[发明专利]保偏光纤耦合器、其制备方法及全光纤电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种保偏光纤耦合器及其制备方法。本发明还涉及一种应用该保偏光纤耦合器的全光纤电流传感器。

背景技术

保偏光纤耦合器目前在各个领域都得到了普遍的应用，特别在保偏传感器中的应用尤为重要。目前大部分的保偏光纤是应力型保偏光纤，利用这类光纤所做成的保偏耦合器，其主要特性对温度特别敏感，对封装工艺要求特别高，也对使用温度的范围有相当的限制。这里以3×3保偏光纤耦合为例(见图1)，这种器件是用三根保偏光纤先经直线型放置定位，而后确保光纤间平行紧靠，然后再进行熔融拉锥而成的。由于由保偏光纤来制备3×3保偏光纤耦合器本身的制作难度大，再加上器件性能对输入偏振态和温度有较大的敏感性，这给实际的生产带来较大的挑战，成品率受严重的影响。而3×3保偏耦合器件在许多光纤传感系统有着极其重要的应用，因此开发高可靠性的3×3保偏光纤耦合器是一件刻不容缓的事。而对于用普通单模光纤所做成的1×2(或2×2，1×3，3×3，1×4)的耦合器，其在-40℃～85℃的范围内不仅有非常好的温度特性，而且偏振依赖性也非常低。本发明人也曾在1994年提出了利用局部保圆(完全退化的线双折射)光纤，设计了一种不需定轴的2×2保偏线偏振光纤耦合器的设想，这类器件尽管也能改善器件的上述相关特性，但因制造局部保圆光纤本身的高成本，且工艺上不易控制的缘故，也并未被推广应用。要是利用这个概念试制3×3保偏光纤耦合器，那就更不现实了，但可以根据3×3保偏耦合器在实际光纤传感器中的应用特点，来设计更可靠合理的器件。

采用传统的3×3保偏光纤耦合器的全光纤电流传感器，同样因传统保偏光纤耦合器的缺点而使其该器件的主要性能不可靠。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种保偏光纤耦合器，该器件具有高的性能稳定性和可靠性。本发明还提供保偏光纤耦合器的制备方法及应用了该保偏光纤耦合器的全光纤电流传感器。

为解决上述技术问题，本发明的保偏光纤耦合器，其耦合区由单模光纤制成，所述保偏光纤耦合器的输入端至少包含一保偏光纤，与其直接相通的输出端为单模光纤，所述保偏光纤耦合器的输入端至少包含一单模光纤，与其直接相通的输出端为保偏光纤，所述输入端和输出端的保偏光纤分别和耦合区中相对应的单模光纤熔接成一体。

本发明的保偏光纤耦合器的制备方法，包括如下步骤：

(1)根据输入端和输出端对保偏光纤的要求，准备二节型光纤，所述二节型光纤为单模光纤的一端熔接保偏光纤的一端而成的光纤；

(2)对步骤一中的光纤按要求排列定位，且互相紧靠；

(3)将步骤二中排列定位后的多根单模光纤区域拉制成耦合区。

本发明的全光纤电流传感器，所述全光纤电流传感器中的3×3保偏光纤耦合器的耦合区由单模光纤制成，一个输入端为保偏光纤，与其直接相通的输出端为单模光纤；另两个输入端为单模光纤，与这两个输入端相对应的直接相通的输出端均为保偏光纤。

本发明的保偏光纤耦合器，因其耦合区由单模光纤拉制而成，没有任何保偏光纤，故消除了原有的保偏光纤耦合器的耦合区中使用保偏光纤带来的性能不稳定的缺点，提高了器件的可靠性和稳定性。本发明的保偏光纤耦合器在制备过程中，二节型光纤由保偏光纤和单模光纤用熔接机在拉制耦合器前熔接在一起，对在熔接过程中保偏光纤的应力取向没有特殊要求，同时熔接的单模光纤和保偏光纤的模场直径相同或相差小于20％的，能减少二者之间的熔接损耗；而在步骤二的定位中，不管是输入端还是输出端的保偏光纤，既可都定位在慢轴，也可都定位在快轴上，还可根据需要，有些定位在慢轴上，而有些则定位在快轴上，故应用性强。同样地，采用本发明的保偏光纤耦合器，不仅偏振依赖损耗(PolarizationDependent Loss，PDL)像普通的单模光纤耦合器一样，而且偏振隔离度(Polarization Extinction Ratio，PER)对温度的依赖性也非常小，因而大大提高器件的长期稳定性。同时，在工业化生产中，能显著提高器件的成品率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的3×3保偏光纤耦合器的结构示意图；

图2为二节型光纤结构示意图；

图3为第一类保偏光纤耦合器熔拉耦合器前各光纤直线型排列示意图及截面示意图；

图4为第二类保偏光纤耦合器熔拉耦合器前各光纤直线型排列示意图及截面示意图；

图5为第二类保偏光纤耦合器熔拉耦合器前各光纤品字型排列示意图及截面示意图；

图6为第三类保偏光纤耦合器熔拉耦合器前各光纤直线型排列示意图及截面示意图；