CN101859034A - 集成在一根光纤中的双芯光纤开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种集成在一根光纤中的双芯光纤开关。输入端为入射光纤；电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极、直流压源和双芯光纤拉锥耦合区，熔嵌式中空双芯保偏光纤一端与入射光纤熔接耦合、另一端经过熔融拉锥形成双芯光纤拉锥耦合区，金属阳极封闭在熔嵌式中空双芯保偏光纤中，金属阴极位于熔嵌式中空双芯保偏光纤外，两电极分别位于熔嵌式中空双芯保偏光纤中一个纤芯的两侧，直流电源连接在两电极之间；双芯光纤拉锥耦合区的另一端为输出端。本发明不仅具有偏振保持功能，且具有集成于一根光纤中、制造成本低廉、无运动件、开关速度快、稳定性好、集成度高、串扰小、插入损耗小和体积小等优点。

Description

集成在一根光纤中的双芯光纤开关
技术领域
本发明涉及的是一种光纤开关。属于光纤通信领域。
背景技术
光开关是一种具有一个或多个传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。现在，以DWDM为基础的全光网络已成为电信网络中的发展方向，不同波长的光信号在网络中要实现路由选择必然要采用光开关，它可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有许多应用场合，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。
光开关目前大体可分为传统的机械光开关和新近研究的非机械光开关两大类。机械光开关的发展最为成熟，它具有插入损耗低、偏振无关、串扰小等优点。不足之处是开关时间长，一般为毫秒量级，与要求的微秒和纳秒量级相差甚远；体积大，有的还存在回跳抖动和重复性较差等问题。非机械光开关一般是利用材料的电光、声光、热光和磁光等效应研制而成，相对机械式光开关来说，他们具有较高的开关速度，一般可达到微妙量级甚至纳秒量级，可以实现高密度集成，可以应用于未来的集成光交换和光电子交换系统。不足之处是插入损耗稍大、隔离度低。
近年来，光开关的研究与开发采用了很多新技术、新机理和新材料，并随着多芯光纤技术的快速发展，出现了多种高集成度全光纤开关，如哈尔滨工程大学光子科学与技术研究中心公开的一种基于双芯光纤的纤内光开关(参见Proc.of SPIE Vol.6838，68380F，2007)，但由于其采用微位移平板和悬臂梁结构进行光开关的切换，导致光纤开关速度慢，体积也未能得到减小。此外，北京大学物理学院还公开了一种双芯光纤极化光开关(参见第十二届全国化合物半导体材料、微波器件和光电器件学术会议论文集)，但由于其采用双芯光纤侧面抛光技术和自聚焦透镜方法，增加了制造成本和制造工艺的复杂性，并降低了光纤开关的集成度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅具有偏振保持功能，且制造成本低廉、无运动件、开关速度快、稳定性好、集成度高、串扰小、插入损耗小和体积小的集成在一根光纤中的双芯光纤开关。
本发明的目的是这样实现的：
包括输入端、电光调制端和输出端；输入端为入射光纤；电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极、直流压源和双芯光纤拉锥耦合区，熔嵌式中空双芯保偏光纤一端与入射光纤熔接耦合，熔嵌式中空双芯保偏光纤另一端经过熔融拉锥形成双芯光纤拉锥耦合区，金属阳极封闭在熔嵌式中空双芯保偏光纤中，金属阴极位于熔嵌式中空双芯保偏光纤外，金属阳极与金属阴极分别位于熔嵌式中空双芯保偏光纤中一个纤芯的两侧，直流电源连接在金属阳极与金属阴极之间；双芯光纤拉锥耦合区的另一端为输出端，输出端包括第一输出端口和第二输出端口。
本发明的实质性效果是：
1.双芯光纤采用熔嵌式中空双芯保偏光纤结构，具有保偏功能，且容易实现微金属电极的制备。
2.在双芯光纤与入射光纤熔接耦合过程中，熔嵌式中空双芯保偏光纤的中空处会自然熔实，双芯间距很近便于实现3db的1x2光纤熔接耦合，且可满足对光波长的无选择性。
3.整个光纤开关集成在一根光纤中，具有稳定性好、集成度高、串扰小和插入损耗低的特点。
4.采用电光调制方法进行光纤开关光路切换，具有无运动件、开关速度快的优点。
5.采用公知的光纤熔接耦合技术、光纤熔融拉锥技术和独特的微金属电极技术制备集成在一根光纤中的双芯光纤开关，制备方法简单、成本低廉、可批量生产。
附图说明
图1是集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关示意图。
图2是集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关计算机仿真结果图。
图3是输出端为普通实心双芯光纤的集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关示意图。
图4是入射光纤与双芯光纤熔接耦合示意图。
图5是熔嵌式中空双芯保偏光纤端面实物图。
图6是集成在一根光纤中的1x1双芯光纤开关示意图。
图7是集成在一根光纤中的1x1双芯光纤开关计算机仿真结果图。
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：
实施例1
