[发明专利]2×2保偏光纤分束偏振器

说明书

本发明提供了一种2×2保偏光纤分束偏振器，包括间隔设置在同一光路上的第一光纤对和第二光纤对，在第一光纤对和第二光纤对之间的光路上同时设有偏振片与功率分束的滤光片，在所述偏振片与所述第一光纤对之间的光路上设有第一透镜，在所述偏振片和功率分束的滤光片与所述第二光纤对之间的光路上设有第二透镜。本专利能够非常巧妙地实现单一器件分束与起偏检偏的功能，并且具有波长通带平坦，波长相关损耗小、波长通带纹波小，偏振消光比高，特别是对于返回的光波，通过同一偏振片2次，偏振消光比可以倍增等优点，同时具有性能稳定，工作波长范围宽，温度范围大，具有可靠性好，成品率高，工艺一致性、重复性好，成本低等优势。

技术领域

本发明涉及光纤通信、光纤传感技术领域，具体的说是一种2×2保偏光纤分束偏振器。

背景技术

光纤传感系统的光学结构中，光纤电流互感器、光纤陀螺，以及光纤水听器等，通常需要光纤元器件能够实现光功率分束与起偏检偏功能。

传统方案，需要实现光功率分束与起偏、检偏功能，只能采用光纤耦合器与光纤偏振器分立元件组合，也有采用光纤耦合器与偏振分束器等分立元件组合，尚没有集成分束与起偏检偏功能于一体的器件。

此外，传统方案仍然不能解决如下问题：

1.对偏振器的偏振消光比要求达到高于60dB以上，目前尚没有单个光纤偏振器能够达到如此高的性能指标。

2.由于大多是宽谱光源应用，对于光功率分束，要求光谱能够达到2倍6dB光源带宽以上，即约80nm，而目前传统的光纤耦合器均不能实现这么宽的工作波长范围。

3.要求能够集成多个功能的单个光纤元件，以提高系统可靠性，降低系统成本，降低系统复杂程度，提高系统性能。

本专利所设计的保偏分束偏振器，能够非常巧妙地实现单一器件分束与起偏检偏的功能，同时具有性能稳定，工作波长范围宽，温度范围大，偏振消光比高，此外，具有可靠性好，成品率高，工艺一致性、重复性好，成本低等优势。

传统方案，需要实现光功率分束与起偏、检偏功能，只能采用光纤耦合器与光纤偏振器分立元件组合，也有采用光纤耦合器与偏振分束器等分立元件组合，尚没有集成分束与起偏检偏功能于一体的器件。

传统方案所制作的保偏光纤耦合器具有各种不可克服的弱点。由于必须采用匹配型保偏光纤，与常规的保偏光纤应力区域不兼容，保偏光纤熔接机几乎不能正确识别匹配型保偏光纤的应力轴，无论0度对准熔接，还是90度对准熔接，均会大幅度增加光路熔接的复杂程度，降低系统性能。除此之外，还具有普通单模耦合器具有的各种弱点，如较差的波长相关损耗WDL，温度相关损耗TDL，很差的偏振相关损耗PDL，以及较差的长期可靠性等，可以参见已有专利描述。

传统的光纤偏振器有磨抛光纤方案，在刨面上蒸镀金属膜，吸收大部分TM模，TE模损耗相对较小；弱点：可靠性差，偏振消光比很差，可生产制造性差，对于保偏光纤基本不能实现工艺操作，因此不能商业使用；

采用单一偏振片方案，受限制于光学结构于偏振片的偏振消光比，达到高于40dB的偏振消光比非常困难。

光功率分束，通常使用最多的情况是光纤耦合器，包括单模光纤耦合器与保偏光纤耦合器。也有采用环形器方案，偏振分束器方案。但是，采用这4种方案存在不可克服的弱点：

1.熔融拉锥制作的保偏耦合器，工作波长范围窄，工作温度范围有限，偏振消光比低，一般情况下全温范围<18dB，成品率低，工艺一致性、重复性差，原材料浪费严重，导致生产成本高；

2.熔融拉锥制作的保偏耦合器，保偏光纤的应力方向只能够采用Fig-6中所示方式，因为光纤被拉长，应力区减弱，因此偏振保持能力相对变弱；本专利所设计的保偏分束器，不但可以采用Fig-6的结构，而且可以采用Fig-7中的结构，能够增强应力分布，提高偏振保持的性能；