CN102207638B

CN102207638B - 基于挤压式非对称双芯光纤开关

Info

Publication number: CN102207638B
Application number: CN2011101654930A
Authority: CN
Inventors: 苑立波; 田原
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: CN102207638A

Abstract

本发明提供的是一种基于挤压式非对称双芯光纤开关，包括非对称式双芯光纤、堆叠式压电陶瓷挤压装置和可调电压源；非对称双芯光纤上通过熔融拉锥的方式耦合成两个3dB耦合器，两个耦合器形成Mach-Zehnder干涉仪；压电陶瓷堆的压载方向垂直于光纤轴向，压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度，压电陶瓷堆位于两个耦合器之间。本发明结构简单，易于制造，光路之间能够保证相对稳定，能够有效避免振动、温度等环境因素的影响，插入损耗低，提高了全光纤电光调制的性能，能够实现单根光纤中光开关的调制，并且光纤所需的调制长度很短，最短只需几毫米。

Description

基于挤压式非对称双芯光纤开关

技术领域

本发明涉及一种干涉型集成式光信号开关，属于光纤有源器件领域。

背景技术

作为目前通信的基础，光电子器件已经成为必不可少的部分。光电子器件的发展已成为制约通信发展的重要原因。20世纪60年代末所提出的“集成光学”的概念在当今已经广泛应用于光电器件的加工设计，它是将一套光学系统的所有器件集成到同一基底上，通过波导使器件之间相互连接，从而使一块基底实现一个光学系统所实现的功能。它具有高集成度、稳定性高、抗干扰强、易于大批量生产等优点，但块状集成相比光纤而言，隔离度较差，尤其在与传输媒质的光纤进行连接时，会造成很大的耦合损耗，虽然已经能做到60％以上，但与光纤之间0.1dB的耦合损耗而言还是相对较大。另外，光纤集成无论稳定性、抗干扰能力上都优于块状集成。尤其是单模光纤，具有低散射、本征损耗的优点。各种特性表明光纤集成是优于块状集成的产品，而制约光纤集成的发展的主要因素就是光纤器件的发展。

目前的光开关绝大多数都含有空间光路部分，即并未完全处于光纤中的调制，这就使得全光纤网络的优点丧失，且对器件的抗震动以及对环境因素的影响更加严重。

目前传统的光开关主要有机械式和非机械式，机械式的开关速度只有毫秒量级，非机械式开关制作起来相对困难，如铌酸锂晶体、透明体电陶瓷等光电材料在开关应用上，由于其制造时固有的的差异、温度环境等原因所引起的半波电压偏离原有值，进而导致光偏振态的偏移而引起信道之间的串扰，影响开关性能。公开号为CN 101859034 A的专利文件中公开了一种集成在一根光纤中的双芯光纤开关(公开日2010年10月13日)，将整个光纤开关器件置于一根光纤中，然而这种开关需要对光纤进行复杂的微加工工艺并需要对光纤进行一系列预处理，这对光纤开关生产成本和工艺上都有十分严格的要求，并且这种光开关插入损耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现在一根光纤中的开关调制操作，为全光网络的光电器件提供一种造价更为低廉、温度稳定性高、串扰小、插入损耗低的基于挤压式非对称双芯光纤开关。

本发明的目的是这样实现的：

包括非对称式双芯光纤、堆叠式压电陶瓷挤压装置和可调电压源；非对称双芯光纤上通过熔融拉锥的方式耦合成两个3dB耦合器，两个耦合器形成Mach-Zehnder干涉仪；压电陶瓷堆的压载方向垂直于光纤轴向，压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度，压电陶瓷堆位于两个耦合器之间。

本发明还可以包括：

1、所述压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度是，压电陶瓷堆与双芯所在面以角度0°角侧向压在非对称双芯光纤调制端上。

2、所述压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度是，压电陶瓷堆与双芯所在面以角度90°角侧向压在非对称双芯光纤调制端上。

3、所述非对称双芯光纤是，一纤芯位于光纤中心位置，另一纤芯位于偏心处。

对压电陶瓷堆施加一定强度的电压，非对称光纤在受到侧向力时在某些角度上双芯会受到不同大小及方向的应力作用，由此产生的光纤的应力双折射特性使两臂出现一定程度的相位差，两束光在第二个耦合部干涉使在输出端出现光的开关调制。

