專利名稱：全光纖四分之一波片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全光纖電流傳感器中的四分之一波片，本發(fā)明還涉及 其的制備方法。
背景技術(shù)：
目前光纖型四分之一波片得到廣泛地使用，特別是在光纖型電流傳感 器中，得到重要應(yīng)用。通過它可將來自于線雙折射光纖的線偏振正光變換 成圓偏振光，輸出后進入傳感光纖中。通常在光纖型電流傳感器中，四分 之一波片位于線雙折射保偏光纖和傳感光纖之間。而全光纖四分之一波片 實際就是一段長度為四分之一拍長的雙折射光纖，通常與線保偏光纖相
同，只是在熔接時，與傳輸光纖(線保偏光纖)的主軸有45度的夾角。 參見圖1中，A點和B點之間即為四分之一波片。目前使用最廣泛的光纖 就是熊貓型保偏光纖，由于熊貓型光纖結(jié)構(gòu)中存在熱應(yīng)力棒，屬于應(yīng)力雙 折射保偏光纖，用它制作的四分之一波片的性能隨溫度變化特別靈敏。因 而有報道利用橢圓芯保偏光纖來制備四分之一波片，由于橢圓芯光纖是 屬于幾何雙折射光纖，用它來做成的四分之一波片熱穩(wěn)定性有很大的提 高，但帶來了另一個問題就是橢圓芯光纖和圓芯線雙折射保偏光纖之間， 及與圓心傳感光纖之間的熔接損耗偏大。假如光路來回一次，即經(jīng)過四個 熔接點，故因熔接點產(chǎn)生的光損耗比較大。另外，由于普通的線雙折射光 纖，不管是應(yīng)力雙折射(如熊貓型光纖)還是幾何雙折射光纖(橢圓芯光纖)的拍長一般都比較短，2mm到6醒左右，要使利用它們直接制作四分 之一波片，其長度只有0. 5mm到1. 5mm，因此要想精確控制以制作四分之 一波片的雙折射光纖長度的確是一件不容易的事，除非利用特制的具有較 長拍長的橢圓芯光纖，這樣會增加系統(tǒng)的成本。但還是無法解決橢圓芯光 纖和圓心光纖之間的熔接損耗問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全光纖四分之一波片的制備方 法，其關(guān)鍵就是能夠降低瑢接損耗。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的全光纖四分之一波片由一段單模光纖 和至少一段的輔助光纖熔合而成，在全光纖四分之一波片中，其中單模光 纖結(jié)構(gòu)為從兩端點的圓芯漸變到熔合區(qū)的橢圓芯。即通過輔助光纖和高溫 加熱，將原來園芯的單模光纖轉(zhuǎn)變橢圓化芯的雙折射光纖。輔助光纖可以 是普通的單?；蚨嗄９饫w，也可以用無芯纖。
本發(fā)明的全光纖四分之一波片的制備方法，包括如下步驟
步驟一，將一用于傳輸?shù)木€保偏光纖的一端與一段單模光纖的一端進 行熔接；而其另一端則與傳感光纖的一端熔接；
步驟二，取至少一段輔助光纖，平行放置于步驟一中熔接后的光纖結(jié) 構(gòu)中熔接點的一側(cè)或兩側(cè)，并使輔助光纖與這段單模光纖部分并置，所述 線保偏光纖的主軸與放置后的平面成45度角；
步驟三，加熱熔融并置的單模光纖和輔助光纖區(qū)域，使加熱區(qū)光纖達 熔融狀態(tài)并熔合在一起，此時，圓心單模光纖被逐漸橢圓化，控制加熱熔 融時間制備形成四分之一波片。在本發(fā)明的制備方法中，圓心單模光纖與圓心線雙折射光纖熔接，以 及圓心單模光纖與圓心傳感光纖之間的熔接，由于這些光纖之間的模場相
對比較匹配，其熔接損耗自然比較低，而且當(dāng)單模光纖被高溫加入過的區(qū) 域形成橢圓芯光纖后，從熔接點一個端點圓芯逐漸變成橢圓芯，再從橢圓 芯逐漸變到圓心，都有一段"慢變化"的過渡區(qū)的(即所謂"絕熱波導(dǎo)")， 所以損耗特別小。在本發(fā)明的步驟三加熱熔融過程中，單模光纖的芯逐漸 被"壓扁"，成為橢圓芯光纖，其雙折射拍長連續(xù)不斷地縮短(這里假定 實際單模光纖的拍長很長，且有一定長度)。通過這樣的工藝過程，不僅 可以做四分之一波片，還可制成其它各類波片。所制成波片的附加損耗一
