第41卷第3期
Vol.41No.3
红外与激光工程
InfraredandLaserEngineering
2012年3月
Mar.2012
熔锥型保偏光纤耦合器分光比的依赖性研究
唐尊伟，娄淑琴
(北京交通大学电子信息工程学院，北京100044)
摘
要：基于耦合模理论，推导了熔锥型保偏光纤耦合器快慢轴耦合系数的关系式。通过对标准3dB
保偏光纤耦合器的偏振依赖性、波长依赖性、温度依赖性、双折射依赖性所引起的分光比变化的分析，得出了不同依赖因素对标准3dB耦合器分光比稳定性影响程度的大小。分析结果表明，保偏光纤耦合器的双折射依赖性十分显著；波长依赖性和温度依赖性其次；在一定的工艺条件下，偏振依赖性可以忽略。另外，耦合器的固有双折射越大，分光比波动越大。所得结论对制作熔锥型保偏光纤耦合器的光纤选择、拉制工艺、封装工艺的优化和改进有重要意义。关键词：导波光学；耦合器；保偏光纤；分光比；参数依赖性中图分类号：TN253
文献标志码：A
文章编号：1007-2276(2012)03-0759-06
Researchonthedependenceofcouplingratioforfused-tapered
polarizationmaintainingfibercoupler
TangZunwei,LouShuqin
(SchoolofElectricandInformationEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)
Abstract:Basedonthemodecouplingtheory,thecouplingcoefficientsoffastaxisandslowaxisforfused-taperedpolarization-maintainingfiber(PMF)couplerwerededuced,respectively.Effectsofdifferentparameters,suchasthepolarizationdependence,wavelengthdependence,temperaturedependenceandbirefringencedependence,oncouplingratioofastandard3dBPMFcouplerwerenumericallyinvestigated.Numericalresultsdemonstratethatbirefringencedependenceofthecouplingratioisthemostsignificant,andthenwavelengthdependenceandtemperaturedependenceare,andtheleastsignificantfactoristhepolarizationdependenceatagiventechnicalcondition.Inaddition,thehigherintrinsicbirefringenceis,thelargerthefluctuationofcouplingratiois.Theseresultswillbevaluableforthefiberselectioninthecouplerfabrication,theimprovementoffibercouplerdrawtechniqueandtheinnovationofencapsulationtechnique.Keywords:waveguideoptics;
coupler;
polarization-maintainingfiber;
couplingratio;
dependencecharacterisitic
收稿日期：2011-08-10；修订日期：2011-11-30
基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)(20101CB328206)；国家自然科学基金(60977033，61177082)作者简介：唐尊伟(1985-)，男，硕士，主要从事特种光纤及器件的研究。
导师简介：娄淑琴(1965-)，女，教授，博士生导师，博士，主要从事光通信、光传感及光器件等领域的研究。
Email:[email protected]
760
红外与激光工程第41卷
区(即猫眼)直径为D1，猫眼中心距为D2。
0引言
保偏光纤耦合器在高精度光纤陀螺、光纤传感
对于由两根全同光纤a和b制作的单模光纤耦合器，总电场可以用方程(1)来描述[3]：
器、相干光通信领域都有重要应用[1-4]。早期采用研磨法制作保偏光纤耦合器，它具有可调谐的优点，但制作过程复杂，器件稳定性和可靠性低。后来发展了熔融拉锥法制作保偏光纤耦合器，该方法具有制作简单、能适用于各种复杂环境的优势[2,5-6]。
保偏光纤耦合器在快慢轴方向上传输的光矢量之间无模式耦合，因此能很好地保持光的偏振态，其主要性能指标包括分光比、附加损耗和消光比。这
E(x,y,z)=A(z)Ea(x,y)+B(z)Eb(x,y)
Ea(x,y)、Eb(x,y)分别为光纤a、b中的场分布。
(1)
式中：A(z)、B(z)分别为光纤a、b中在z处场的幅度；
光纤a、b中场的幅度满足如下的耦合模方程：
