CN103376510A - 一种保偏耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤通信及光纤传感技术领域，尤其是一种保偏耦合器。所述的保偏耦合器由第一单纤保偏光纤准直器、第二双纤保偏光纤准直器、起偏器、渥拉斯顿棱镜组成。本发明提供的高消光比的保偏耦合器能将输入的线偏振光按指定的分光比分成两束线偏振光并输出，其分光比对波长不敏感，消光比对温度不敏感，消光比很高，在性能上有很大的优越性，广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光设备、科学研究等领域。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信及光纤传感技术领域，尤其是一种保偏耦合器。
技术背景
在现代光纤通信、光纤传感领域，保偏耦合器是一种关键元器件。众所周知，现有保偏耦合技术主要包括两种：一、基于熔融拉锥的保偏耦合技术，虽然这种技术具有体积小、全光纤的特点，但成品率较低、工作带宽窄、消光比比较低、对温度也较敏感，从而限制了在高端应用上的使用；二、基于介质薄膜的保偏耦合技术，虽然可以获得满意的带宽，但镀膜成本高、分光比控制困难、一致性不高、消光比比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种节省成本而且可以获得很高的消光比的保偏耦合器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种保偏耦合器，所述的保偏耦合器由第一单纤保偏光纤准直器、第二双纤保偏光纤准直器、起偏器、渥拉斯顿棱镜组成，所述的第一单纤保偏光纤准直器包括第一保偏光纤、第一单纤毛细管、第一固定圆管、第一正透镜；所述的第二双纤保偏光纤准直器包括第二正透镜、第二双纤毛细管、第二保偏光纤、第二固定圆管、第三保偏光纤；第一保偏光纤置于第一单纤毛细管的左侧并穿入第一单纤毛细管的内部，第一正透镜置于第一单纤毛细管的右侧，第一固定圆管套在第一单纤毛细管及第一正透镜的外部并固定，第一保偏光纤的端面位于第一正透镜的后焦面上；第二保偏光纤和第三保偏光纤置于第二双纤毛细管的右侧并穿入第二双纤毛细管的内部，第二正透镜置于第二双纤毛细管的左侧，第二固定圆管套在第二双纤毛细管及第二正透镜的外部并固定，第二保偏光纤、第三保偏光纤的快轴或慢轴互相垂直，且第二保偏光纤、第三保偏光纤的纤芯连线与它们自身的快轴或慢轴平行或垂直，第二保偏光纤及第三保偏光纤的端面位于第二正透镜的后焦面上；渥拉斯顿棱镜置于第二正透镜的左侧，起偏器置于第一正透镜与渥拉斯顿棱镜之间。
优选的，所述的第一保偏光纤与第一单纤毛细管用胶粘剂固定。
优选的，所述的第一保偏光纤包括一研磨抛光的端面，并镀有增透膜。
优选的，所述的第一单纤毛细管和第一正透镜固定在内径与第一单纤毛细管和第一正透镜的外径相匹配的第一固定圆管的内部。
优选的，所述的起偏器的振化方向与第一保偏光纤的快轴或慢轴平行。
优选的，所述的渥拉斯顿棱镜由两片光轴互相垂直、且它们的光轴与入射光方向垂直或接近垂直的单轴双折射晶体光楔组成。
优选的，所述的第二保偏光纤和第三保偏光纤分别与第二双纤毛细管用胶粘剂固定。
优选的，所述的第二保偏光纤和第三保偏光纤包括一研磨抛光的端面，并镀有增透膜。
优选的，所述的第二双纤毛细管和第二正透镜固定在内径与第二单纤毛细管和第二正透镜的外径相匹配的第二固定圆管的内部。
由于采用了上述方案，本发明提供的高消光比的保偏耦合器能将输入的线偏振光按指定的分光比分成两束线偏振光并输出，其分光比对波长不敏感，消光比对温度不敏感，消光比很高，在性能上有很大的优越性，广泛应用于光纤传感光纤通信、激光设备、科学研究等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，第一单纤保偏光纤准直器由能对线偏振光保持其偏振态的第一保偏光纤1、用以固定第一保偏光纤1且便于耦合对准的第一单纤毛细管2、具有准直作用的第一正透镜3、第一固定圆管8及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成；通过起固定作用的材料将第一保偏光纤1固定在第一单纤毛细管2的内部，然后将第一保偏光纤1的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第一保偏光纤1的端面与第一正透镜3的距离通过调试后应位于第一正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果；在讨论性能时，该第一保偏光纤1定义为端口一。