阅读说明：本技术 一种薄膜式光纤起偏器件 (Thin film type optical fiber polarizing device ) 是由 于佳 王夏霄 徐宏杰 马福 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种薄膜式光纤起偏器件,采用光纤镀膜的方式实现起偏功能,所镀起偏膜由球状银纳米颗粒排列构成,银纳米颗粒分布具有二向色型性质,能够实现起偏功能,取代现有的光纤起偏器中的双折射晶体或者偏振片,从而可以简化光纤起偏器的结构,减小光纤起偏器的插入损耗及体积,降低加工成本。并且,通过光纤镀膜的方式实现起偏功能,由于没有增加额外的器件,因此,所镀起偏膜易与其他光波导进行耦合集成,结构灵活,能够实现多功能集成器件,非常适用于光纤电流传感和光纤陀螺领域。(The invention discloses a thin film type optical fiber polarizing device, which realizes the polarizing function by adopting an optical fiber coating mode, wherein the coated polarizing film is formed by arranging spherical silver nano particles, the silver nano particles have dichroic property, the polarizing function can be realized, and a birefringent crystal or a polarizing plate in the conventional optical fiber polarizer is replaced, so that the structure of the optical fiber polarizer can be simplified, the insertion loss and the volume of the optical fiber polarizer are reduced, and the processing cost is reduced. And moreover, the polarizing function is realized in an optical fiber film coating mode, and no additional device is added, so that the coated polarizing film is easy to be coupled and integrated with other optical waveguides, has a flexible structure, can realize a multifunctional integrated device, and is very suitable for the fields of optical fiber current sensing and optical fiber gyros.)

一种薄膜式光纤起偏器件

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种薄膜式光纤起偏器件。

背景技术

光纤传感技术是伴随着光纤通信技术的发展而发展起来的，是以光纤为介质、光波为载体感知和传输外界被测信号量的新型传感技术。具有体积小、重量轻、灵敏度高、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高压、防爆、防燃、光路可挠曲性好、易与实现远距离测量、可方便地组成传感器网络以及实现多点测量等优点，广泛应用于国防军事、航空航天、工矿农业、能源环保、自动控制、生物医学、卫生医疗以及计量测试等领域。

Saganc干涉型光纤传感器是光纤传感中的一种，主要应用于光纤陀螺和光纤电流传感。其光路为互易结构，对振动、温度等环境干扰具有很好的免疫能力，只敏感角速度和电流信号。两束线偏振光在干涉仪中传播后发生干涉，干涉信号携带角速度和电流信号信息，通过检测该信号来实现对角速度和电流信号的提取。因此，需要对光波的偏振态进行控制，转换为线偏振光。

目前，普遍应用的光纤起偏器，例如，双折射晶体型或者偏振片型，结构相对复杂，需要用胶水对其进行粘接，体积也相对较大。光纤陀螺和光纤电流传感器的应用温度为-40～70℃，为满足低成本、小型化等的要求，需要光纤起偏器的结构尽量简单，且易于实现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种薄膜式光纤起偏器件，用以满足光纤传感低成本、小型化等的应用需求。

因此，本发明提供了一种全光纤起偏器的制作方法，包括如下步骤：

S1：将单根单模光纤或保偏光纤插入第一单芯毛细管中，将单根保偏光纤插入第二单芯毛细管中；

S2：对插有单模光纤或保偏光纤的第一单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有保偏光纤的第二单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有单模光纤或保偏光纤的第一单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有保偏光纤的第二单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，所述起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

S3：将所述第一单芯毛细管镀膜的一端与所述第二单芯毛细管镀膜的一端相对进行对轴耦合，在所述输入端输入线偏振光，监测所述输出端的光功率和消光比，在所述输出端的光功率和消光比都达到最大值时进行固定封装，得到全光纤起偏器。

本发明还提供了一种2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法，包括如下步骤：

S1：将双根保偏光纤插入第一双芯毛细管中，将双根保偏光纤插入第二双芯毛细管中；

S2：对插有双根保偏光纤的第一双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的第二双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有双根保偏光纤的第一双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的第二双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，所述起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

