光纖模式轉換器及具有模式轉換功能的光纖隔離器的製作方法
2023-05-31 13:16:11 2
專利名稱：光纖模式轉換器及具有模式轉換功能的光纖隔離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳輸技術，更具體地說，涉及一種光纖模式轉換器及具有模式轉換功能的光纖隔離器。
背景技術：
1960年,美國人Maiman在加利福尼亞休斯研究所研製成紅寶石雷射器,這是世界上第一臺雷射器。雷射新技術的誕生使光學這門古老的學科跨出了劃時代的一步，也是人類歷史上最重大的科學技術成果之一。短短不到50年的時間，雷射器已經廣泛地使用在人類生活的各個領域，包括工業加工、生物醫學、軍事、科學研究、測量等。同傳統的固體、氣體雷射器相比、光纖雷射器是一種比較新型的雷射器，其主要優點包括高光束質量、高電光轉換效率、易散熱性、高可靠性、結構緊湊等。 光纖雷射器主要有兩種結構，一種採用諧振腔選擇激射波長，一種為行波放大結構，激射波長取決於種子光源的波長。行波放大結構的光纖雷射器通常由多級構成，逐級放大，為了增加工作物質並降低光功率密度，後面放大級所採用的光纖，芯逕往往比前面放大級更粗。因此雷射在從前級傳輸到後級時，存在光纖模式的變換和匹配問題。同時，對於行波放大結構的光纖雷射器，光束只能從種子光源到前級再到後級單向傳輸，反向傳輸光則會破壞種子光源。因此在前後放大級之間，往往需要採用光隔離器來保證雷射的單向傳輸。因此，光纖模式轉換器用於芯徑不同的光纖之間的銜接，減小因模式不匹配而造成的光功率損耗。光纖模式轉換器可以通過熱擴束光纖或者透鏡變換來實現，如圖I和圖2所示。如圖I中通過熱擴束(TEC)光纖改變纖芯直徑；圖2中通過在兩級光纖之間設置一個透鏡來實現輸入光纖到輸出光纖的模式變換。光隔離器是光通信中常用的器件之一，通過法拉第磁光效應，讓光信號單向傳輸，隔離反向傳輸光以減小系統噪聲(用於光纖放大器中)或者避免器件損壞(用於光纖雷射器中)。光隔離器一般分為偏振相關型和偏振無關型兩種，偏振相關型光隔離器要求正向傳輸光為線偏振光且偏振方向與光隔離器的透光軸對準，否則正向光也會經歷較大的功率損耗，甚至被完全隔離。偏振相關型光隔離器一般置於DFB雷射器(半導體雷射器的一種,發射線偏振雷射，因此可以採用偏振相關型光隔離器)與光纖之間，以隔離從光纖向雷射器傳輸的反向光，避免損壞雷射器。偏振無關型光隔離器則對正向傳輸光的偏振態沒有要求，任意偏振態的正向傳輸光通過時，均經歷一個較小的功率損耗。光纖放大器、光纖雷射器中一般採用偏振無關型光隔離器。綜上所述，目前的行波放大結構光纖雷射器，前後放大級之間，一般需要串聯一個模式轉換器和一個光隔離器，以實現兩級之間的光纖模式轉換和保證光信號的單向傳輸。如果能夠將這兩種器件的功能集成在一個器件中，則可以減小損耗、縮小體積並降低成本。然而，現有的光纖模式轉換器結構(如圖I和圖2中所示)與光隔離器工藝不兼容，無法封裝
在一起。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有光纖模式轉換器在工藝上無法與光隔離器封裝在一起的缺陷，提供了一種光纖模式轉換器及具有模式轉換功能的光纖隔離器。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種光纖模式轉換器，包括相對設置的輸入光纖準直器和輸出光纖準直器；所述輸入光纖準直器包括與輸入光纖對接的輸入準直透鏡；所述輸出光纖準直器包括與輸出光纖對接的輸出準直透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡相對設置，且所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的準直光束直徑相等。
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在本發明所述的光纖模式轉換器中，所述輸入光纖準直器還包括用於套接所述輸入光纖的輸入玻璃毛細管，以及封裝所述輸入玻璃毛細管和輸入準直透鏡的輸入玻璃管；所述輸出光纖準直器還包括用於套接所述輸出光纖的輸出玻璃毛細管，以及封裝所述輸出玻璃毛細管和輸出準直透鏡的輸出玻璃管。在本發明所述的光纖模式轉換器中，所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為柱形平-凸透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡在折射率相等的情況下滿足以下公式
Ri (O,=——
IL co,其中，R1和R2分別為輸入準直透鏡和輸出準直透鏡凸面曲率半徑，Co1和ω2分別為輸入光纖和輸出光纖的光纖模場半徑。在本發明所述的光纖模式轉換器中，所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為自聚焦透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的參數滿足以下公式~= ^
2 iA2 ω\其中，ηι和η2分別為輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的中心折射率，#和#分別為輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的自聚焦常數，O1和分別為輸入光纖和輸出光纖的光纖模場半徑。本發明還提供了一種具有模式轉換功能的光纖隔離器，包括集成在一起的光纖模式轉換器和光隔離器芯，所述光纖模式轉換器包括相對設置的輸入光纖準直器和輸出光纖準直器，所述光隔離器芯設置在所述輸入光纖準直器和輸出光纖準直器之間；所述輸入光纖準直器包括與輸入光纖對接的輸入準直透鏡；所述輸出光纖準直器包括與輸出光纖對接的輸出準直透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡相對所述光隔離器芯設置，且所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的準直光束直徑相等。