第41卷第3期
Vol.41No.3
红外与激光工程
InfraredandLaserEngineering
2012年3月
Mar.2012
熔锥型保偏光纤耦合器分光比的依赖性研究
唐尊伟，娄淑琴
(北京交通大学电子信息工程学院，北京100044)
摘
要：基于耦合模理论，推导了熔锥型保偏光纤耦合器快慢轴耦合系数的关系式。通过对标准3dB
保偏光纤耦合器的偏振依赖性、波长依赖性、温度依赖性、双折射依赖性所引起的分光比变化的分析，得出了不同依赖因素对标准3dB耦合器分光比稳定性影响程度的大小。分析结果表明，保偏光纤耦合器的双折射依赖性十分显著；波长依赖性和温度依赖性其次；在一定的工艺条件下，偏振依赖性可以忽略。另外，耦合器的固有双折射越大，分光比波动越大。所得结论对制作熔锥型保偏光纤耦合器的光纤选择、拉制工艺、封装工艺的优化和改进有重要意义。关键词：导波光学；耦合器；保偏光纤；分光比；参数依赖性中图分类号：TN253
文献标志码：A
文章编号：1007-2276(2012)03-0759-06
Researchonthedependenceofcouplingratioforfused-tapered
polarizationmaintainingfibercoupler
TangZunwei,LouShuqin
(SchoolofElectricandInformationEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)
Abstract:Basedonthemodecouplingtheory,thecouplingcoefficientsoffastaxisandslowaxisforfused-taperedpolarization-maintainingfiber(PMF)couplerwerededuced,respectively.Effectsofdifferentparameters,suchasthepolarizationdependence,wavelengthdependence,temperaturedependenceandbirefringencedependence,oncouplingratioofastandard3dBPMFcouplerwerenumericallyinvestigated.Numericalresultsdemonstratethatbirefringencedependenceofthecouplingratioisthemostsignificant,andthenwavelengthdependenceandtemperaturedependenceare,andtheleastsignificantfactoristhepolarizationdependenceatagiventechnicalcondition.Inaddition,thehigherintrinsicbirefringenceis,thelargerthefluctuationofcouplingratiois.Theseresultswillbevaluableforthefiberselectioninthecouplerfabrication,theimprovementoffibercouplerdrawtechniqueandtheinnovationofencapsulationtechnique.Keywords:waveguideoptics;
coupler;
polarization-maintainingfiber;
couplingratio;
dependencecharacterisitic
收稿日期：2011-08-10；修订日期：2011-11-30
基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)(20101CB328206)；国家自然科学基金(60977033，61177082)作者简介：唐尊伟(1985-)，男，硕士，主要从事特种光纤及器件的研究。
导师简介：娄淑琴(1965-)，女，教授，博士生导师，博士，主要从事光通信、光传感及光器件等领域的研究。
Email:[email protected]
760
红外与激光工程第41卷
区(即猫眼)直径为D1，猫眼中心距为D2。
0引言
保偏光纤耦合器在高精度光纤陀螺、光纤传感
对于由两根全同光纤a和b制作的单模光纤耦合器，总电场可以用方程(1)来描述[3]：
器、相干光通信领域都有重要应用[1-4]。早期采用研磨法制作保偏光纤耦合器，它具有可调谐的优点，但制作过程复杂，器件稳定性和可靠性低。后来发展了熔融拉锥法制作保偏光纤耦合器，该方法具有制作简单、能适用于各种复杂环境的优势[2,5-6]。
保偏光纤耦合器在快慢轴方向上传输的光矢量之间无模式耦合，因此能很好地保持光的偏振态，其主要性能指标包括分光比、附加损耗和消光比。这
E(x,y,z)=A(z)Ea(x,y)+B(z)Eb(x,y)
Ea(x,y)、Eb(x,y)分别为光纤a、b中的场分布。
(1)
式中：A(z)、B(z)分别为光纤a、b中在z处场的幅度；
光纤a、b中场的幅度满足如下的耦合模方程：