S3：在第一准直器面向第二准直器的端面上镀制透射反射比为m:n的薄膜；其中，m:n的范围为1:99至50:50；

S4：将所述第一双芯毛细管、镀膜后的第一准直器、所述第二准直器和所述第二双芯毛细管依次排列，进行对轴耦合；其中，所述第一双芯毛细管镀膜的一端与所述第一准直器斜8°的端面相对，所述第二双芯毛细管镀膜的一端与所述第二准直器斜8°的端面相对，进行对轴耦合；

S5：在所述输入端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测所述输入端的另一根保偏光纤的光功率和消光比，在所述输入端的另一根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将所述输入端的第一双芯毛细管与所述第一准直器固定；

S6：在所述输出端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测所述输出端的另一根保偏光纤和所述输入端的两根保偏光纤的光功率和消光比，在所述输出端的另一根保偏光纤和所述输入端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将所述输出端的第二双芯毛细管与所述第二准直器固定，得到2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器。

本发明还提供了一种1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法，包括如下步骤：

S1：将单根保偏光纤插入单芯毛细管中，将双根保偏光纤插入双芯毛细管中；

S2：对插有单根保偏光纤的单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有单根保偏光纤的单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，所述起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

S3：在第一准直器面向第二准直器的端面上镀制透射反射比为r:s的薄膜；其中，r:s的范围为1:99至50:50；

S4：将所述单芯毛细管、镀膜后的第一准直器、所述第二准直器和所述双芯毛细管依次排列，进行对轴耦合；其中，所述单芯毛细管镀膜的一端与所述第一准直器斜8°的端面相对，所述双芯毛细管镀膜的一端与所述第二准直器斜8°的端面相对；

S5：在所述输入端的保偏光纤处输入线偏振光，监测所述输出端的两根保偏光纤的光功率和消光比，在所述输出端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将所述输入端的单芯毛细管与所述第一准直器固定；

S6：在所述输出端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测所述输出端的另一根保偏光纤和所述输入端的保偏光纤的光功率和消光比，在所述输出端的另一根保偏光纤和所述输入端的保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将所述输出端的双芯毛细管与所述第二准直器固定，得到1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器。

本发明提供的上述薄膜式光纤起偏器件，采用光纤镀膜的方式实现起偏功能，所镀起偏膜由球状银纳米颗粒排列构成，银纳米颗粒分布具有二向色型性质，能够实现起偏功能，取代现有的光纤起偏器中的双折射晶体或者偏振片，从而可以简化光纤起偏器的结构，减小光纤起偏器的插入损耗及体积，降低加工成本。并且，通过光纤镀膜的方式实现起偏功能，由于没有增加额外的器件，因此，所镀起偏膜易与其他光波导进行耦合集成，结构灵活，能够实现多功能集成器件，非常适用于光纤电流传感和光纤陀螺领域。

附图说明

图1为本发明提供的一种全光纤起偏器的制作方法的流程图；

图2为采用本发明提供的一种全光纤起偏器的制作方法得到的全光纤起偏器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法的流程图；

图4为采用本发明提供的一种2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法得到的2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的结构示意图；

图5为本发明提供的一种1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法的流程图；

图6为采用本发明提供的一种1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法得到的1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的结构示意图。

附图标记：1、第一单芯毛细管；2、单模光纤；3、第二单芯毛细管；4、保偏光纤；5、消反膜；6、起偏膜；7、玻璃管；8、第一双芯毛细管；9、第二双芯毛细管；10、第一准直器；11、半透半反膜；12、第二准直器；13、单芯毛细管；14、双芯毛细管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。

本发明提供的一种全光纤起偏器的制作方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：将单根单模光纤或保偏光纤插入第一单芯毛细管中，将单根保偏光纤插入第二单芯毛细管中；

