熔錐型保偏光纖器件及寬帶保偏光纖分路器的製作方法

2023-12-01 02:28:06

專利名稱：熔錐型保偏光纖器件及寬帶保偏光纖分路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一類熔錐型保偏光纖器件；本發明還涉及一種寬帶保偏光纖分路器。
背景技術：
保偏光纖有一個徑向的高應力區，這樣在徑向形成了非對稱，使這類光纖具有偏振保持的本領。因此，這個高引力區的方位及對稱性將嚴重影響保偏光纖的特性。當用保偏光纖製造器件時，首先將二根保偏光纖在需要熔拉的區域剝掉保護層，並按圖1所示，確保需熔拉的區域並行相切，其橫截面如圖2所示，因此在沒有熔拉之前，橫截面的短軸(a)和長軸(b)之比為1∶2。但在進行熔融拉錐時，一般來講，對器件耦合區橫截面形狀的控制有著特別的要求，力求不破壞原始光纖的高引力區的分布，使傳輸的通過耦合區的線偏振光的偏振隔離度不受影響或影響很少，同時又要考慮到偏振在耦合區有較小的由光纖耦合引起的附件損耗或可以接受的較低附加損耗。只有這樣，在一根光纖裡傳播的光才會低損耗地耦合進入另一根光纖。
在這一領域的很多學者進行了長時期的研究。美國專利US 5420949公開的器件橫截面的短軸(a)與長軸(b)之比為1∶1.85到1∶1.95之間，如圖3所示，器件的截面明顯呈「啞鈴型」。按短軸(a)與長軸(b)這樣的比例關係，保偏光纖之間相互熔融程度並不很強，而且由於大多採用相對較低溫度的加熱源進行拉錐，因而一般在耦合區的二根保偏光纖間不是真正地熔在一起，而是由於加熱和拉伸只是使二根光纖粘在一起。因此上述器件具有如下幾個特點，第一由光纖間只是粘在一起，所以從結構上來講不是一個牢固的結構；第二由於在未拉錐前，芯與芯之間的距離比較遠，實現一定分光比的拉錐長度比較長，耦合區內光場擴展的程度比較大，空氣和光纖包層已形成了一個有效的波導界面，因此，一旦外面環境發生變化(如進水)，器件的光性能立刻發生變化，即對外界的變化相當敏感；第三由於器件截面形狀是「啞鈴型」，由封裝材料可能引起的扭轉引力較大，從而也影響到器件的其它光學性能；第四是由於採用低溫直接拉錐工藝，在原光纖表面可能存在微裂縫不能得到改善，不但使熔拉區的機械強度降低，而且使水氣通過這些微裂縫滲透到耦合區的速度較快，從而最終導致器件的壽命大大縮短[C.V.Cry等人發表的」Long termsplitting ratio drifts in singlemode fused fiber opticsplitters」，pp746-757，NFOEC conference，June 18-22，1995，Boston，MA]。總之，雖然這類器件最初時的偏振隔離度可能較高，但隨時間的穩定性相對較差，工作溫度通常只在0℃到+70℃範圍內。因此，器件的長期可靠性受到較大的影響。
另外，美國專利US 4798436公開了普通的分路器通過「預拉」及「打結」的工藝可以生產具有寬波長特性的分路器。而對於保偏光纖分路器，由於保偏光纖在熔拉前在耦合區必須平行放置，因此既不能「預拉」又不能「打結」，所以就很難通過常規的工藝來實現寬波長工作的特性。

發明內容
本發明的目的之一是針對現有技術的上述不足，提出一種偏振隔離度高、工作溫度範圍大、長期可靠性好的熔錐型保偏光纖器件。
本發明的目的之二是提出一種具有寬波長特性的寬帶保偏光纖分路器。
為了實現上述目的之一，本發明提出的熔錐型保偏光纖器件，其耦合區橫截面短軸與長軸之比在1∶0.95到1∶1.4之間。
上述熔錐型保偏光纖器耦合區優選包含二根或二根以上的光纖，其中至少一根是保偏光纖；最優選三根光纖均為保偏光纖。
這種器件具有如下幾個特點，第一是由於拉錐區光纖被完全融合在一起，已形成一根雙芯光纖，所以從結構上來講是一個非常牢固的結構；第二由於在未拉錐前，芯與芯之間的距離已經非常靠近，實現一定分光比的拉錐長度相對較短，耦合區內光場擴展的程度比較小，耦合集中發生在芯區中央，空氣和光纖包層還沒有形成一個有效的波導界面，因此，一旦外面環境發生變化(如進水)，器件的光性能幾乎不變，即對外界的變化相當不敏感；第三由於器件截面形狀幾乎是「圓型」，由封裝材料可能引起的扭轉引力就非常小，從而對器件的其它光學性能影響極小；第四是由於採用高溫先融，低溫拉錐的工藝，在原光纖表面可能存在微裂縫得到改善並可能清除，不但使熔拉區的機械強度增加，而且使水氣滲透進耦合區的速度大大減慢，從而使得器件的抗水氣能力大大增強。總之，這類器件除有較高偏振隔離度之外，器件隨時間的穩定性比較高，工作溫度也擴展到在-40℃到+80℃範圍內。因此，器件的長期可靠性有了很大的提高。
上述熔錐型保偏光纖器件在製作上並沒有特別之處。將二根光纖，其中至少一根是保偏光纖，按照如圖1所示排列，其中L』是光纖被剝掉保護層的長度，其長度一般在10到70毫米不等，而L是保證二根光纖相互相切的長度，其長度一般在8毫米到65毫米之間，並利用加熱溫度接近或等於光纖熔點的氫氧火焰加熱這個區域，加熱時間一般在幾秒到幾分鐘之間，使得其橫截面的短軸和長軸之比在1∶0.95到1∶1.4之間。而對多根光纖，譬如製作由三根保偏光纖熔拉成的器件，其中至少是一根保偏光纖的情況，其準備及工藝過程完全相同。
為了實現上述發明目的之二，本發明提出的寬帶保偏光纖分路器包含上述三根光纖均為保偏光纖的熔錐型保偏光纖器件。
相對於現有技術，本發明把二根保偏光纖完全熔融在一起，使器件橫截面的短軸(a)與長軸(b)之比為1∶0.95到1∶1.4之間，使原來二根光纖的橫截面很像一根雙芯保偏光纖。本發明在確保器件具有較高的偏振隔離，同時器件的可靠性有很大的提高。特別是使其工作溫度範圍擴大至-40℃到+85℃。採用本發明的技術方案製造的寬帶保偏光纖分路器，其附加損耗一般在0.2dB左右，工作帶寬可達到+/-40nm，最大分光比差小於+/-2％，而且偏振消光比在帶寬內均保持大於18dB以上。


