CN1180285C - 制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种制造低偏振相关性的长周期光栅的设备及方法。所述设备包括一个光纤，该光纤的一端相对于另一端至少已经被旋转一次，紫外激光源，以及放置在光纤上方的振幅掩模，用于按周期的距离间隔传输紫外激光源发射的光。在制造长周期光纤光栅时，通过把UV激光照射到扭绞的光纤或者把UV光照射到正在旋转的光纤上使光纤纤芯的折射率受到微扰，从而当从光纤的总长度看时，可形成折射率各向同性的微扰。

Description

制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备及方法

技术领域

本发明涉及制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备和制造长周期光纤光栅的方法。

背景技术

众所周知，从光纤芯的横截面的观点看，由于折射率方面各向异性的微扰，使用紫外(UV)激光的光纤芯的折射率微扰的引入引起光纤内的双折射。在1994年，A.M.Vensarkar分析，双折射是因为关于把UV激光照射到光纤侧面的生产条件的几何不对称性造成的(光学快报，19卷，1260-1263，1994“通过双曝光方法在侧写光感应光纤器件中的双折射的减少”，作者A.M Vensarkar，Qiao Zhong，Dary Inniss，W.A.Reed，P.J.Lemaire，S.G.Kosinski)。图1显示了当UV光照射到光纤的一侧时，相对于光照射方向的折射率的微扰。参考号码100为光纤，参考号码101表示包层的折射率，参考号码102表示UV光未照射的纤芯的折射率，参考号码103表示当UV光照射时纤芯的折射率。如图1所示，可以看到，纤芯的折射率受到UV光的照射方向的微扰。

由于UV光的照射所致光纤纤芯折射率的微扰制成的光纤光栅也根据制造环境使用不对称照射。因此，产生了偏振相关性。特别地，在长周期光纤光栅情况下偏振相关性变得非常严重，长周期光纤光栅需要大约10倍于光纤布拉格光栅或短周期光纤光栅的折射率微扰。由于器件的偏振，这个特性引起了***损耗的改变，也即偏振相关损耗(PDL)或偏振模色散(PMD)，所以，长周期光纤光栅不适合于作为光通信元件。换句话说，只在光纤的一侧照射UV光引出双折射现象，光纤沿它的轴向有不同的折射率，致使长周期光纤光栅具有偏振相关性。

图2显示了常规长周期光纤光栅波长的PDL响应特性曲线，图3显示了常规长周期光纤光栅的损耗峰值在PDL中的变化曲线。如图2和图3所示，根据光的传输，随着损耗峰值的减小，长周期光纤光栅的PDL增加。因此，具有大损耗峰值的长周期光纤光栅有很大的PDL。为减小这种较大的PDL，需要减小长周期光纤光栅的偏振相关性。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备，其中，光纤的一端相对于另一端至少旋转一次之后被照射紫外(UV)光。

本发明的另一目的是提供一种制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备，其中，光纤的两端以相同的速度旋转，UV光被照射到光纤。

本发明的又一目的是提供一种制造低偏振相关性的长周期光纤光栅的设备，其中，光纤的两端被固定，UV光被照射到光纤，并且，已经通过光纤的UV光沿轴向被反射，并再照射到光纤。

本发明的再一目的是提供一种具有低偏振相关性的长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅由所述制造设备制造。

本发明提供一种制造长周期光纤光栅的设备，该设备包括：一个光纤，该光纤的一端相对于另一端至少已经被旋转一次；紫外激光源；放在光纤上方的振幅掩模，用于按周期的距离间隔传输紫外激光源发射的紫外激光。

本发明提供一种用下述方法制得的长周期光纤光栅，该方法包括：

至少扭绞光纤一次；

在光纤上方放置振幅掩模；

通过振幅掩模，按周期的距离间隔把光照射到扭绞的光纤上；以及，

把扭绞的光纤再扭绞回来。

附图说明

本发明的上述目的和优点将通过参考附图和优选实施例的详细描述变得很明显，其中：

图1表示当紫外(UV)光只照射到光纤的一侧时，关于光照射方向的折射率微扰曲线；

图2表示偏振相关损耗特性(PDL)与常规长周期光纤光栅的波长关系的曲线；

图3表示PDL关于常规长周期光栅损耗峰值变化的曲线；

图4是按照本发明的实施例，表示一种制造长周期关系光栅设备的结构方框图；

图5显示了在扭绞光纤上制成光栅之后再扭绞回来时的折射率变化的理想示意图；

图6A和6B是关于常规长周期光纤光栅和本发明长周期光纤光栅进行实验的结果曲线；

图7是按照本发明的另一个实施例，一种制造长周期光纤光栅设备的结构方框图；

图8是按照本发明的又一个实施例，一种制造长周期光纤光栅设备的结构方框图。

具体实施方式

参看图4，按照本发明实施例的一种制造长周期光纤光栅的设备包括：UV激光源400、透镜402、振幅掩模404、光纤支架408和由光纤支架408扭绞的光纤406。最好是光纤支架408的一端固定光纤406的一端，另一端旋转，以便可以扭绞光纤406的另一端。

