[发明专利]基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光隔离器，适用于光纤通信、激光器、光器件领域。

背景技术

随着光信息领域技术的不断发展，各类有源或是无源光器件也都不断涌现，而且性能越来越好，价格越来越低。在对光信号进行处理的过程中会用到这样一种无源的光器件，光信号正向低损耗导通，反向截止，这就是光隔离器。光隔离器是允许光一个方向通过而阻止相反方向光信号的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。

传统的光隔离器的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。主要利用磁光晶体的法拉第效应。对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉第磁光晶体与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45°，并恰好使低损耗通过与起偏器成45°放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45°，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。光隔离器的特性是：正向插入损耗低，反向隔离度高，回波损耗高。其缺点也十分明显：首先，磁光晶体的加工难度大，成本高，而且体积也很大，在实用的隔离器中除了磁光晶体还需要耦合透镜，其作用是将光纤与磁光晶体的光路连接起来，这种透镜的制作同样面临加工难度大，成本高，以及体积无法做的很小的难题。多级光学元件的串联导致光的损耗加大，表现在整个隔离器的插入损耗无法进一步降低。在如今对光器件的需求量越来越大的情况下，任何器件的结构、成本、体积等的因素都有可能成为进一步推行全光通信的瓶颈。尤其在逐步走向光集成、光器件智能化等的光信息领域，传统隔离器的结构庞大、复杂、效率低、成本高亟需解决。

光纤光栅作为一种滤波器件在光通信系统中发挥着重要作用，利用光纤光栅的滤波功能实现光纤中模式的改变实现不同波长光信号的不同传播形式，而闪耀光纤光栅的模式耦合形式更为灵活，能够实现纤芯传导模式与包层模式甚至耗散模式之间的耦合，利用此特性可以制作相应的光信号的光路控制。中国专利申请01109388.9提及一种基于聚合物的闪耀光栅隔离器，相比传统以磁光晶体为基础的隔离器在结构和制作难度上都有一定程度的简化，但由于采用聚合物为基质，在与光纤链路连接时其插入损耗和熔接难度都很大，而且在不足毫米量级的圆柱波导外层制作一分为二的两个包层，并且折射率不同，难度大，并且制作的精度要求过高而难以实现，在制作过程中对芯子、芯子中的光栅、第一包层、第二包层的折射率都有要求，实现的难度大。

相比结构复杂的传统光隔离器，全光纤化的光隔离器结构成为一个新的亮点，以光纤为基质的器件成本低，体积和重量都大大减小，并且由于基于全光纤的结构，与光纤的低损耗接入成为可能。中国专利申请200610010065.X中涉及一种全光纤的环行器结构，其中的部分结构可以作为隔离器应用，但由于其中涉及光纤不同模式之间的耦合，无法完全在基模条件下进行。由于光纤中存在高阶模的时候，基模必然存在，只对其中的高阶模有能量转移作用，使得耦合的效率受到限制，甚至完全达不到反向光隔离的目的。

因此，目前的光隔离器面临的问题是：结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前的光隔离器面临结构复杂、体积大、制作难度大、成本高、插入损耗大的问题。

本发明的技术方案为：

基于闪耀光纤光栅的光纤隔离器，该隔离器包括光敏光纤、光纤、在光敏光纤上用紫外光刻写的闪耀光纤光栅。光敏光纤和光纤同处于同一平面内平行放置，光敏光纤的边沿和光纤的边沿的最近距离为h；闪耀光纤光栅的成栅面与光敏光纤成θ角度，与光敏光纤和光纤所处的平面垂直。

所述的h满足：0≤h≤10cm。

所述的θ满足：0°＜θ＜45°或45°＜θ＜90°。所谓成栅面即为光纤光栅中折射率调制区域内相同折射率的一系列平面，这些平面相互平行。

当45°＜θ＜90°时，该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤的左端输入通过闪耀光纤光栅将光信号耦合入光纤，并从光纤的左端输出；反向隔离方向为光信号从光纤的左端输入，光信号直接从光纤的右端输出，而无法到达光敏光纤的左端，由此达到对光信号的隔离功能。

当0°＜θ＜45°时，该隔离器的正向导通方向为光信号从光敏光纤的左端输入通过闪耀光纤光栅将光信号耦合入光纤，并从光纤的右端输出；反向隔离方向为光信号从光纤的右端输入，光信号直接从光纤的左端输出，而无法到达光敏光纤的左端，由此达到对光信号的隔离功能。