CN101833178B - 基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器.由熔嵌式双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极和直流电压源构成；所述熔嵌式双芯保偏光纤包括光纤芯、毛细孔和光纤包层；金属阳极位于熔嵌式双芯保偏光纤毛细孔处；金属阴极位于熔嵌式双芯保偏光纤的光纤包层外部，对称分布于双芯两侧；熔嵌式双芯保偏光纤经热极化工艺后具有双芯极化光纤的特征，在金属阳极和金属阴极之间接入直流电压源，实现对其中任意一个纤芯的电光相位调制。本发明能够实现双芯保偏光纤的相位调制，可提高双芯保偏光纤的保偏性能，大大提高光纤器件集成度。

Description

基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器
技术领域
本发明涉及一种光纤相位调制器。
背景技术
过去20多年中，光纤技术的飞速发展激起了人们对光纤用于大范围通讯和敏感系统的兴趣。随着用于光纤通讯、传感器和信号处理等领域的光纤系统的出现，需要能在光纤内直接处理导光的各种光纤器件。为了充分发挥光纤的优势，在这类器件中，需要尽可能避免把光从光纤中取出。在过去几年里，人们一直竭力研制用于全光纤系统的简单、可靠的全光纤器件，以满足光纤技术在通讯和遥控敏感系统应用中不断增长的需要。
飞速发展的光纤通讯和光纤传感技术迫切需要新型的全光纤调制器，而其中的关键器件是全光纤相位调制器。目前常用的全光纤相位调制器采用压电陶瓷环上缠绕光纤来实现，但这种相位调制器受到压电陶瓷材料的响应特性的限制，调制频率通常低于100kHz，这极大地限制了它在光纤传感或传输系统中的应用，于是人们考虑直接应用光纤来制作电光相位调制器。然而，用熔石英制成的光纤是中心对称的材料，不存在线性电光效应，而二阶电光效应又太小难以替代昂贵的晶体材料，如铌酸锂、磷酸二氢钾(KDP)、磷酸钾钛(KTP)等，这限制了其在一些重要光器件(如电光调制器、光开关、可调滤波器及波长转换器等)中的应用。
1991年，Myers等人通过在高温下对SiO2材料进行热极化的方法成功地在SiO2中得到了二阶非线性效应，为SiO2应用于更广阔的器件领域提供了可能性。之后，人们通过不同的途径提高极化引起的非线性效应。1994年以来，光纤热极化技术的发展，使得在熔石英光纤中可以产生二阶非线性，这为获得新型实用的全光纤电光调制器提供了可能。虽然目前的全光纤电光相位调制器的线性电光系数仍较小，但人们已开始探索将其制成新型光纤器件的途径。国外实验室对极化熔石英光纤制作光纤电光器件进行了许多试验。Kazansky和他的同事们设计了单模光纤磨抛的“D”型光纤结构，得到了真空中热极化的电光效应(参见文献：Kazasky PG，Russell PSJ，Takebe H.Glass fiber poling and application[J].IEEE Journal ofLightwave Technology，1997，15(8)：1484-1493)。Fleming等应用双孔和内电极结构，经紫外极化，得到了较高的电光系数(参见文献：Simon Fleming，Danny Wong，Hugh Inglis et al.Poled fiber devices for electro-optic modulation[J].SPIE 1996，2893：450-460)。Long等用小纤芯“D”型光纤以及聚酰亚胺作绝缘材料，在12cm极化长度上得到了半波电压仅75V的热极化电光光纤(参见文献：X.C.Long，S.R.J.Brueck.Large-single phase retardation with a poled electro-optic fiber[J].IEEE Photon.Technal.Lett.，1997，9(6)：767-769)。这些极化光纤在实验室里是成功的，但在实用上还有一些困难。Kazansky的极化光纤电极是压在光纤上的，因此此结构无法应用于较长光纤的极化，而且也无法用于高速的电光调制。Fleming等的双孔和内电极结构几乎使该极化光纤无法与实际的光纤系统熔接。Long利用小纤芯“D”型光纤制作极化光纤，不仅使极化光纤与实用的通信光纤(其纤芯直径约为6-7微米)的熔接较困难，而且价格也较昂贵。
英国南安普顿大学的Kazansky将热极化单模光纤作为电光相位调制器用于制作单模光纤Mach-Zehnder干涉仪，演示了波长为0.83微米、调制频率为150kHz的单模光纤电光强度调制器，由于该强度调制器用普通单模光纤制成，光传输中光的偏振态变化较大，实验中需用偏振控制器来控制Mach-Zehnder干涉仪系统中的偏振态。另外，该实验中的调制电极是机械地压在光纤上的，没有进行电极的实用化封装，因此该实验在偏振态控制和电极封装上存在困难，也就无法实现长时间的稳定调制。
国内暨南大学光电工程研究所陈哲教授利用热极化熊猫保偏光纤制成了带有微电极的全保偏光纤电光相位调制器，该相位调制器较好地解决了偏振态的控制和电极封装的问题(参见发明专利CN 1289061A)。北京大学伍刚博士基于双孔光纤将一根几十微米的细金属丝插入到一个直径比之略大的微孔中，通过对毛细孔和电极的精确控制并选择合适的电极材料和插入方法，制做出了长达1m的电极，初步解决双孔光纤中电极较短的问题(参见发明专利CN 100434974C)。
