CN104678503B - 一种基于光热效应的光纤光开关 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤通信领域，具体涉及的是一种基于光热效应的光纤光开关。基于光热效应的光纤光开关，包括控制光纤、接收光纤、自聚焦透镜、光致折射率变化液体、封装毛细管，控制光纤为双芯光纤，信号光在其中一芯传输，出射到光致折射率变化液体中并经自聚焦透镜耦合至接收光纤，控制光在双芯光纤的另一芯传输，另一芯纤芯端面处使得控制光能够在此端面折射，照射在信号光传输光路上，当改变控制光光源功率时，两束光交点处的液体温度改变进而导致折射率发生改变，造成信号光传输光路发生变化，偏离接收光纤，所述的控制光纤、接收光纤、自聚焦透镜、光致折射率变化液体均封装在毛细管中。本发明无需引入加热器，简化了热光开关的结构。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信领域，具体涉及的是一种基于光热效应的光纤光开关。
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。
依据不同的原理，光开关可分为：机械光开关、热光开关、电光开关和声光开关。传统的热光开关通常以光热效应为基础，通过加热器对晶片或流体等波导加热，控制波导的折射率变化，最终完成对光路的调制。2011年，西北工业大学的丁丽娟等人对微流体光波导结构进行了分析(丁丽娟,黎永前,郭海文,王宁博.光热效应的微流体光波导结构分析[J].微纳电子术,2011,05:315-320.)，提出了一种基于微流控芯片的、由光热效应引起的微流体光波导结构，在微通道的上下面分别设计金属铜电极，通过在电极两端施加电压，对通道内液体加热。由于液体具有光热效应，液体在不同温度下折射率不同，沿着通道壁边缘层到通道中间层，折射率排布由低到高，进而实现了折射率渐变型光波导。这种结构可在微流控光学器件中展开应用。
本发明提出一种基于光热效应的光纤光开关，利用光束本身所产生的热量对光波导进行加热，改变光波导折射率，最终实现光开关功能，制作更加简便，价格更为低廉，适合于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、无运动件、操作方便、结构简单、制作容易、造价低廉的光纤光开关。
本发明的目的是这样实现的：
基于光热效应的光纤光开关，包括控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4、封装毛细管5，控制光纤1为双芯光纤，信号光在其中一芯传输，出射到光致折射率变化液体4中并经自聚焦透镜3耦合至接收光纤2，控制光在双芯光纤的另一芯传输，另一芯纤芯端面处使得控制光能够在此端面折射，照射在信号光传输光路上，当改变控制光光源功率时，两束光交点处的液体温度改变进而导致折射率发生改变，造成信号光传输光路发生变化，偏离接收光纤，实现光开关功能，所述的控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4均封装在毛细管5中。
光致折射率变化液体是光的热效应可以引起液体折射率发生改变的液体。
纤芯端面是斜面，只穿透部分包层和纤芯，斜面的角度为α，
控制光与信号光的交点，应控制在信号光传输纤芯端面与自聚焦透镜之间，距控制光纤125μm。
控制光纤与接收光纤之间的距离应控制在135--150μm之间。
本发明的有益效果在于：
本发明无需引入加热器，利用信号光和控制光的热量对波导进行加热，大大简化了热光开关的结构；通过调节控制光的光功率来实现光开关，无运动件、开关速度快；采用的器件价格低廉，适合于大规模生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为控制光纤结构示意图；
图3为控制光纤前视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明进行更为详细的论述：
本发明的目的是这样实现的：包括控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4、封装毛细管5。控制光纤1为一段双芯光纤，信号光在其中一芯1-1传输，出射到光致折射率变化液体4中并经自聚焦透镜3耦合至接收光纤2，控制光在双芯光纤的另一芯1-2传输，此纤芯端面1-3处被加工成合适形状，使得控制光能够在此端面折射，进而照射在信号光传输光路上，当改变控制光光源功率时，两束光交点处的液体温度改变进而导致折射率发生改变，造成信号光传输光路发生变化，偏离接收光纤2，实现光开关功能。所述的控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4均封装在毛细管5中。
