[发明专利]一种基于双芯光纤的线偏振Sagnac全反镜、方法和光系统

说明书

本发明公开了一种基于双芯光纤的线偏振Sagnac全反镜、方法和光系统，Sagnac全反镜包括具有锥形耦合器的双芯光纤，所述双芯光纤包括对称分布在光纤中性轴两侧的第一纤芯和第二纤芯；在第一纤芯上刻写有与第一纤芯成135°夹角的第一45°倾斜光纤光栅，第二纤芯上刻写有与第二纤芯成45°夹角的第二45°倾斜光纤光栅，第一45°倾斜光纤光栅和第二45°倾斜光纤光栅沿光纤长度方向上的同一位置处。本发明具有单模光纤构成Sagnac全反镜的特点(即实现全反功能)，无需其他分立器件，并且由于双芯光纤与单模光纤相比，具有“实现功能器件的纤维集成化、体积小、便于与其他功能器件集成、稳定性高”的特点。

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种基于双芯光纤的线偏振Sagnac全反镜、方法和光系 统。

背景技术

Sagnac全反镜一种新颖的全光纤器件，在众多应用中受到了广泛的关注。Sagnac提出 Sagnac效应并进行了一系列实验之后，人们在其基础上制作了光纤Sagnac环。入射光经光耦 合器后分成两束后各自在环中绕一周后仍在光纤耦合器处相遇并发生干涉。相向传输的两束 光是被透射还是被反射，由它们的相对相位决定。如果采用3dB耦合器，入射光将被全部反 射，此时Sagnac环相当于一个全反镜。传统的Sagnac环多用于制作光纤陀螺，随着光纤技 术的发展，光纤Sagnac环越来越多的被应用到其他领域中，如光纤声传感器、梳状滤波器、 光纤全反镜等。近年来，许多学者通过改变Sagnac环的结构或嵌入其他介质，使其应用更加 广泛。

传统的Sagnac环镜结构如图1所示，采用3dB耦合器与单模光纤构成，耦合器的两个输 出端口连接在一起形成闭环，入射光从Sagnac干涉仪的一个端口输入，经过耦合器后分成两 束相干光，分别沿顺时针和逆时针方向传输，它们经过环路的传播后返回耦合器，相干叠加 后再从耦合器输入侧的两个端口分别输出，反向传输两束光的相位差决定了反射光和透射光 的强度。(V.Vali,R.W.Shorthill.Fiber ring interferometer,AppliedOptics,1976, 15(5):1099.)。但是传统的Sagnac环镜结构采用分立器件，即一个2*2的3dB光耦合器，并 利用普通单模光纤形成环腔，总体来说具有体积较大、元件分离、稳定性差等缺点。廖莎莎 等人采用Sagnac环结构，提出了一种基于绝缘体上硅的高反射率、低温度敏感性的片上光反 镜方案。(廖莎莎,张甜甜,包航,刘继伟,廖希.高反射率、低温度敏感性的片上光反射镜,光学 学报,2021,41(04):195-202.)。但是该方案采用硅基制备，成本较高，难以实际应用。

同时，现有技术中只采用单模光纤，并且在传播过程中偏振态不发生改变(可以采用保 偏光纤或者光纤偏振控制器)。并且，假设功率非常低，以至于非线性效应(尤其是克尔效应) 可以忽略。另外，假设光纤中没有光强损耗，并且光纤耦合器的功率分离比为50:50(即，3-dB 耦合器)。在这种情况下，干涉条件使所有输入的光重新返回到入射端口。这表明此时光纤环 反射镜是一个很理想的反射器，工作在很大的波长范围内，并且在任意偏振态的情况。光纤 环的长度对结果也没有影响。同样的，光纤环中的环境效应，例如温度改变，不会有影响， 因为它不能影响偏振态。但是，当采用单模光纤做Sagnac全反镜时，由于单模光纤自身的体 积较大，在一些情况会出现安装不方便、以及与其他部件集成不好的问题。