通常光纤电光相位调制器在应用中需要与其他光纤器件组成干涉仪结构来构成多种形式的电光调制器。所以整体光纤光路的稳定性是制约光纤电光相位调制器应用的瓶颈。我们采用中空双芯保偏光纤制作全光纤相位调制器，首先用中空双芯保偏光纤构成集成光纤Mach-Zehnder干涉仪，干涉仪的两臂集成于同一根光纤中，具有更简单的结构，光路之间能够保证相对稳定，所以能够有效地避免振动、温度等环境因素和偏振态变化的影响，大大提高全光纤相位调制器的性能。
基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器，经检索，目前国内外尚无有关的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现双芯保偏光纤的相位调制，保偏性能好，集成度高的基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器。
本发明的目的是这样实现的：
由熔嵌式双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极和直流电压源构成；所述熔嵌式双芯保偏光纤包括光纤芯、毛细孔和光纤包层；金属阳极位于熔嵌式双芯保偏光纤毛细孔处；金属阴极位于熔嵌式双芯保偏光纤的光纤包层外部，对称分布于双芯两侧；熔嵌式双芯保偏光纤经热极化工艺后具有双芯极化光纤的特征，在金属阳极和金属阴极之间接入直流电压源，实现对其中任意一个纤芯的电光相位调制。
本发明还可以包括：
1、熔嵌式双芯保偏光纤的包层处开有电极金属阳极引出窗口，金属阳极引出窗口位于两阴极中间的间隙处。
2、金属阳极距离纤芯较近。
本发明的实质性效果是：
1.通过采用内置金属阳极和外置金属阴极对熔嵌式双芯保偏光纤每个纤芯进行热极化和电光调制，实现双芯保偏光纤的相位调制；
2.由于熔嵌式双芯保偏光纤的结构特征，金属阳极距离纤芯较近，可提高双芯保偏光纤的保偏性能；
3.基于熔嵌式双芯保偏光纤，可将相位调制器集成于一根光纤中，大大提高光纤器件集成度；
4.该双芯保偏极化光纤相位调制器集成于一根光纤中，可实现光纤内迈克尔逊干涉仪、光纤内马赫-泽德干涉仪等全光纤器件。
附图说明
图1基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器结构示意图；
图2双芯保偏光纤实物端面图；
图3一种基于该相位调制器的光纤内Michileson干涉仪结构示意图；
图4一种基于该相位调制器的光纤内Mach-Zehnder干涉仪结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，该相位调制器由熔嵌式双芯保偏光纤1、金属阳极2、金属阴极3、金属阳极引出窗口4和直流电压源5构成。熔嵌式双芯保偏光纤包括光纤芯1-1、毛细孔1-2和光纤包层1-3，其实物端面如图2所示；金属阳极位于熔嵌式双芯保偏光纤毛细孔处；金属阴极位于双芯保偏光纤包层外部，对称分布于双芯两侧。利用公知的光纤热极化工艺将该双芯保偏光纤进行极化。双芯保偏光纤经热极化工艺后具有双芯极化光纤的特征。在金属阳极和金属阴极之间接入直流电压源，可实现对其中任意一个纤芯的电光相位调制；金属阳极引出窗口在双芯保偏光纤包层处开出，位于两阴极中间的间隙处，利用在金属阳极窗口上覆盖一层金属电极，将内置的金属阳极在双芯保偏光纤包层外引出；同时，由于金属阳极距离纤芯较近，小于10um，可提高双芯保偏光纤的保偏性能。该双芯保偏极化光纤相位调制器集成于一根光纤中，可实现光纤内迈克尔逊干涉仪、光纤内马赫-泽德干涉仪等全光纤器件，因此其集成度高、体积小、制作简单和成本低等特点，同时具有偏振保持特性和电光相位调制功能。
应用实施例1
如图3所示，一种基于该相位调制器的光纤内Michileson干涉仪。其结构包括2x2耦合区6、相位电光调制区8和光纤反射端7。耦合区6通过公知的光纤熔融拉锥耦合技术制作而成；相位电光调制区由金属阳极2、金属阴极3和直流电压源5构成；光纤反射端7采用公知的光纤端面镀膜技术制作而成。该种光纤内Michileson干涉仪整个结构集成在一根125um熔嵌式中空双芯保偏光纤中，通过直流电压源5的电光调制来实现Michileson干涉仪其中一个干涉臂的相位调制。
应用实施例2
如图4所示，一种基于该相位调制器的光纤内Mach-Zehnder干涉仪。其结构包括两个2x2耦合区6和相位电光调制区8。耦合区6通过公知的光纤熔融拉锥耦合技术制作而成；相位电光调制区由金属阳极2、金属阴极3和直流电压源5构成。该种光纤内Mach-Zehnder干涉仪整个结构集成在一根125um熔嵌式中空双芯保偏光纤中，通过直流电压源5的电光调制来实现Mach-Zehnder干涉仪其中一个干涉臂的相位调制。

Claims (2)

1.一种基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器，由熔嵌式双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极和直流电压源构成；其特征是：所述熔嵌式双芯保偏光纤包括两个椭圆形光纤芯、一个中央毛细孔和光纤包层，两个椭圆形光纤芯熔嵌在中央毛细孔的内壁上；金属阳极位于熔嵌式双芯保偏光纤毛细孔处；金属阴极位于熔嵌式双芯保偏光纤的光纤包层外部，对称分布于双芯两侧；熔嵌式双芯保偏光纤经热极化工艺后具有双芯极化光纤的特征，在金属阳极和金属阴极之间接入直流电压源，实现对其中任意一个纤芯的电光相位调制，构成光纤内迈克尔逊干涉仪或光纤内马赫-泽德干涉仪；
熔嵌式双芯保偏光纤的包层处开有电极金属阳极引出窗口，金属阳极引出窗口位于两阴极中间的间隙处。
2.根据权利要求1基于熔嵌式双芯保偏极化光纤的相位调制器，其特征是：金属阳极距离纤芯较近。
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