如图1所示，一种集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关。
其结构包括输入端1、电光调制端2和输出端3。输入端包括入射光纤1-1，电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤2-1、金属阳极2-2、金属阴极2-3、直流电压源2-4和双芯光纤拉锥耦合区2-5，输出端包括输出端口3-1和输出端口3-2。其特征是：双芯光纤采用熔嵌式中空双芯保偏光纤结构，如图5所示；入射光纤为普通单模单芯光纤。利用公知的光纤熔接耦合技术，将双芯光纤一端与入射光纤熔接耦合，在熔接过程中熔嵌式中空双芯保偏光纤的中空处会自然熔实，双芯间距很近便于实现3db的1x2光纤熔接耦合，且可满足对光波长的无选择性，如图4所示；采用公知的光纤熔融拉锥技术，将双芯光纤另一端进行熔融拉锥，形成双芯光纤拉锥耦合区2-5、输出端口3-1和输出端口3-2；双芯光纤带有微金属电极，包括阳极和阴极，两微电极分别位于其中一个纤芯两侧，且阳极距离纤芯较近，约10um以下，该双芯光纤经强电场热极化后具有极化光纤的功能；整个结构为光纤内Mach-Zenhder全光纤干涉仪，利用直流电压源电光调制其中一个干涉臂的光程，可实现光从输出端口3-1或输出端口3-2的完全输出，另一个端口完全截止，从而实现光从输入端到输出端的1x2光开关功能。集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关计算机仿真结果如图2所示。
实施例2
如图3所示，输出端为普通实心双芯光纤的集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关。
其结构包括输入端1、电光调制端2和输出端3。输入端包括入射光纤1-1，电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤2-1、金属阳极2-2、金属阴极2-3、直流电压源2-4和双芯光纤拉锥耦合区2-5，输出端包括输出端口3-1和输出端口3-2。其特征是：电光调制端的双芯光纤采用熔嵌式中空双芯保偏光纤结构，如图5所示；入射光纤为普通单模单芯光纤；输出端由普通实心单模双芯光纤构成。利用公知的光纤熔接耦合技术，将熔嵌式中空双芯保偏光纤一端与入射光纤熔接耦合，在熔接过程中熔嵌式中空双芯保偏光纤的中空处会自然熔实，双芯间距很近便于实现3db的1x2光纤熔接耦合，且可满足对光波长的无选择性，如图4所示；采用公知的光纤熔融拉锥技术，将熔嵌式中空双芯保偏光纤另一端与出射光纤进行熔融拉锥耦合，形成双芯光纤拉锥耦合区2-5、输出端口3-1和输出端口3-2；熔嵌式中空双芯保偏光纤带有微电极，包括阳极和阴极，两微电极分别位于其中一个纤芯两侧，且阳极距离纤芯较近，约10um以下，该双芯光纤具有极化光纤的功能。整个结构为光纤内Mach-Zenhder全光纤干涉仪，利用直流电压源电光调制其中一个干涉臂的光程，可实现光从输出端口3-1或输出端口3-2的完全输出，另一个端口完全截止，从而实现光从输入端到输出端的1x2光开关功能。输出端为普通实心双芯光纤的集成在一根光纤中的1x2双芯光纤开关计算机仿真结果参见图2。
实施例3
如图6所示，一种集成在一根光纤中的1x1双芯光纤开关。
其结构包括输入端1、电光调制端2和输出端3。输入端包括入射光纤1-1，电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤2-1、金属阳极2-2、金属阴极2-3、和直流电压源2-4，输出端包括出射光纤3-3。其特征是：双芯光纤采用熔嵌式中空双芯保偏光纤结构，如图5所示；入射光纤和出射光纤都为普通单模单芯光纤。利用公知的光纤熔接技术，将入射光纤和出射光纤分别熔接耦合在双芯光纤的两端，构成光纤内Mach-Zenhder全光纤干涉仪结构，在熔接过程中熔嵌式中空双芯保偏光纤的中空处会自然熔实，双芯间距很近便于实现3db的1x2的光纤熔接耦合，且可满足对光波长的无选择性，如图4所示；双芯光纤带有微电极，包括阳极和阴极，两微电极分别位于其中一个纤芯两侧，且阳极距离纤芯较近，约10um以下，该双芯光纤具有极化光纤的功能。双芯光纤经强电场热极化后，通过直流电压源电光调制其中一个干涉臂的光程来实现两个干涉臂的干涉极大(开状态)或干涉极小(关状态)，从而实现光从入射光纤到出射光纤的1x1光开关功能。集成在一根光纤中的1x1双芯光纤开关计算机仿真结果如图7所示。

Claims (3)

1.一种集成在一根光纤中的双芯光纤开关，包括输入端、电光调制端和输出端；其特征是：输入端为入射光纤；电光调制端包括熔嵌式中空双芯保偏光纤、金属阳极、金属阴极、直流压源和双芯光纤拉锥耦合区，熔嵌式中空双芯保偏光纤一端与入射光纤熔接耦合，熔嵌式中空双芯保偏光纤另一端经过熔融拉锥形成双芯光纤拉锥耦合区，金属阳极封闭在熔嵌式中空双芯保偏光纤中，金属阴极位于熔嵌式中空双芯保偏光纤外，金属阳极与金属阴极分别位于熔嵌式中空双芯保偏光纤中一个纤芯的两侧，直流电源连接在金属阳极与金属阴极之间；双芯光纤拉锥耦合区的另一端为输出端。
2.根据权利要求1所述的集成在一根光纤中的双芯光纤开关，其特征是：输出端包括第一输出端口和第二输出端口。
3.根据权利要求1或2所述的集成在一根光纤中的双芯光纤开关，其特征是：金属阳极距离纤芯较近，在10um以下。
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