[发明专利]全光纤四分之一波片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光纤电流传感器中的四分之一波片，本发明还涉及其的制备方法。

背景技术

目前光纤型四分之一波片得到广泛地使用，特别是在光纤型电流传感器中，得到重要应用。通过它可将来自于线双折射光纤的线偏振正光变换成圆偏振光，输出后进入传感光纤中。通常在光纤型电流传感器中，四分之一波片位于线双折射保偏光纤和传感光纤之间。而全光纤四分之一波片实际就是一段长度为四分之一拍长的双折射光纤，通常与线保偏光纤相同，只是在熔接时，与传输光纤(线保偏光纤)的主轴有45度的夹角。参见图1中，A点和B点之间即为四分之一波片。目前使用最广泛的光纤就是熊猫型保偏光纤，由于熊猫型光纤结构中存在热应力棒，属于应力双折射保偏光纤，用它制作的四分之一波片的性能随温度变化特别灵敏。因而有报道利用椭圆芯保偏光纤来制备四分之一波片，由于椭圆芯光纤是属于几何双折射光纤，用它来做成的四分之一波片热稳定性有很大的提高，但带来了另一个问题就是椭圆芯光纤和圆芯线双折射保偏光纤之间，及与圆心传感光纤之间的熔接损耗偏大。假如光路来回一次，即经过四个熔接点，故因熔接点产生的光损耗比较大。另外，由于普通的线双折射光纤，不管是应力双折射(如熊猫型光纤)还是几何双折射光纤(椭圆芯光纤)的拍长一般都比较短，2mm到6mm左右，要使利用它们直接制作四分之一波片，其长度只有0.5mm到1.5mm，因此要想精确控制以制作四分之一波片的双折射光纤长度的确是一件不容易的事，除非利用特制的具有较长拍长的椭圆芯光纤，这样会增加系统的成本。但还是无法解决椭圆芯光纤和圆心光纤之间的熔接损耗问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全光纤四分之一波片的制备方法，其关键就是能够降低熔接损耗。

为解决上述技术问题，本发明的全光纤四分之一波片由一段单模光纤和至少一段的辅助光纤熔合而成，在全光纤四分之一波片中，其中单模光纤结构为从两端点的圆芯渐变到熔合区的椭圆芯。即通过辅助光纤和高温加热，将原来园芯的单模光纤转变椭圆化芯的双折射光纤。辅助光纤可以是普通的单模或多模光纤，也可以用无芯纤。

本发明的全光纤四分之一波片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将一用于传输的线保偏光纤的一端与一段单模光纤的一端进行熔接；而其另一端则与传感光纤的一端熔接；

步骤二，取至少一段辅助光纤，平行放置于步骤一中熔接后的光纤结构中熔接点的一侧或两侧，并使辅助光纤与这段单模光纤部分并置，所述线保偏光纤的主轴与放置后的平面成45度角；

步骤三，加热熔融并置的单模光纤和辅助光纤区域，使加热区光纤达熔融状态并熔合在一起，此时，圆心单模光纤被逐渐椭圆化，控制加热熔融时间制备形成四分之一波片。

在本发明的制备方法中，圆心单模光纤与圆心线双折射光纤熔接，以及圆心单模光纤与圆心传感光纤之间的熔接，由于这些光纤之间的模场相对比较匹配，其熔接损耗自然比较低，而且当单模光纤被高温加入过的区域形成椭圆芯光纤后，从熔接点一个端点圆芯逐渐变成椭圆芯，再从椭圆芯逐渐变到圆心，都有一段“慢变化”的过渡区的(即所谓“绝热波导”)，所以损耗特别小。在本发明的步骤三加热熔融过程中，单模光纤的芯逐渐被“压扁”，成为椭圆芯光纤，其双折射拍长连续不断地缩短(这里假定实际单模光纤的拍长很长，且有一定长度)。通过这样的工艺过程，不仅可以做四分之一波片，还可制成其它各类波片。所制成波片的附加损耗一般小于0.1dB，典型值为0.05dB。故本发明的制备方法有着广泛的应用。

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为普通全光纤四分之一波片熔接的示意图；

图2为本发明的具体实施中针对实施步骤一后的结构示意图；

图3为本发明的具体实施中步骤二后的结构示意图；

图4a为图3中A点一侧的截面结构示意图；

图4b为图3中A点另一侧的截面结构示意图；

图5本发明的具体实施中步骤三后的结构示意图；

图6a为图5中熔合区的截面结构示意图；

图6b为图5中熔合区形成的椭圆芯光纤和线双折射光纤的主轴取向图；

图7为本发明的另一实施例中的实施步骤二后的结构示意图；

图8a为图7中A点一侧的截面结构示意图；

图8b为图7b中为A点另一侧的截面结构示意图；

图9为本发明的另一实施例中的实施步骤三后的结构示意图；

图10a为图9中熔合区的截面结构示意图；