S2：对插有单模光纤或保偏光纤的第一单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有保偏光纤的第二单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有单模光纤或保偏光纤的第一单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有保偏光纤的第二单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

具体地，起偏膜内部的银纳米颗粒分布具有二向色型性质，能够实现起偏功能；

S3：将第一单芯毛细管镀膜的一端与第二单芯毛细管镀膜的一端相对进行对轴耦合，在输入端输入线偏振光，监测输出端的光功率和消光比，在输出端的光功率和消光比都达到最大值时进行固定封装，得到全光纤起偏器；

具体地，全光纤起偏器的输入端为单模光纤或者保偏光纤，输出端为保偏光纤，可用于光纤电流传感器。

在具体实施时，在本发明提供的上述全光纤起偏器的制作方法中，步骤S1和步骤S2中，消反膜可以采用真空蒸镀的方法沉积得到。

在具体实施时，在本发明提供的上述全光纤起偏器的制作方法中，步骤S3中，在输出端的光功率和消光比都达到最大值时，可以将对轴耦合后的两个单芯毛细管放入玻璃管中，在输入端和输出端处点少量紫外胶，利用紫外灯照射紫外胶进行固化，实现固定封装。

图2以第一单芯毛细管1内插入单根单模光纤2，第二单芯毛细管3内插入单根保偏光纤4，第一单芯毛细管1的一端镀消反膜5，第二单芯毛细管3的一端镀起偏膜6为例，对轴耦合后放入玻璃管7中并通过紫外胶固定封装。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法，如图3所示，包括如下步骤：

S1：将双根保偏光纤插入第一双芯毛细管中，将双根保偏光纤插入第二双芯毛细管中；

S2：对插有双根保偏光纤的第一双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的第二双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有双根保偏光纤的第一双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的第二双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

具体地，起偏膜内部的银纳米颗粒分布具有二向色型性质，能够实现起偏功能；

S3：在第一准直器面向第二准直器的端面上镀制透射反射比为m:n的薄膜；其中，m:n的范围为1:99至50:50；

S4：将第一双芯毛细管、镀膜后的第一准直器、第二准直器和第二双芯毛细管依次排列，进行对轴耦合；其中，第一双芯毛细管镀膜的一端与第一准直器斜8°的端面相对，第二双芯毛细管镀膜的一端与第二准直器斜8°的端面相对；

S5：在输入端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测输入端的另一根保偏光纤的光功率和消光比，在输入端的另一根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将输入端的第一双芯毛细管与第一准直器固定；

S6：在输出端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测输出端的另一根保偏光纤和输入端的两根保偏光纤的光功率和消光比，在输出端的另一根保偏光纤和输入端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将输出端的第二双芯毛细管与第二准直器固定，得到2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器；

具体地，2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的输入端与输出端都为保偏光纤，可用于光纤陀螺强度噪声对消光路。

在具体实施时，在本发明提供的上述2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法中，步骤S1和步骤S2中，消反膜可以采用真空蒸镀的方法沉积得到。

在具体实施时，在本发明提供的上述2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法中，步骤S5中，在输入端的另一根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值，将输入端的第一双芯毛细管与第一准直器固定时，可以将输入端的第一双芯毛细管与第一准直器放入玻璃管中，在输入端处点少量紫外胶，利用紫外灯照射紫外胶进行固化，实现固定封装。

在具体实施时，在本发明提供的上述2×2带起偏功能的m:n保偏耦合器的制作方法中，步骤S6中，在输出端的另一根保偏光纤和输入端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值，将输出端的第二双芯毛细管与第二准直器固定时，可以将输出端的第二双芯毛细管与第二准直器放入玻璃管中，在输出端处点少量紫外胶，利用紫外灯照射紫外胶进行固化，实现固定封装。

如图4所示，第一双芯毛细管8内插入双根保偏光纤4，第二双芯毛细管9内插入双根保偏光纤4，图4以第一双芯毛细管8的一端镀起偏膜6，第二双芯毛细管9的一端镀消反膜5，第一准直器10上与斜8°的端面相对的端面上镀半透半反膜11(即透射反射比为50:50)，第二准直器12上不镀膜为例，对轴耦合后放入玻璃管7中并通过紫外胶固定封装。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法，如图5所示，包括如下步骤：