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种基于非对称双芯光纤本身，通过(1)在这种特殊的双芯光纤上进行两次熔融拉锥而构造出一种非对称光纤Mach-Zehnder干涉仪；(2)对该干涉仪中处于同一光纤横截面上不同位置的两个光纤芯子施加侧向作用力，通过两个纤芯应力双折射差来实现相位的调制，从而实现光波能量在两个光纤芯之间的转换开关作用。本发明结构简单，易于制造，光路之间能够保证相对稳定，能够有效避免振动、温度等环境因素的影响，插入损耗低，提高了全光纤电光调制的性能，能够实现单根光纤中光开关的调制，并且光纤所需的调制长度很短，最短只需几毫米。

本发明的实质性效果是：

1、采用光纤中心具有一个芯子的非对称双芯光纤，可以与标准的单模光纤匹配和连接，便于本光纤开关插入现有的标准光纤应用系统中；

2、压电陶瓷堆侧压在非对称双芯光纤上，在内部各处所产生的应力有所不同，从而使位置不同的双芯受力不一，即产生一定的相位差，从而实现光开关的调制。

3、本结构通过对非对称双芯光纤本身施加两次拉伸较短熔融拉锥过程即可获得，不需要与其它光纤进行焊接并在焊点处实施熔融拉锥并且要拉制较长的光纤锥体才能而形成绝热光耦合锥体。因此制作简单，成本相对低廉，可批量生产。

4、整个结构位于一根光纤中，具有集成度高、稳定性好、损耗低、串扰小以及易匹配等优点。

附图说明

图1为挤压式非对称双芯光纤2×2开关的光纤主体示意图；

图2为挤压式非对称双芯光纤2×2开关的工作原理示意图；

图3为非对称双芯光纤挤压方向0°角示意图；

图4为非对称双芯光纤挤压方向90°角示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

实施例1

如图2所示，一种挤压式非对称双芯光纤开关。剖面图示意图如图3所示。

其结构包括集成光纤和外部压电陶瓷及可调电压源。其中压电陶瓷3受可调电压源4控制对非对称双芯光纤两拉锥之间的调制端2施加压力6；集成光纤如图1所示，其结构包括两端非对称光纤1、非对称双芯光纤调制端2和熔融拉锥端5。通过两次公知的熔融拉锥的方法将非对称双芯光纤构成光纤Mach-Zehnder干涉仪，很容易实现3dB的光纤熔融耦合，满足对光波长的无选择性。非对称双芯光纤1及调制端2的结构特征是：一纤芯位于光纤中心位置，另一纤芯位于偏心处。压电陶瓷堆3与双芯所在面以角度0°侧向压在非对称双芯光纤调制端2上，剖面图如图3所示。对压电陶瓷堆3加入一定强度的电压，从而实现对双芯光纤中的两束光在第二个耦合部干涉即在输出端出现光的开关功能。

实施例2

如图2所示，一种挤压式非对称双芯光纤开关。剖面图示意图如图4所示。

其结构同实施例1类似，区别在于压电陶瓷堆3与双芯所在面以角度90°侧向压在非对称双芯光纤调制端2上，剖面图如图4所示。

Claims

1.一种基于挤压式非对称双芯光纤开关，包括非对称双芯光纤、压电陶瓷堆和可调电压源；其特征是：非对称双芯光纤上通过熔融拉锥的方式耦合成两个3dB耦合器，两个耦合器形成Mach-Zehnder干涉仪；压电陶瓷堆的压载方向垂直于光纤轴向，压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度，压电陶瓷堆位于两个耦合器之间；压电陶瓷堆中的压电陶瓷受所述可调电压源控制对非对称双芯光纤两拉锥之间的调制端施加压力；所述非对称双芯光纤是：一纤芯位于光纤中心位置，另一纤芯位于偏心处。

2.根据权利要求1所述的基于挤压式非对称双芯光纤开关，其特征是：所述压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度是，压电陶瓷堆与双芯所在面以角度0°角侧向压在非对称双芯光纤调制端上。

3.根据权利要求1所述的基于挤压式非对称双芯光纤开关，其特征是：所述压电陶瓷堆与双芯所在位置呈固定角度是，压电陶瓷堆与双芯所在面以角度90°角侧向压在非对称双芯光纤调制端上。