圖1是現有技術中1×2或2×2保偏光纖器件在熔拉前的縱向示意圖。
圖2是現有技術中1×2或2×2保偏光纖器件在熔拉前的橫截面示意圖，圖示為熊貓型保偏光纖。
圖3是現有技術中1×2或2×2保偏光纖器件耦合區的橫截面示意圖。
圖4是本發明1×2或2×2保偏光纖器件使用本發明工藝拉錐後耦合區的橫截面示意圖。
圖5是本發明1×3，2×3，3×3保偏光纖器件在熔融拉錐前的縱向示意圖。
圖6是本發明1×3，2×3，3×3保偏光纖器件用本發明工藝拉錐後耦合區的橫截面示意圖。
圖7是本發明1×2，50∶50寬帶保偏光纖分路器基本結構示意圖。
圖8是本發明1×2，50∶50寬帶保偏光纖分路器偏振譜帶寬特性圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例1將二根光纖，其中至少一根是保偏光纖，按圖1所示排列準備好，其中L』是光纖被剝掉保護層的長度，其長度一般在10到70毫米不等，而L是保證二根光纖相互相切的長度，其長度一般在8毫米到65毫米之間，並利用加熱溫度接近或等於光纖融點的氫氧火焰加熱這個區域，加熱時間一般在幾秒到幾分鐘之間，使得其橫截面的短軸(a)和長軸(b)之比在1∶0.95到1∶1.4之間，使原來二根光纖的橫截面很像一根雙芯保偏光纖(如圖4所示)。
該器件具有較高的偏振隔離，同時可靠性有很大的提高。特別是使其工作溫度範圍擴大至-40℃到+85℃。
實施例2製作由三根保偏光纖熔拉成的器件，首先將三光纖按如圖5所示方式定位，並按照實施例1所述工藝熔拉，同樣使原來三根光纖的橫截面很象一根三芯保偏光纖(如圖6所示)。
實施例3三根保偏光纖按如圖3所示排列熔拉製成的器件，當線偏振光從埠2的慢軸輸入時，那麼在輸出埠4，5，6(見圖5)的輸出光功率滿足P5S=cos2(20LCSdz)]]>P4S=P6S=12sin2(20LCSdz)]]>
其中CS(λ)為線偏振光在慢軸上時相鄰光纖間的耦合係數，L為耦合區的有效耦合長度。根據文獻「『1×3 Linear Array Singlemode Fibre Couplers』，Electronics Letters，Vol.28，No.25，1992，pp2330-2332.」同樣可以生產保偏光纖的寬帶分路器。這裡，如線偏振光纖定位在快軸上時同樣適用。
在製作工藝上，先按如圖6將光纖定位好，保偏光纖的慢軸垂直於三根光纖構成的平面，三根光纖的中間部分均有一段剝去塗覆層的裸纖部分，將該裸纖部分的中央部分緊密靠近，形成一個平行區。將波長為λ0的線偏振光從埠2注入(可定位在慢軸或快軸上s)，輸出埠4，5，6接入光探測器，實時監控各輸出埠的輸出功率，然後用高溫加熱源熔融預定區域的三根保偏光纖，直至其橫截面從圖4漸變成圖5，最後用加熱源拉伸熔融區，直至埠5的輸出功率達到最小，通常幾乎可達到零。然後切掉埠1，3和5，形成一個外表看起來是一個1×2的寬帶分路器(如圖7所示)。
該寬帶分路器偏振譜帶寬特性如圖8所示。
權利要求
1.一種熔錐型保偏光纖器件，其特徵在於有效耦合區橫截面短軸與長軸之比在1∶0.95到∶1∶1.4之間。
2.根據權利要求1所述的熔錐型保偏光纖器件，其特徵是耦合區包含二根或二根以上的光纖，其中至少一根是保偏光纖。
3.根據權利要求2所述的熔錐型保偏光纖器件，其特徵是耦合區包含三根光纖且三根光纖均為保偏光纖。
4.一種寬帶保偏光纖分路器，其特徵是包含權利要求3所述的熔錐型保偏光纖器件。
全文摘要
本發明公開了一類熔錐型保偏光纖器件特徵。該類器件的耦合區橫截面短軸與長軸之比在1∶0.95到1∶1.4之間。該器件具有較高的偏振隔離，同時器件的可靠性有很大的提高，其工作溫度範圍擴大至－40℃到+85℃。本發明還公開一種含有上述熔錐型保偏光纖器件的寬帶保偏光纖分路器。
文檔編號G02B6/10GK1825149SQ20051002398
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月22日 優先權日2005年2月22日
發明者黃勇 申請人:上海康闊光通信技術有限公司