S1：将单根保偏光纤插入单芯毛细管中，将双根保偏光纤插入双芯毛细管中；

S2：对插有单根保偏光纤的单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输出端；或者，对插有单根保偏光纤的单芯毛细管的一个端面进行研磨后镀消反膜，另一端作为输入端，对插有双根保偏光纤的双芯毛细管的一个端面进行研磨后镀起偏膜，另一端作为输出端；其中，起偏膜采用超高真空磁控溅射和离子束复合镀制而成，由球状银纳米颗粒排列构成，通过控制溅射功率控制银纳米颗粒的排列结构；

具体地，起偏膜内部的银纳米颗粒分布具有二向色型性质，能够实现起偏功能

S3：在第一准直器面向第二准直器的端面上镀制透射反射比为r:s的薄膜；其中，r:s的范围为1:99至50:50；

S4：将单芯毛细管、镀膜后的第一准直器、第二准直器和双芯毛细管依次排列，进行对轴耦合；其中，单芯毛细管镀膜的一端与第一准直器斜8°的端面相对，双芯毛细管镀膜的一端与第二准直器斜8°的端面相对；

S5：在输入端的保偏光纤处输入线偏振光，监测输出端的两根保偏光纤的光功率和消光比，在输出端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将输入端的单芯毛细管与第一准直器固定；

S6：在输出端的一根保偏光纤处输入线偏振光，监测输出端的另一根保偏光纤和输入端的保偏光纤的光功率和消光比，在输出端的另一根保偏光纤和输入端的保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值时，将输出端的双芯毛细管与第二准直器固定，得到1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器；

具体地，1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的输入端与输出端都为保偏光纤，可用于光纤陀螺强度噪声对消光路。

在具体实施时，在本发明提供的上述1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法中，步骤S1和步骤S2中，消反膜可以采用真空蒸镀的方法沉积得到。

在具体实施时，在本发明提供的上述1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法中，步骤S5中，在输出端的两根保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值，将输入端的单芯毛细管与第一准直器固定时，可以将输入端的单芯毛细管与第一准直器放入玻璃管中，在输入端处点少量紫外胶，利用紫外灯照射紫外胶进行固化，实现固定封装。

在具体实施时，在本发明提供的上述1×2带起偏功能的r:s保偏耦合器的制作方法中，步骤S6中，在输出端的另一根保偏光纤和输入端的保偏光纤的光功率和消光比都达到最大值，将输出端的双芯毛细管与第二准直器固定时，可以将输出端的双芯毛细管与第二准直器放入玻璃管中，在输出端处点少量紫外胶，利用紫外灯照射紫外胶进行固化，实现固定封装。

如图6所示，单芯毛细管13内插入单根保偏光纤4，双芯毛细管14内插入双根保偏光纤4，图6以单芯毛细管13的一端镀起偏膜6，双芯毛细管14的一端镀消反膜5，第一准直器10上与斜8°的端面相对的端面上镀半透半反膜11(即透射反射比为50:50)，第二准直器12上不镀膜为例，对轴耦合后放入玻璃管7中并通过紫外胶固定封装。

本发明提供的上述薄膜式光纤起偏器件，采用光纤镀膜的方式实现起偏功能，所镀起偏膜由球状银纳米颗粒排列构成，银纳米颗粒分布具有二向色型性质，能够实现起偏功能，取代现有的光纤起偏器中的双折射晶体或者偏振片，从而可以简化光纤起偏器的结构，减小光纤起偏器的插入损耗及体积，降低加工成本。并且，通过光纤镀膜的方式实现起偏功能，由于没有增加额外的器件，因此，所镀起偏膜易与其他光波导进行耦合集成，结构灵活，能够实现多功能集成器件，非常适用于光纤电流传感和光纤陀螺领域。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。