般小于0. ldB，典型值為0. 05dB。故本發(fā)明的制備方法有著廣泛的應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖1為普通全光纖四分之一波片熔接的示意圖2為本發(fā)明的具體實施中針對實施步驟一后的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的具體實施中步驟二后的結(jié)構(gòu)示意圖4a為圖3中A點一側(cè)的截面結(jié)構(gòu)示意圖4b為圖3中A點另一側(cè)的截面結(jié)構(gòu)示意圖5本發(fā)明的具體實施中步驟三后的結(jié)構(gòu)示意圖6a為圖5中熔合區(qū)的截面結(jié)構(gòu)示意圖6b為圖5中熔合區(qū)形成的橢圓芯光纖和線雙折射光纖的主軸取向
圖7為本發(fā)明的另一實施例中的實施步驟二后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8a為圖7中A點一側(cè)的截面結(jié)構(gòu)示意圖8b為圖7b中為A點另一側(cè)的截面結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明的另一實施例中的實施步驟三后的結(jié)構(gòu)示意圖10a為圖9中熔合區(qū)的截面結(jié)構(gòu)示意圖10b為圖9中熔合區(qū)形成的橢圓芯光纖和線雙折射光纖的主軸取 圖1 la和圖1 lb為本發(fā)明的又一實施例中實施步驟三后的熔融區(qū)截面 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
在一般的情況下，制備步驟如下
第一步:將應(yīng)力型圓芯線保偏光纖與一小段普通的單模光纖熔接在一
起，其熔接點位A，然后再將一根傳感光纖一端與這一小段普通單模光纖 的另一端熔接起來，其熔接點為B(見圖2)，所用單模光纖的長度可為 1. 0cm 8. Ocm。這里所熔接的單模光纖一般與線保偏光纖的工作參數(shù)基本 一致，目的是為了獲得比較低的熔接損耗， 一般可確保小于0. ldB;
第二步是取二根直徑和上述一段普通光纖一樣或接近的光纖(可以是 單模光纖、多模光纖和無芯纖中的至少一種)，分別并行放置在普通單模 光纖的兩側(cè)，見圖3，同時確保線保偏光纖的主軸與放置的平面成45度 角度。在三根并行放置區(qū)域內(nèi)，在線保偏光纖一側(cè)(即圖3中A點的左側(cè))， 其橫截面的形狀如圖4a所示，而在線保偏光纖的另一側(cè)(即圖3中A點 的右側(cè))，其橫截面的形狀如圖4b所示。確保圖3中三根光纖在同一個平 面上；
第三步就是用高溫加熱并置的三根光纖區(qū)域，同時在圖5中的輸入端應(yīng)力型圓芯線保偏光纖接入線偏振光源，輸出端傳感光纖接入偏振分析儀 或偏振隔離度測試儀。高溫下可使三個光纖達到熔融狀態(tài)，并逐漸使三根
光纖熔合在一起，該溫度范圍可在1450°C 1700°C，具體數(shù)據(jù)可由有限
次試驗得到。在這個過程中，單模光纖的芯逐漸被"壓扁"，成為橢圓芯 光纖，從圓芯光纖逐漸變成橢圓芯光纖，其雙折射拍長連續(xù)不斷地縮短(這 里假定實際的單模光纖有很長的拍長)。假定中間那段單模光纖其橢圓化
芯的長度為L，那么在主軸上傳輸?shù)木€偏振光經(jīng)過這段光纖后所產(chǎn)生的相
位差可表示為
2.〖/2(AO)-&(拳 (1)
這里A和A分別為二個主軸上的傳播常數(shù)，由于芯的橢圓度與位置有關(guān)，
因此它們也傳輸位置Z有關(guān)。L為橢圓化芯區(qū)光纖的總長度。通過控制熔
融時間，相位差逐漸達到7l/2，此時就做成四分之一拍長波片。在這個過
程中，可以通過偏振分析儀監(jiān)控到線偏正光逐漸變化成圓偏振光。如果增 加熔融范圍或通過延長加熱時間，增加芯的橢圓度，相位差將繼續(xù)增大， 可以做成二分之一波片或全波片，或可以做成任意設(shè)定的波片。熔融區(qū)的
橫截面一般如圖6a所示，由于橢圓芯的方位總是與放置的平面垂直，因 而與線雙折射光線自動形成了45度的夾角，如圖6b所示。
上述的制備方法，在第二步中，也可只取一根輔助光纖放置在圖2 中的一側(cè)(見圖7)，在高溫熔融前，其橫截面的如圖8a和圖8b所示。 高溫熔融后，二根單模光纖被完全熔融在一起(見圖9)，單模光纖圓芯 也同樣被壓扁，也可以做成四分之一波片(見圖10a和10b)。
故本發(fā)明的全光纖四分之一波片由一段單模光纖和至少一段輔助光纖熔合而成，在全光纖四分之一波片中，其中單模光纖結(jié)構(gòu)從兩端點的圓 芯漸變到熔合區(qū)的橢圓芯。