在本發明所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器中，所述輸入光纖準直器還包括用於套接所述輸入光纖的輸入玻璃毛細管，以及封裝所述輸入玻璃毛細管和輸入準直透鏡的輸入玻璃管；所述輸出光纖準直器還包括用於套接所述輸出光纖的輸出玻璃毛細管，以及封裝所述輸出玻璃毛細管和輸出準直透鏡的輸出玻璃管。在本發明所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器中，所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為柱形平-凸透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡在折射率相等的情況下滿足以下公式
權利要求
1.一種光纖模式轉換器，其特徵在於，包括相對設置的輸入光纖準直器和輸出光纖準直器； 所述輸入光纖準直器包括與輸入光纖對接的輸入準直透鏡； 所述輸出光纖準直器包括與輸出光纖對接的輸出準直透鏡； 所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡相對設置，且所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的準直光束直徑相等。
2.根據權利要求I所述的光纖模式轉換器，其特徵在於 所述輸入光纖準直器還包括用於套接所述輸入光纖的輸入玻璃毛細管，以及封裝所述輸入玻璃毛細管和輸入準直透鏡的輸入玻璃管； 所述輸出光纖準直器還包括用於套接所述輸出光纖的輸出玻璃毛細管，以及封裝所述輸出玻璃毛細管和輸出準直透鏡的輸出玻璃管。
3.根據權利要求I或2所述的光纖模式轉換器,其特徵在於,所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為柱形平-凸透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡在折射率相等的情況下滿足以下公式
4.根據權利要求I或2所述的光纖模式轉換器,其特徵在於,所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為自聚焦透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的參數滿足以下公式
5.一種具有模式轉換功能的光纖隔離器，其特徵在於，包括集成在一起的光纖模式轉換器和光隔離器芯，所述光纖模式轉換器包括相對設置的輸入光纖準直器和輸出光纖準直器，所述光隔離器芯設置在所述輸入光纖準直器和輸出光纖準直器之間； 所述輸入光纖準直器包括與輸入光纖對接的輸入準直透鏡； 所述輸出光纖準直器包括與輸出光纖對接的輸出準直透鏡； 所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡相對所述光隔離器芯設置，且所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的準直光束直徑相等。
6.根據權利要求5所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器，其特徵在於 所述輸入光纖準直器還包括用於套接所述輸入光纖的輸入玻璃毛細管，以及封裝所述輸入玻璃毛細管和輸入準直透鏡的輸入玻璃管； 所述輸出光纖準直器還包括用於套接所述輸出光纖的輸出玻璃毛細管，以及封裝所述輸出玻璃毛細管和輸出準直透鏡的輸出玻璃管。
7.根據權利要求5或6所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器，其特徵在於，所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為柱形平-凸透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡在折射率相等的情況下滿足以下公式 二
8.根據權利要求5或6所述的光纖模式轉換器,其特徵在於,所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡均為自聚焦透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的參數滿足以下公式
9.根據權利要求5或6所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器，其特徵在於，所述光隔離器芯為採用位移晶體的光隔離器芯。
10.根據權利要求5或6所述的具有模式轉換功能的光纖隔離器，其特徵在於，所述光隔離器芯為採用雙折射楔角片的光隔離器芯。
全文摘要
本發明涉及一種光纖模式轉換器及具有模式轉換功能的光纖隔離器，該光纖隔離器包括集成在一起的光纖模式轉換器和光隔離器芯，所述光纖模式轉換器包括相對設置的輸入光纖準直器和輸出光纖準直器；所述輸入光纖準直器包括與輸入光纖對接的輸入準直透鏡，輸出光纖準直器包括與輸出光纖對接的輸出準直透鏡；所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡相對光隔離器芯設置，且所述輸入準直透鏡和輸出準直透鏡的準直光束直徑相等。本發明以不同參數的光纖和準直透鏡來製作輸入/輸出光纖準直器，通過各自參數之間的匹配設計，實現輸入/輸出光纖模式之間的匹配，並將其與光隔離器芯封裝在一起，以達到減小損耗、縮小體積和降低成本的效果。
文檔編號G02B6/26GK102959442SQ201180020565
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者成學平, 萬助軍, 劉明, 劉健, 黃治家 申請人:深圳市傑普特電子技術有限公司