熔锥型光纤耦合器的扭转响应木1.pdf

第33卷第5期光子学报V01．33No．5
2004年5月ACTAPHOTONICASINICAMav2OO4

熔锥型光纤耦合器的扭转响应木

林小莉李平王强马宝民
(1山东大学信息科学与工程学院，济南250100)
(2天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072)

摘要对熔锥型光纤耦合器进行了扭转响应研究．通过放置在耦合器一端的旋转装置对未封装
的熔锥型光纤耦合器耦合区施加扭转作用．实验表明：耦合器的耦合比不但对扭转作用敏感，而且
变化呈单调性；同时耦合器的附加损耗和工作波长不受扭转作用影响，并且这种扭转操作具有可重
复性．通过扭转操作能够对生产出来偏离预定耦合比的耦舍器进行调整，使之符合产品要求，提高
生产效率．
关键词光通信器件；熔锥型光纤耦合器；耦合比；扭转
中图分类号TN253文献标识码A
作原理：入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功
0引言
率再分配，一部分光功率沿入射光纤继续传输，另一
光纤通信系统、光纤传感技术和信号处理部分则耦合到另一光纤输出．
Couplingsection
系统中广泛应用的熔锥型光纤耦合器具有附加损耗InputarmThoughoutarm
低、方向性好、环境稳定性强、控制方法简单灵活、生
Backscatterarm
产制作成本低等特点[3,43．光纤耦合器的制造工艺Couplingarm
图1熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理
有三类：磨抛法、腐蚀法和熔融拉锥法，现在普遍采Fig．1Theoperatingschemeofthefused—taperedfibercoupler
用的光纤耦合器制作技术是熔融拉锥法．熔融拉锥在单模光纤中，传导模是两个正交的基模
法是把两根裸光纤靠在一起，在高温火焰中加热使(HE，)信号．当传导模进入熔锥区时，随着纤芯的
之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成不断变细，值逐渐减小，有越来越多的光功率渗入
为锥形过渡段，从而构成熔锥型光纤耦合器．熔融到光纤包层中．实际上光功率是在由包层作为芯，
区长度和逐渐变细的双锥结构由要求的耦合特性决芯外介质(一般是空气)作为新包层的复合波导中
定．光纤耦合器的性能指标主要有附加损耗、耦合传输的．在输出端，随着纤芯的逐渐变粗，值重新
比与隔离度．在熔锥型光纤耦合器的实际生产过程增大，光功率在两根纤芯中以一定的比例进行重新
中，由于周围环境清洁程度，火焰温度、位置，拉伸速分配．在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够
度等因素的影响，不能准确控制耦合比的大小，往往逼近，在弱导和弱耦合近似下，并假设光纤是无吸收
生产出来的产品与预定耦合比有一定的差距，生产的，则有耦合方程组
效率受到了影响．我们在实践中发现：通过放置在』f～：i(／3，+Cl，)”iCA
光纤耦合器一端的旋转装置对未封装的熔锥区施加
扭转作用(即扭转适当的角度)，可以改变熔锥型光1-i(C22+iC：，A(‘1)
纤耦合器的耦合比，并且不影响其损耗大小和工作
式中，A、A：分别是两根光纤的模场振幅；卢，、卢：是
波长．通过这种方法调整偏离的耦合比使其恢复到两根光纤在孤立状态下的传播常数；C是耦合系
预定值，可以提高耦合器的成品率、节省生产成本，数．实际上，自耦合系数c，，、c：：相对于互耦合系数
对实际的生产制造有很大帮助．c，：、c：，可以忽略，且近似有C。：=C：。=C．当初始条
件为P，(0)=1，P2(0)=0；且卢，=：时，由方程组
1熔锥型光纤耦合器扭转响应机理
(1)可以得到标准熔融拉锥型光纤耦合器的耦合比
图1定性地表示了熔融拉锥型光纤耦合器的工为
P．．
R=×100％=sin(Cz)×100％(2)
‘山东省青年科学家基金(02BS601)和山东大学青年基金资
助课题其中
Tel：[phone]Email：[e-mail](2A),／2UZKo(Wd／r)(3)

——一
c：一—
收稿日期：2003—05—27r(Wd／r)

5期林小莉等．熔锥型光纤耦合器的扭转响应

式(3)中，r是光纤半径，d是两光纤中心的间距，通过式(5)、(6)可以看出：对耦合区的扭转作
U=r(kn2。一)和W=r(fl一。2)是光纤的纤用可以影响耦合系数c，进而改变耦合器的耦合比
芯和包层参量，V=krn。(2A)是光纤的归一化频尺．定性的分析得到：耦合器边缘的折射率随扭转
率，A=(n2。。一n2。)／2it2o。是相对折射率，n。和n。分别而变大，引起耦合器内的模式场的重新分布，减弱了
是纤芯和包层的折射率，K0和K。是零阶和一阶修耦合器两边模式的重叠，最终导致退耦合现象的发
正的第二类贝赛尔函数．生．
当对耦合器施加扭转作用时，光纤耦合器的耦合
2熔锥型光纤耦合器扭转特性研究
比随扭转角度