实用新型体积小，结构简单，可以方便地和其它光纤器件进行连接和耦合，制作和使用方便。
文档编号G02B5/30GK203133306SQ20132010660
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者张睿, 陆华清, 刘莹, 茅昕 申请人:长飞光纤光缆有限公司