起偏器4可以是二向色性偏振片，也可以是任何具有起偏作用的棱镜，如渥拉斯顿棱镜；起偏器4可以以很高的透过率透过某方向的偏振光，而与该方向正交的偏振光大大的被吸收衰减或折射、反射至其它方向；为使描述更加方便，本实施例以二向色性偏振片为例，其透光方向就是其振化方向。
第二双纤保偏光纤准直器由能对线偏振光保持其偏振态的第二保偏光纤7和第三保偏光纤11、用以固定第二保偏光纤7和第三保偏光纤11且便于耦合对准的第二双纤毛细管6、具有准直作用的第二正透镜5、起固定保护作用的第二固定圆管10及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成；其中第二保偏光纤7、第三保偏光纤11的快轴或慢轴互相垂直，第二保偏光纤7、第三保偏光纤11的纤芯连线与它们自身的快轴或慢轴平行或垂直；用起固定作用的材料(如胶粘剂)将第二保偏光纤7、第三保偏光纤11固定在第二双纤毛细管6的内部，且第二保偏光纤7、第三保偏光纤11的端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第二保偏光纤7、第三保偏光纤11的纤芯距离a除以第二正透镜5的有效焦距b应与渥拉斯顿棱镜9的光束分离角c相同或接近；第二保偏光纤7、第三保偏光纤11的端面与第二正透镜5的距离通过调试后应位于第二正透镜5的后焦面上以达到良好准直效果，在讨论性能时，第二保偏光纤7、第三保偏光纤11分别定义为端口二、端口三。
渥拉斯顿棱镜9由两片光轴互相垂直、且它们的光轴与入射光方向垂直或接近垂直的单轴双折射晶体光楔组成，渥拉斯顿棱镜9能将一束垂直入射的光分成两束偏振面互相正交的偏振光，且这两束偏振光的光轴具有一定的夹角，通过合理的设计，可以将此夹角设计成c，以达成a＝bc。此处c的单位为弧度。
为使耦合效率更高，第一单纤保偏光纤准直器和第二双纤保偏光纤准直器的光斑束腰大小应相同或接近；第一单纤保偏光纤准直器、第二双纤保偏光纤准直器的光斑束腰大小＝保偏光纤远场发散角x正透镜焦距。
具体实施时，应使端口1的快轴或慢轴与二向色性偏振片的振化方向相互平行，而与此振化方向垂直的轴上的杂散光或衍生光将因吸收而滤除；二向色性偏振片可装入一可以与第一正透镜3套接的套管，以便于调整两者之间的相对角度；若以第一单纤保偏光纤准直器为输出时，通过显微镜观察及光学测试确认工作轴，旋转套管考察其消光比最佳之时，即可保证振化方向与工作轴平行，此时点胶固定该位置；实际上，振化方向与特定工作轴的角度也可任意指定和获得。
具体实施时，应使端口二、端口三的快轴或慢轴方向与渥拉斯顿棱镜9的光轴平行或垂直，即当线偏振光从端口二、端口三同时输入且沿同一传输轴(如慢轴)输入时，经渥拉斯顿棱镜9的作用，具有一定夹角的两束正交线偏振光合成一束光；可将构造的渥拉斯顿棱镜9装入内径与第二正透镜5的外径相匹配的套管，用起固定作用的材料(如胶粘剂)固定，并将此组件用起固定作用的材料固定于第二正透镜5之上；此时，应使渥拉斯顿棱镜9之中点与第二正透镜5焦点重合以得到最优的耦合效果。
从第一单纤保偏光纤准直器输入测试光并调节第二双纤保偏光纤准直器与渥拉斯顿棱镜9组件使两个输出端获得最佳透过率；通过旋转任一保偏光纤准直器，改变二向色性偏振片的振化方向与渥拉斯顿棱镜9光轴之间的角度，观察两个输出端的分光比，直到达到目标要求。
根据马吕斯定律，当二向色性偏振片的振化方向与渥拉斯顿棱镜9的第一光楔的光轴成角度a时，经渥拉斯顿棱镜9分光后，将分成两束彼此正交、功率互补的线偏光：cos^2(a)及sin^2(a)，其总和为cos^2(a)+sin^2(a)＝1；可以轻易实现从0.001∶0.999到0.999∶0.001之间的任意指定分光比，获得指定的分光比后，再仔细调节调节架使各参数达到最佳状态。
