阅读说明：本技术 一种透镜保偏光纤 (Lens polarization maintaining optical fiber ) 是由 操质彬 谭策 吴正超 张心贲 李小兵 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种透镜保偏光纤,所述透镜保偏光纤为熊猫型保偏光纤,其端面的顶部加工成半柱透镜,所述半柱透镜用于汇聚保偏光纤传导的偏振光,并耦合到保偏光纤耦合器接收端。本发明制得的透镜保偏光纤在保偏光纤的基础上进行微加工,作用区域小,无需附加其他部件,因此易于封装且体积小；楔面和微透镜结构对光斑进行整形匹配,因此光斑与光纤的耦合效率提高。其制作的保偏光纤耦合器,结构紧凑、体积小、使用寿命长,能被广泛用于航空、航天、航海、通信等各个领域的器件中,如光纤陀螺、水听器等的耦合器件,EDFA、Y波导等的尾纤。(The invention discloses a lens polarization maintaining fiber which is a panda type polarization maintaining fiber, wherein the top of the end surface of the lens polarization maintaining fiber is processed into a semi-cylindrical lens, and the semi-cylindrical lens is used for converging polarized light transmitted by the polarization maintaining fiber and is coupled to the receiving end of a polarization maintaining fiber coupler. The lens polarization maintaining optical fiber is micro-processed on the basis of the polarization maintaining optical fiber, the action area is small, and other components are not required to be added, so that the lens polarization maintaining optical fiber is easy to package and small in size; the wedge surface and the micro-lens structure are used for shaping and matching the light spots, so that the coupling efficiency of the light spots and the optical fiber is improved. The polarization-maintaining fiber coupler manufactured by the method has the advantages of compact structure, small volume and long service life, and can be widely applied to devices in various fields of aviation, aerospace, navigation, communication and the like, such as coupling devices of fiber optic gyroscopes, hydrophones and the like, and tail fibers of EDFA, Y waveguides and the like.)

一种透镜保偏光纤

技术领域

本发明属于电光和硅光耦合领域，更具体地，涉及一种透镜保偏光纤。

背景技术

保偏光纤是一类特殊的线偏振单模光纤，在光通信领域作为通信器件如EDFA、Y波导等部件的尾纤，被广泛用于航空、航天、航海、通信等各个领域，能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现高精度传感测量。在光通信与光传感领域的高性能器件应用越发广泛，诸如EDFA、Y波导等器件需要提高整体输出功率以提高光放大和波导输出的性能。

要提高整体输出功率，常见方式是采用微透镜或微透镜组对出射光束进行光束整形后耦合到尾纤中，耦合效率可以达到50％-80％，但是此种方式耦合效率的提高依赖于复杂程度越来越高的微透镜组，不仅对空间和成本提出了越来越高的要求，微透镜数量的增加导致微透镜带来的损耗增加，制约了此种方式耦合效率的提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种透镜保偏光纤，其目的在于通过将熊猫眼型保偏光纤的端面加工成具有透镜结构的特定形状，从而在传输信号光是能对光斑整形匹配后在光纤内传输，提高耦合效率、减小偏振光耦合器的空间需求、并降低封装难度，由此解决现有的保偏光纤耦合器，需要保偏光纤、透镜和接收器三者耦合，同时做到熊猫眼对准导致耦合难度大、效率低、结构复杂同时体积较大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种透镜保偏光纤，所述透镜保偏光纤为熊猫型保偏光纤，其端面的顶部加工成半柱透镜，所述半柱透镜，用于汇聚保偏光纤传导的偏振光，并耦合到保偏光纤耦合器接收端。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其具有关于中心轴面对称的第一与第二楔形面，所述半柱透镜加工形成在所述第一与第二楔形面相交的曲面上。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其所述第一与第二楔形面与中心轴面的夹角在15°至60°之间。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其所述第一与第二楔形面延长相交的边与光纤轴线的夹角在78°至86°之间，优选82°。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其所述第一与第二楔形面延长相交的边与熊猫眼圆心连线的夹角为0°或90°，优选90°。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其所述半柱透镜曲率半径在3～12μm之间。

优选地，所述的透镜保偏光纤，其所述透镜保偏光纤，具有垂直于中心轴面与光纤轴线夹角为20°至40°之间的第三楔形面，优选30°。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

与现有技术相比，本发明制得的透镜保偏光纤在保偏光纤的基础上进行微加工，作用区域小，无需附加其他部件，因此易于封装且体积小；楔形面和微透镜结构对光斑进行整形匹配，因此光斑与光纤的耦合效率提高。其制作的保偏光纤耦合器，结构紧凑、体积小、使用寿命长，能被广泛用于航空、航天、航海、通信等各个领域的器件中，如光纤陀螺、水听器等的耦合器件，EDFA、Y波导等的尾纤。

