双向光功率监测器的制作方法

本文公开了一种类型的光功率监测器，其对于单独地(且同时)测量沿公共光纤在两个方向上传播的信号中的光功率是有用的。

背景技术：

1、传统的光功率监测器由光纤的输出耦合(out-coupling)段和光电二极管的组合构成。所谓的“分路器(tap)光纤”通常去除了沿主信号路径传播的信号的1％至10％，并将此少量信号引导到光电二极管中。通过知道与分路器光纤相关联的特定光功率百分比，光电二极管的测量值可以乘以合适的因子，以找到沿主信号路径传播的信号的实际功率。在大多数情况下，光学分路器用于测量沿光纤的纤芯区在单个方向上传播的光功率。由于大部分传统光学系统基于单向信号路径的使用，因此典型的光学分路器(optical tap)在测量传播的光功率方面表现良好。

2、然而，各种先进的应用正在发展，其中光信号沿公共光纤在两个方向上传播。在这些应用中可以使用一对单独的光学分路器，其中第一光学分路器定位成输出耦合(out-couple)在第一方向上(例如，从左到右)传播的信号的一部分，并且第二光学分路器定位成输出耦合沿同一光纤在相反方向上(例如，从右到左)传播的信号的一部分。需要使用一对单独的光学分路器必然需要使用两倍数量的部件，这增加了光功率测量系统的尺寸和成本。

3、公开的概述

4、公开了一种双向光功率监测器，其被配置为单个串联(in-line)部件，该部件能够同时(并且单独地)测量沿光纤的跨度在两个方向上传播的信号的光功率。

5、根据所公开的原理，双向光功率监测器采取串联器件的形式，该器件设置在沿着光纤的限定“切割”位置处。切割产生一对单独的光纤段，其在下文被定义为来自限定的切割位置一侧的第一光纤段和来自限定的切割位置另一侧的第二光纤段。因此，每个光纤段包括与切割位置相关联的“末端端部(end termination)”，其中第一光纤段和第二光纤段的末端端部作为单独的输入端耦合到双向光功率监测器。所公开的功率监测器利用一对光学上隔离的光电二极管，这些光电二极管被定位成使得在第一方向上传播的光信号的一部分撞击(impinge)一个光电二极管，而在另一方向上传播的信号的一部分被引导到该对光电二极管中的另一个光电二极管中。光纤段的末端端部耦合到透镜结构(典型地，渐变折射率(grin)透镜)中，其中传播信号作为单独且空间上分离的光信号穿过grin透镜。反射元件沿着grin透镜的输出端面设置，其中该反射元件被配置成允许相对小部分的信号穿过(例如，1-10％)，并将大部分光信号重定向为第二次传播通过grin透镜并且在此之后耦合到适当的光纤段内，从而保持信号路径的连续性(即，从第一段进入的信号将被引导到第二段中，反之亦然)。

6、在示例实施例中，双芯光学毛细管(optical capillary)可以被包括以作为输入元件，其中单独的光纤段被定位在双芯毛细管的相关联的中空芯内。

7、在各种示例实施例中，每个光电二极管设置在其自己的壳体元件内，其中所包括的孔用于将来自grin透镜的输出光束引导到光电二极管的有源区中。

8、在一些应用中，所公开的光功率监测器与光学环行器结合使用，测量在环行器的“双向端口”处出现的单独信号。所公开的双向光功率监测器可以设置在该双向端口附近，并且用于(使用第一光电二极管)测量离开双向端口的光功率和(使用第二光电二极管)测量进入双向端口的光功率。

9、所公开的双向功率监测器的实施例可以包括沿光纤设置在限定的切割位置处的双向组件，其中该切割位置形成具有在切割位置处的远端端部的第一光纤段和具有在切割位置处的近端端部的第二光纤段。双向组件包括透镜装置和部分反射元件。透镜装置被设置成接收作为单独的、间隔开的输入端的第一光纤段的远端端部和第二光纤段的近端端部。部分反射元件沿透镜装置的输出端面设置，并且被配置成允许传播通过透镜装置的光信号的少数部分(minor portion)穿过并作为一对自由空间光学分路器光束离开双向组件。部分反射元件将传播信号的剩余的多数部分(major portion)重定向为第二次通过透镜装置，并耦合到第一光纤段和第二光纤段中的适当的一个光纤段，以保持信号路径方向的连续性。双向组件中还包括一对光学上隔离的光电二极管，这对光学上隔离的光电二极管被设置成与这对自由空间光学分路器光束对准，使得这对光学上隔离的光电二极管中的第一光电二极管为沿第一光纤段的远端端部离开的信号提供光功率的测量，并且这对光学上隔离的光电二极管中的第二光电二极管为沿第二光纤段的近端端部离开的信号提供光功率的测量。

10、在以下讨论过程期间且通过参考附图，所公开的双向分路器的其他和进一步的方面和示例可以变得明显。

技术实现思路

技术特征：

1.一种光功率监测器，其用于与支持双向信号传播的光纤一起使用，所述光功率监测器包括：

2.根据权利要求1所述的光功率监测器，其中，穿过所述部分反射元件的光信号的所述少数部分在光功率的约1％-10％的范围内，并且与所述少数部分的范围相配合，被重定向为第二次通过所述透镜装置的所述多数部分在约99％-90％的范围内。

3.根据权利要求1所述的光功率监测器，其中，所述透镜装置包括渐变折射率(grin)透镜。

4.根据权利要求1所述的光功率监测器，其中，所述一对光学上隔离的光电二极管包括：

5.根据权利要求1所述的光功率监测器，其中，所述双向组件还包括：

6.根据权利要求1所述的双向光功率监测器，其中：

7.根据权利要求6所述的光功率监测器，其中，所述第二光纤段的至少一部分包括也响应于光学泵浦光束的一段掺杂稀土的光纤，从而形成光学放大器，所测量的输出功率是放大的光信号的度量，并且所述输入光功率和所述输出光功率的比率定义了所述光学放大器的光学增益。

8.一种对沿双向光纤在相反的方向上传播的光信号执行同时功率测量的方法，所述方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述部分反射元件具有限定的反射率百分比，所述方法还包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其中，沿所述第一光纤段的远端端部离开的光信号包括被引导至光学放大器的输入信号，并且沿所述第二光纤的近端端部离开的光信号包括来自所述光学放大器的经放大的输出信号，所述方法还包括以下步骤：

技术总结
公开了一种双向光功率监测器，其用作沿一段双向光纤的串联监测器。该光功率监测器包括具有透镜装置和部分反射元件的双向组件，该反射元件耦合到透镜装置的输出端。反射元件将在每个方向上传播的光信号的小部分引导到一对光电二极管中的单独的光电二极管(允许同时测量沿光纤在两个方向上传播的功率)。反射元件引导光信号的大部分第二次通过透镜装置并且在此之后耦合到光纤的适当段，从而保持信号传播方向的连续性。

技术研发人员：马丁·R·威廉姆斯
受保护的技术使用者：II-VI特拉华有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23