技术摘要：
本发明公开了一种新型光纤隔离器的设计方法，在这种隔离器中，通过外部操作，在光纤内形成一组新的，与光纤轴向具有一定夹角的芯外波导结构。纤芯内的光场在传输过程，会与芯外波导进行耦合。正向传输时，耦合入芯外波导的光场经过一定距离传输，重新被耦合入光纤，此  全部
背景技术：
光纤隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋 转的非互易性，通过起偏，检偏等操作，最终造成正向传输光损耗小，反向传输光损耗大。其 在激光技术以及光通信领域被广泛应用。实际生产过程，需要晶体生产，晶体切割，器件装 配等过程，代价高昂。此外，由于不同波长的光经过旋光效应，其偏振偏转角度不同，造成现 有的光隔离器只能在一定带宽下进行工作，且不同波长下的隔离度不一致，存在最佳工作 波长。 基于光纤内，通过溶液腐蚀，表面等离子体注入，紫外相位掩模版刻蚀，飞秒激光 刻蚀等外部操作在光纤内引入倾斜包层波导的方法可以制备出光隔离单元。这种光隔离单 元，正向传输光被外部引入的波导耦合出纤芯至包层波导中，经过一段距离，随外部波导与 纤芯距离的变短，光场再次被耦合入光纤；反向传输光首先被外部波导耦合出光纤至包层 波导中，经过一段距离传输，伴随包层波导与纤芯距离的增大，其光场在包层中被逐步损 耗。通过将至少一个光隔离单元进行不同方式的级联，得到光纤隔离系统，我们称这种系统 为新型光纤隔离器。 这种新型光纤隔离器，一方面可以克服现有隔离器生产工艺复杂的问题，另一方 面基于内部波导的光纤隔离器是一种全带宽器件，不同波长上隔离度平坦，还可以通过调 整级联光隔离单元的数目、角度控制该器件的隔离度、插入损耗、偏振特性等性质。基于以 上认识，本申请提出的新型光纤隔离器的设计是一种显著的技术进步。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了利用波导间耦合作用原理的 一种新型全光纤光隔离器的设计方法。 本发明实现光隔离功能的基本原理是通过利用具有微小夹角波导之间的相互耦 合作用而实现的。 当两个波导存在一定夹角的时候，波导之间的耦合作用随着波导之间的距离变化 而变化。波导之间距离小，耦合作用强，波导之间距离大，耦合作用减小，最终在距离增大到 一定尺度时，波导间耦合作用消失，两个波导互不影响。利用以上原理，如果在光纤内引入 一段可以与光纤纤芯发生耦合的一段波导，并且使该波导与光纤纤芯呈现一定夹角，使得 这段波导起点与纤芯重合，终点与纤芯之间存在一定距离。这时在该波导的不同位置，与光 纤纤芯距离不一致，耦合作用强弱不一致。规定波导与光纤纤芯距离较小的方向到距离较 大的方向为反方向，那么当光纤内光沿反方向入射时，两个波导耦合作用由强到弱，当耦合 作用较强时，纤芯内光场的能量耦合入包层波导，当耦合作用较弱时，包层波导内的光场能 量不能耦合回光纤纤芯，这部分能量最终在光纤内耗散，使得反方向传输光存在一个较大 3 CN 111610652 A 说　明　书 2/4 页 损耗。当光纤内光沿正方向如何时，两个波导耦合作用由弱到强，纤芯内的光场同样被耦合 如包层波导中。但是由于当波导之间的距离足够小时，包层波导与纤芯重合，此时被耦合出 纤芯，存在于包层波导的光场能量重新回到纤芯中，此时整个结构损耗较小。通过以上原 理，实现了正向损耗小，反向损耗大的光隔离器的基本功能，称这样的一个结构为一个光隔 离单元。在具体光纤隔离器设计中，需要集成多个光隔离单元，来实现光纤隔离器对于隔离 度，偏振，插入损耗的要求。 本发明的主要构成成分包括具有基本隔离功能的光隔离单元，并通过光隔离单元 进行级联，最终得到光隔离器。其中光隔离单元有光纤和在光纤内引入的具有一定几何构 型的外部引入的一组波导结构构成。具体的波导几何构型是指角形结构，即外部引入的波 导结构与光纤纤芯具有一定夹角。 所述光纤是圆形椭圆形波导的总称，包括但不限于光子晶体光纤、微结构光纤、单 模光纤、多模光纤、少模光纤、高分子光纤、保偏光纤、多芯光纤等圆形及椭圆形波导。 所述能够在光纤内制造波导结构的外部操作方法包括飞秒激光刻蚀、溶液腐蚀、 紫外相位掩模版刻蚀、表面等离子束注入等方法。 所述级联方式包括并联与串联以及两者混合方式。并联方式为在光纤同一位置， 引入多个光隔离单元，不同隔离单元的区别在于其与光纤轴向夹角不同，或者在光纤剖面 上的排布方向不同。串联方式为在光纤不同位置，引入多个光隔离单元。 所述隔离单元的几何构型，其核心内容是由光纤纤芯延续到光纤纤芯外或本身在 光纤纤芯外，与光纤轴向方向呈现一定夹角，具有一定长度的一段外部引入的一组波导结 构。并且该波导在纤芯轴向上的投影，可与轴向直线重合，也可不与轴向直线重合。 所述的一组包层波导，既包括一组直线类型波导，也包括具有一定弧度的一组曲 线类型波导。一组直线类型的波导包括通过外部手段，单次制备的一条直线波导；包括通过 外部手段，多次制备，加大折射率差异的一条直线波导；也包括通过外部手段，多次制备，加 大耦合效果的平行的多条直线波导。一组直线类型的波导包括通过外部手段，单次制备的 一条曲线波导；包括通过外部手段，多次制备，加大折射率差异的一条曲线波导；也包括通 过外部手段，多次制备，加大耦合效果的平行的多条曲线波导。 进一步的在所述光纤隔离器中，可以选择在波导的起始位置，中间位置，制备额外 的一组波导结构，增强波导与光纤纤芯内光场的耦合强度。 进一步的在所述光纤隔离器中，可以选择在波导的中间位置，末端位置，制备额外 的波导结构，增强被波导从光纤纤芯耦合出的光场能量的损耗。 作为优选方案，所述一组波导与光纤轴向方向夹角为0-85度。 作为优选方案，所述一组波导可以通过光纤纤芯，也可以不通过光纤纤芯，其与光 纤模场中心点的最小距离为0微米至10倍光纤内主要传输模式模场直径。 作为优选方案，所述一组波导的长度为1µm至10cm。 作为优选方案，如果所述一组波导使用曲线结构，其弧度小于0.1745，即10°角。 与现有技术相比，本发明的新型光纤光隔离器，带来的有益效果是： （1）所述的光纤隔离器是实现光隔离功能的一种新方法； （2）所述的光纤隔离器结构简单，工艺简单，性能优异，大大简化了现有商用光纤隔离 器的制备过程，降低了成本； 4 CN 111610652 A 说　明　书 3/4 页 （3）刻蚀波导结构可以适应在高光功率下的工作条件； （4）由于使用波导耦合的原理，使得设计的光隔离器可以在光纤内全带宽下工作，并且 不同波长下的隔离度平坦。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作 进一步说明； 图1是本发明提供的新型光纤隔离器结构示意图； 图2是本发明的实施应用系统示意图； 图3是本发明光纤阻隔器正反向连接波长与损耗图； 1-光纤纤芯、2-组波导结构、3-光纤包层、4-宽带光源、5-光纤隔离器、6-光谱仪。