附图说明

图1是本发明提供的透镜保偏光纤结构示意图；

图2是本发明实施例提供的透镜保偏光纤结构示意图；

图3是本发明实施例提供的透镜保偏光纤结构示意图；

图4是本发明实施例提供的透镜保偏光纤结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为熊猫型保偏光纤应力区，2为第一楔形面，3为第二楔形面，4为半柱透镜，5为第三楔形面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种用于制作保偏光纤耦合器的透镜保偏光纤，如图1所示，其为熊猫型保偏光纤，所述保偏光纤端面的顶部加工成半柱透镜；所述半柱透镜，用于汇聚保偏光纤传导的偏振光，并耦合到保偏光纤耦合器接收端。

优选方案，所述透镜保偏光纤，具有关于中心轴面对称的第一与第二楔形面，所述半柱透镜加工形成在所述第一与第二楔形面相交的曲面上，如图2所示；优选所述第一与第二楔形面与中心轴面的夹角在15°至60°之间；所述第一与第二楔形面延长相交的边与光纤轴线的夹角在78°至86°之间，使得快慢轴比值合适，保证了与光源的耦合效率最大；所述第一与第二楔形面延长相交的边与熊猫眼圆心连线的夹角为0°或90°，优选90°同时保证了工艺的加工效率与合格率高；优选所述半柱透镜曲率半径在3～12μm之间，优选4～7μm。所述楔形端面的第一、第二楔形面之间的夹角为90°，使得该透镜保偏光纤具有与光源的最大耦合宽容度；所述第一与第二楔形面的存在，有效调整了光斑，减少了保偏光纤耦合器的空间需求，形成较为合适的耦合距离，提高耦合宽容度。

优选方案，所述透镜保偏光纤，具有垂直于中心轴面与光纤轴线夹角为20°至40°之间的第三楔形面，优选30°，其降低反射光的效果最为明显。所述第三楔形面能有减少反射光反向耦合到保偏光纤中，从而提高耦合效率，更重要的是减少反射光带来的信号干扰并延长保偏光纤的使用寿命。

本发明提供的透镜保偏光纤，用于制备保偏光纤耦合器时，能有效降低对空间的需求，缩小保偏光纤耦合器的体积；更为重要的是，由于透镜和保偏光纤在一体化的设计，制作时即形成了良好的光斑，无需多次耦合，大幅降低了对位难度；同时相较于圆锥形的设计耦合效率有明显提高。本发明不使用微透镜组同时自身具有的较高耦合容忍度同时保证了封装的便利性，降低了器件制作成本。

使用透镜保偏光纤的进行耦合方式，可以克服传统的微透镜和微透镜组耦合难度大、需要的空间大的缺点，然而耦合效率则因为端面的透镜的形状设计而相距甚远，普通的端面加工耦合效率低，只有20％至30％。在此前提下透镜保偏光纤的端面设计极为重要。本发明通过反复实践，发现各种类型的微透镜中半柱透镜和圆锥形透镜的耦合效率与现有的微透镜组耦合效率相当，然而当配合楔形面调整光场以提高耦合容忍度时，圆锥形透镜的保偏光纤耦合效率大幅降低，而楔形保偏光纤端面配合半柱形透镜能有效提高耦合效率至60％至80％，优选方案配合第三楔形面能提高耦合效率至70％至90％。

以下为实施例：

实施例1

一种楔形保偏光纤的结构，如图2所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例2

一种楔形保偏光纤的结构，如图2所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为15°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例3

一种楔形保偏光纤的结构，如图2所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为78°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例4

一种楔形保偏光纤的结构，如图3所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为0°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例5

一种楔形保偏光纤的结构，如图2所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为12μm。

实施例6

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图1所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为30°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例7

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图1所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为15°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为30°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例8

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图1所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为20°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例9

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图1所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为30°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为78°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例10

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图4所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为30°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为0°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为6μm。

实施例11

一种斜楔形保偏光纤的结构，如图1所示，其第一楔形面与中心轴面的夹角为45°，第二楔面与第一楔面关于中心轴面对称；第三楔形面倾斜角度为30°；第一、第二楔形面相交的边与光纤轴线的夹角为82°；第一、第二楔形面延长相交的边与熊猫眼的圆心连线的夹角为90°；第一、第二楔形面相交的曲面为微透镜，曲率半径为12μm。

对比例

一种透镜保偏光纤的结构，其端面没有楔形面，端面整体加工成微透镜，曲率半径为62.5μm。

对比例的保偏光纤制作的保偏耦合器，性能测试如下：

端面加工形状	耦合效率
		平面	20-30％
半球形	20-50％
		圆锥形	60-70％

以上实施例的用作制的保偏光纤耦合器，性能测试如下表：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。