在本發(fā)明中，在第二步中放入的至少一根光纖實際上就是輔助光纖， 目的是經(jīng)高溫熔融后，把第一步中接入的單模光纖芯被壓扁。因此對輔助 光纖的參數(shù)沒有太嚴(yán)格的限制,但最好使用與接入的單模光纖相同或采用 同樣直徑的無芯纖。如輔助光纖使用無芯纖，熔融后的橫截面將成為如圖 lla和如圖llb所示。通過這樣的工藝過程，不僅可以做四分之一波片， 還可制成其它各類波片。所制成波片的附加損耗一般小于0.1dB，典型值 為0. 05dB。
權(quán)利要求
1、一種全光纖四分之一波片，其特征在于所述全光纖四分之一波片由一段單模光纖和至少一段輔助光纖熔合而成，在全光纖四分之一波片中，所述單模光纖結(jié)構(gòu)為從兩端點的圓芯漸變到熔合區(qū)的橢圓芯；
2、 按照權(quán)利要求l所述的全光纖四分之一波片，其特征在于所述輔 助光纖為普通單模、多模光纖和無芯纖中的至少一種。
3、 一種權(quán)利要求l所述全光纖四分之一波片的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟步驟一，將一用于傳輸?shù)膱A心的應(yīng)力型線保偏光纖的一端與一段單模 光纖的一端進行熔接，將所述一段單模光纖的另一端熔接一圓芯傳感光纖 的一端；步驟二，至少取一段輔助光纖，平行放置于步驟一中熔接后的光纖結(jié) 構(gòu)中單模光纖的一側(cè)或兩側(cè)，并使單模光纖和輔助光纖部分并置，所述圓 芯線保偏光纖的主軸與放置后的平面成45度角；步驟三，加熱熔融并置的單模光纖與輔助光纖區(qū)域，使它們達到熔融 狀態(tài)并熔合在一起，繼續(xù)高溫加熱時，圓芯的單模光纖逐漸被橢圓化，控 制加熱熔融時間制備形成四分之一波片。
4、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟一中單模 光纖的長度為l. 0cm至8. 0cm。
5、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于在步驟三加熱熔融 的同時還包括在所述步驟一中圓芯線保偏光纖的另一端接入線偏振光源， 在所述步驟一中圓芯傳感光纖的另一端接入偏振分析儀或偏振隔離度測試
6、 按照權(quán)利要求3所述的全光纖四分之一波片的制備方法，其特征在于所述步驟二中的輔助光纖為普通單模光纖、多模光纖和無芯纖中的至 少一種。
7、 一種全光纖波片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟-步驟一，將一用于傳輸?shù)膱A芯線保偏光纖的一端與一段單模光纖的一端進行熔接；步驟二，至少取一段輔助光纖，平行放置于步驟一中熔接后的光纖結(jié) 構(gòu)中單模光纖的一側(cè)或兩側(cè)，并使單模光纖和輔助光纖部分并置，所述線 保偏光纖的主軸與放置后的平面成45度角；步驟三，加熱熔融并置的單模光纖區(qū)域，使單模光纖與輔助光纖達到 熔融狀態(tài)并熔合在一起，繼續(xù)加熱時，園芯的單模光纖逐漸被橢圓化，控 制加熱熔融時間制備形成設(shè)定長度的波片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全光纖四分之一波片的制備方法，包括如下步驟步驟一，將用于傳輸?shù)膱A芯線保偏光纖的一端與一段單模光纖的一端熔接，而將一圓芯傳感光纖一端和這一段單模光纖的另一端熔接；步驟二，取至少一段光纖作為輔助光纖，平行放置并相互緊靠于步驟一中熔接后的光纖結(jié)構(gòu)中一段單模光纖的一側(cè)或兩側(cè)，所述圓芯線保偏光纖的主軸與放置后的平面成45度角；步驟三，高溫加熱熔融并置的單模光纖區(qū)域，并使加熱區(qū)單模光纖和輔助達熔融狀態(tài)并熔合在一起，繼續(xù)加熱時，圓芯的單模光纖逐漸被橢圓化，控制加熱熔融時間制備形成四分之一波片。本發(fā)明的制備方法中使用普通的單模光纖，制備出損耗極小的四分之一波片，還可用于制備其它設(shè)定的波片。
文檔編號G02B5/30GK101587201SQ20081004337
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者勇 黃 申請人:上?？甸煿馔ㄐ偶夹g(shù)有限公司