在制造长周期光纤光栅时，首先，光纤支架408固定光纤406的一端，旋转另一端，因此，扭绞光纤406。整个光纤406最好均匀地被扭绞360°。

透镜402聚焦UV激光源400发射的UV光。振幅掩模404按周期距离间隔具有光传输区域，并被安置在光纤406上方。因此，掩模404传输已经由透镜402聚焦的光通过所述光传输区域。透过的光照射在被扭绞的光纤406上。按照振幅掩模404的周期(Λ)，照射的光微扰光纤406纤芯的折射率，形成光栅。这时，由于光纤纤芯折射率的微扰，在光纤内引起双折射。所引起的双折射微扰了纤芯的有效折射率n_co，纤芯的耦合常数k表示在下面的公式1中：

λ_p＝(n_co-n⁽ⁿ⁾ _cl)Λ

P⁽ⁿ⁾ _cl＝sin²(kL)                  ...(1)

式中λ_p表示长周期光纤光栅的峰值波长，Λ表示长周期光纤光栅的周期，n_co表示纤芯的有效折射率，n⁽ⁿ⁾ _cl表示第n包层模的有效折射率，P⁽ⁿ⁾ _cl表示在峰值波长下对第n包层模的功率的耦合比率，k表示耦合常数，L表示光栅长度，所以长周期光纤光栅的光谱随入射光的偏振变化。

因此，需使光纤406不受偏振的影响。为此，有如上述，本发明中固定光纤406的一端，另一端至少旋转一次，使光纤被扭绞360°。当光纤的一端如上述那样被旋转时，重要的是稳固地固定光纤，防止光纤在光纤支架408中滑动。光纤一旦被扭绞，就在扭绞的光纤上制成了光栅，然后，扭绞的光纤被再扭绞回来，在纤芯中出现折射率的螺旋微扰。因此，光栅成为与光的特殊偏振状态无关。图5理想地显示了在扭绞光纤上制成光栅之后再扭绞回来时的折射率的螺旋微扰。

如图5所示，可以看到，光纤406纤芯的横截面上折射率的螺旋微扰关于总长度呈现各向同性。

图6A和6B是关于常规长周期光纤光栅和本发明长周期光纤光栅进行的实验结果。图6A显示了PDL关于波长的测量结果。可以从图6A中看到，在测量的波长范围内，本发明的PDL与现有技术的PDL相比大大地减小了。

图6B显示了PDL关于损耗峰值的测量结果。在图6B中，现有技术在损耗峰值22.1dB处的PDL是1.83dB，而本发明在损耗峰值24.5dB处的PDL是0.79dB。所以，可以看到，PDL减少了1dB或更多。很明显，本发明的PDL一般减少了现有技术PDL的60％，以至，随着损耗峰值的增加，本发明和现有技术之间的PDL的差别增大。

图7是表示本发明另一个实施例的制造长周期光纤光栅设备的结构方框图。图7的设备包括UV激光源700、透镜702、振幅掩模704、光纤710和光纤支架702。

除了用于支撑光纤710两端的光纤支架的两端可以以相同的速度旋转之外，UV激光源700、透镜702、振幅掩模704的工作情况与图4中的相同部分一样，因此，光纤710以恒定速度旋转。即光纤710按照光纤支架720的旋转速度旋转，已经通过振幅掩模704的UV激光照射到正在旋转的光纤710，所以从光纤710纤芯的横截面看，光纤710纤芯的折射率在垂直纤芯轴的方向上各向同性。

图8是表示本发明的又一个实施例的制造长周期光纤光栅设备的结构方框图。图8的设备包括UV激光源800、透镜802、振幅掩模804、光纤812和反射体814。反射体814处于对着振幅掩模804关于光纤802的相对侧面。

除了当已经通过振幅掩模804的光被照射到光纤812上，已经通过光纤812的光由反射体814反射并再照射到光纤以外，UV激光源800、透镜802、振幅掩模804的工作情况与图4相对应部件相同，从而从光纤812纤芯的横截面看，光纤812纤芯的折射率各向同性地变化。

按照本发明，在制造长周期光纤光栅时，光纤纤芯的折射率受到把UV激光照射到扭绞的光纤或者把UV光照射到正在旋转的光纤上所致的微扰，所以光纤的纤芯的折射率在光栅的长度上是各向同性平均输出的。因此，可以获得对偏振的敏感比现有技术要小的长周期光纤光栅。

Claims (3)

1.种制造长周期光纤光栅的设备，包括：

一个光纤，该光纤的一端相对于另一端至少已经被旋转一次；

紫外激光源；以及，

放置在光纤上方的振幅掩模，用于按周期的距离间隔传输紫外激光源发射的光。

2.按权利要求1所述的设备，其特征在于所述光纤还包括光纤支架，

用于固定光纤的一端，并至少相对于光纤的固定端使光纤的另一端旋转一次，同时支撑光纤的旋转端。

3.一种制造长周期光纤光栅的方法，该方法包括：

至少扭绞光纤一次；

在光纤上方放置振幅掩模；

通过振幅掩模，按周期的距离间隔把光照射到扭绞的光纤上；以及，

把扭绞的光纤再扭绞回来。

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