[发明专利]基于多芯光纤的光纤环行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光环行器，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多端口的无源光器件，光信号从某一端口输入，只能从相邻的某一端口输出，使得光信号在其中不具有可逆性，能够满足这种要求的光器件被称作光环行器。最常见的光环行器有三端口和四端口的类型，其中四端口光环行器中光信号传输方向为1→2、2→3、3→4、4→1，通常的三端口环行器只是将4端口悬空，所以实现的功能为1→2、2→3，从3端口输入的光信号不从任何一个端口输出。

传统的光环行器的工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。主要利用旋光晶体的法拉第效应。对于沿1→2、2→3、3→4、4→1方向入射的信号光，通过双折射晶体将光信号中偏振态不同的光信号分解成两束偏振态互相垂直的光信号，分别经过波片与旋光晶体对光信号进行处理，最后再经过双折射晶体将两束处理后的光信号合束成一束光信号从输出端输出，而相反方向入射的光信号也会经过同样的处理，所不同之处在于最后一级的双折射晶体对前期处理的光信号不进行合束处理，而是将其输出方向偏转，使其无法沿1→2、2→3、3→4、4→1的反方向输出，实现了光环行器所要求的功能。为了实现与光纤的耦合，还需要微型透镜的聚光作用，将光纤导入的光信号耦合入环行器中的晶体，同样需要微型透镜将晶体中处理后的光信号耦合入光纤输出。

由于传统光环行器的上述结构，使得其正反向的隔离度很高。但从其结构中也很容易看出其缺点也十分明显：首先，磁光晶体的加工难度大，成本高，而且体积也很大，微型透镜的引入也使正向的损耗增加，而且微型透镜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，传统光环行器的结构庞大、复杂、效率低、成本高亟需解决。

相比结构复杂的传统光隔离器，全光纤化的光环行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，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，目前的光环行器面临的问题是：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：目前的光环行器面临结构复杂、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：

基于多芯光纤的光纤环行器，该环行器包括多芯光纤，其中多芯光纤包括第一至第三光敏纤芯，分别刻写在第一至第三光敏纤芯上的第一至第三闪耀光纤光栅。

第一光敏纤芯和第二光敏纤芯的边沿最近距离为h；第一闪耀光纤光栅的成栅面与第一光敏纤芯成θ角度，与第一光敏纤芯和第二光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。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。

第二光敏纤芯和第三光敏纤芯的边沿最近距离为h；第二闪耀光纤光栅的成栅面与第二光敏纤芯成θ角度，与第二光敏纤芯和第三光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：0°＜θ＜45°。

第三光敏纤芯和第一光敏纤芯的边沿最近距离为h；第三闪耀光纤光栅的成栅面与第三光敏纤芯成θ角度，与第三光敏纤芯和第一光敏纤芯所处的平面垂直，并满足：45°＜θ＜90°；

第一光敏纤芯的左端为该环行器的1端口，第二光敏纤芯的右端为该环行器的2端口，第三光敏纤芯的左端为该环行器的3端口。

所述的h满足：h≥10μm，且满足第一至第三光敏纤芯均在多芯光纤的包层内。

从该环行器1端口输入的光信号沿第一光敏纤芯传输至第一闪耀光纤光栅，并耦合至第二光敏纤芯沿第二光敏纤芯传输至2端口输出。

从2端口输入的光信号沿第二光敏纤芯传输至第二闪耀光纤光栅，并耦合至第三光敏纤芯沿第三光敏纤芯传输至3端口输出。