为将所需位置固定，可用多维调节系统分别夹持第一单纤保偏光纤准直器和第二双纤保偏光纤准直器并加以调节，按上述要求调好光路、角度后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡钎焊，也可激光焊接，封装后封装体应是密封的；为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。
任何偏振态的光从端口一输入，与工作轴正交的方向上的偏振光被滤掉，而工作轴上的光严格按指定分光比分别从端口二、端口三输出，因为实际保偏光纤系统往往只关注某一特定工作轴上的光而不希望有正交轴上的光干扰，此特性具有独特的优越性。
分光比的调整不需要不同的物料和镀膜设计，只需调整二向色性偏振片振化方向和渥拉斯顿棱镜9之间的角度，此特点使分光比的确定相当灵活，提升了经济效益和时间效益。
分光比几乎跟波长无关，而只跟二向色性偏振片的振化方向和渥拉斯顿棱镜9之间的角度有关，由此可以提供超宽的工作带宽。
由于二向色性偏振片和渥拉斯顿棱镜9都具有起偏作用，消光比可以很高，普遍比熔融拉锥方法及分光膜方法高，对提升系统分辨率很有帮助。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种保偏耦合器，其特征在于：所述的保偏耦合器由第一单纤保偏光纤准直器、第二双纤保偏光纤准直器、起偏器、渥拉斯顿棱镜组成，所述的第一单纤保偏光纤准直器包括第一保偏光纤、第一单纤毛细管、第一固定圆管、第一正透镜；所述的第二双纤保偏光纤准直器包括第二正透镜、第二双纤毛细管、第二保偏光纤、第二固定圆管、第三保偏光纤；
第一保偏光纤置于第一单纤毛细管的左侧并穿入第一单纤毛细管的内部，第一正透镜置于第一单纤毛细管的右侧，第一固定圆管套在第一单纤毛细管及第一正透镜的外部并固定，第一保偏光纤的端面位于第一正透镜的后焦面上；第二保偏光纤和第三保偏光纤置于第二双纤毛细管的右侧并穿入第二双纤毛细管的内部，第二正透镜置于第二双纤毛细管的左侧，第二固定圆管套在第二双纤毛细管及第二正透镜的外部并固定，第二保偏光纤、第三保偏光纤的快轴或慢轴互相垂直，且第二保偏光纤、第三保偏光纤的纤芯连线与它们自身的快轴或慢轴平行或垂直，第二保偏光纤及第三保偏光纤的端面位于第二正透镜的后焦面上；渥拉斯顿棱镜置于第二正透镜的左侧，起偏器置于第一正透镜与渥拉斯顿棱镜之间。
2.如权利要求1所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第一保偏光纤与第一单纤毛细管用胶粘剂固定。
3.如权利要求2所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第一保偏光纤包括一研磨抛光的端面，并镀有增透膜。
4.如权利要求3所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第一单纤毛细管和第一正透镜固定在内径与第一单纤毛细管和第一正透镜的外径相匹配的第一固定圆管的内部。
5.如权利要求4所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的起偏器的振化方向与第一保偏光纤的快轴或慢轴平行。
6.如权利要求5所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的渥拉斯顿棱镜由两片光轴互相垂直、且它们的光轴与入射光方向垂直或接近垂直的单轴双折射晶体光楔组成。
7.如权利要求6所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第二保偏光纤和第三保偏光纤分别与第二双纤毛细管用胶粘剂固定。
8.如权利要求7所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第二保偏光纤和第三保偏光纤包括一研磨抛光的端面，并镀有增透膜。
9.如权利要求8所述的保偏耦合器，其特征在于：所述的第二双纤毛细管和第二正透镜固定在内径与第二单纤毛细管和第二正透镜的外径相匹配的第二固定圆管的内部。
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