所述的光致折射率变化液体，其特征是：光的热效应可以引起液体折射率发生改变，这种液体可以是：水。
所述的具有合适形状的端面1-3，其特征是：斜面，只穿透部分包层和纤芯1-2，该斜面的角度为α，须确保控制光能够在斜面处发生折射，且控制光与信号光的交点位于控制光纤1与自聚焦透镜3之间的合适位置。
所述的控制光纤，需与接收光纤的目标纤芯对准。
所述的控制光与信号光的交点，应控制在信号光传输纤芯端面与自聚焦透镜之间的合适位置，距控制光纤125μm左右，以确保信号光能够偏离接收光纤，且光功率无明显衰减。
所述的控制光纤与接收光纤之间的距离应控制在135--150μm之间，确保光功率无明显衰减，较好地实现光开关功能。
注：1为控制光纤，1-1为信号光传输纤芯，1-2为控制光传输纤芯，1-3为控制光折射斜面，2为接收光纤，3为自聚焦透镜，4为光致折射率变化液体，5为毛细管
实施例1
本发明的制作方法的具体步骤为：
1、取一段双芯光纤，长度一般大于1米，在双芯光纤的一端，剥除光纤的涂覆层20--30mm，使用无纺布蘸取酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤外包层，直至清洁后备用；
2、用光纤切割刀将清洁后的控制光纤端面切割平整；
3、使用光纤磨锥机，将光纤一芯磨出30°斜角；
4、取一段接收光纤，长度一般大于1米，在接收光纤的一端，剥除光纤的涂覆层20--30mm，使用无纺布蘸取酒精和乙醚混合液，反复擦拭光纤外包层，直至清洁；
5、用光纤切割刀将清洁后的接收光纤端面切割平整；
6、用光纤焊接机将自聚焦透镜与接收光纤进行焊接；
7、在毛细管中封入一段光致折射率变化液体；
8、将控制光纤、自聚焦透镜以及接收光纤穿入毛细管并固定，使传输信号光的控制光纤纤芯与接收光纤的目标纤芯良好准直，间距135--150μm左右。
实施例2
如图1所示，一种集成在毛细管中的光纤光开关。
其结构包括控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4、毛细管5，所述的光致折射率变化液体4可以是水，所述的控制光纤1、接收光纤2、自聚焦透镜3、光致折射率变化液体4均封装在毛细管5中，如图3所示，控制光纤为双芯光纤，包括传输信号光的纤芯1-1，传输控制光的纤芯1-2，传输控制光的纤芯1-2端面处被研磨加工成30°的斜面1-3，使得控制光在斜面1-3处发生折射，在控制光纤1与自聚焦透镜3之间的光致折射率变化液体4区域中，与信号光的光路相交，所述的信号光波长为980nm，所述的控制光波长为1480nm。从控制光纤纤芯1-1出射的信号光在光致折射率变化液体4中传输一定距离后会较小程度地扩散，经过自聚焦透镜3后，信号光被会聚，进而能够更高效地耦合到接收光纤纤芯2-1中传输。若改变控制光的光功率，则两束光交点处的液体温度发生变化，进而引起液体折射率改变，信号光光路发生改变，偏离接收光纤的纤芯，实现光开关。
Claims (3)
1.一种基于光热效应的光纤光开关，包括控制光纤(1)、接收光纤(2)、自聚焦透镜(3)、光致折射率变化液体(4)、封装毛细管(5)，其特征是：控制光纤(1)为双芯光纤，信号光在其中一芯传输，出射到光致折射率变化液体(4)中并经自聚焦透镜(3)耦合至接收光纤(2)，控制光在双芯光纤的另一芯传输，另一芯纤芯端面处使得控制光能够在此端面折射，照射在信号光传输光路上，当改变控制光光源功率时，两束光交点处的液体温度改变进而导致折射率发生改变，造成信号光传输光路发生变化，偏离接收光纤，实现光开关功能，所述的控制光纤(1)、接收光纤(2)、自聚焦透镜(3)、光致折射率变化液体(4)均封装在毛细管(5)中；所述的控制光纤(1)的控制光所在的纤芯端面是斜面，只穿透部分包层和纤芯，斜面的角度为α，
2.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的光纤光开关，其特征是：所述的光致折射率变化液体是光的热效应可以引起液体折射率发生改变的液体。
3.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的光纤光开关，其特征是：所述的控制光纤与接收光纤之间的距离应控制在135--150μm之间。
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