[发明专利]耦合型微米光纤起偏器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信、光纤传感和集成光学领域，具体是一种耦合型微米光纤起偏器及其制备方法。

背景技术

在光纤通信系统或光纤传感系统中，光的偏振态控制对系统或元器件已显得十分重要，光纤偏振器在其中有着重要的作用。其作用为当非偏振光或部分偏振光入射到起偏器时，在特定的波长范围之内，只让一个偏振方向的光通过，输出偏振光。传统利用波片、棱镜、线栅起偏技术已经非常成熟，但是由于其体积大，调试、准直和校准要求十分苛刻，并且不易与光纤系统连接。随着光纤技术的不断发展，光纤起偏器已被实现，它可在线改变传输光波的偏振态，从而达到起偏目的。由于其成本低、稳定性好、易于与光纤系统连接等优点，近来备受各研究小组关注。现有的光纤偏振器的种类有：第一类是利用镀金属膜的办法吸收一个偏振分量（如US5071212）;第二类是利用异形光纤构成光纤起偏器（如US453181）；第三类是卷绕高双折射光纤构成光纤起偏器（如US5386484）；第四类是基于布拉格光纤光栅光纤起偏器（如US2002/0196992， CN1424602A）。这些光纤偏振器都基于标准光纤。器件体积都大于或等于普通的单模光纤，不适合微型化的光纤光学系统。另外，以上专利所述的制作工艺复杂。

童利民等人在Nature上首先提出并演示了微米光纤优良的特性，它具有强消逝场、强的光约束能力、相对较低的损耗和很好的柔韧性等优点。微米光纤已成为全光线微型光学器件的基本光学元件，基于微米光纤的各种微型光学器件不断被报道。

发明内容

本发明针对现有光纤起偏器体积相对较大的不足，提供一种耦合型微米光纤起偏器及其制备方法，其几何尺寸远小于现有的光纤起偏器。

本发明的目的是这样实现的：

一种耦合型微米光纤起偏器，其特征在于包括第一微结构光纤和第二微结构光纤，第一微结构光纤包括纤芯和包层，其中间有一段被拉细成微米光纤，其包层直径为3μm～10μm，微米光纤的长度为7.5mm～28mm，微米光纤与两端的普通光纤均形成锥形过渡区；所述第二微结构光纤也包括纤芯和包层，还包括一段长度与第一微结构光纤的微米光纤的长度相同且包层直径为3μm～10μm的微米光纤，其至少有一端与普通光纤相连接并在连接处形成锥形过渡区；两段微米光纤平行紧贴。

进一步的，两段微米光纤及相连的锥形过渡区封装在均匀透明材料里面。

当两根微米光纤紧贴时，会出现波导耦合现象，即光能量从一根光纤耦合至另一根光纤中传播，光能量完全从一根光纤耦合至另一根光纤所需要的传播距离称为“拍长”，而微米光纤中两种偏振模式TE，TM的拍长不相同，所以，当合适的选择微米光纤耦合器中两根微米光纤的耦合区长度，就可以实现将非偏振光起偏的目的。

一种耦合型微米光纤起偏器的制作方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）对将两根标准直径的光纤中的一小段同时加热；

（2）对以上两根光纤同时拉伸至光纤包层直径变为10μm～12μm；

（3）监测其中一根光纤在工作波长下的线性消光比，继续拉伸两根光纤，当线性消光比大于20dB，停止加热及拉伸；光纤的结构变成两头粗中间细，且在连接处形成锥形过渡区；细的部分为微米光纤，包层直径为3μm～10μm；

（4）待光纤冷却后，将两根光纤中的微米光纤平行紧贴，将封装胶涂敷于微米光纤上和锥形过渡区，此时封装胶处于粘稠可流动状态，尚未被固化；

（5）同时将两端的光纤之间的距离缓慢拉大，同时监控输出光的线性消光比；当线性消光比达到20dB时，固化封装胶。

进一步的，所述标准光纤为单模光纤或多模光纤。

进一步的，光纤加热方法为二氧化碳激光器加热、电热丝加热、明火加热或电热炉加热。

耦合型微米光纤偏振器的制备方法分为两步：

第一步：使用微米光纤拉制装置将两根普通单模光纤拉伸到直径为几微米的量级，此时，两根光纤因为范德华力和静电力的作用会自然地互相吸引紧贴在一起，形成耦合区域。