CN104678594A - 一种微光纤光开关 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种微光纤光开关。一种微光纤光开关，包括用于控制开关通断的控制光源、用于通信的信号光源、适用于控制光和信号光波长的波分复用器、具有耦合区的第一光纤、以及在耦合区上镀有可以吸收特殊波长吸收膜的第二光纤组成。这种光纤光开关具备结构简单且尺寸小、可重复性高、抗造效果好等诸多优点。

Description

一种微光纤光开关
技术领域
本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种微光纤光开关。
背景技术
随着时代的进步，科技水平的更新，当代的信息网络已经开始朝着全光网络时代发展。全光网络是指上、下载的业务信号及交换过程均以光波的形式进行，没有任何光电及电光转换，全部过程都在光域范围内完成。光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。光开关可使光路之间进行直接交换，是光网络中完成全光交换的核心器件，随着全光网络市场的扩大，光开关的研究日益成为全光通信领域关注的焦点。
通常使用的光开关有微电子机械系统、电光开关、热光开关、液晶光开关、磁光效应光开关、声光光开关以及半导体多量子阱超快光开关等等多种，其原理可以大致分为3种，将某一光纤通道的光信号切断或开通；将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道；在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一波长的光信号。由于光开关对于全光网络的重要性，使得其在多个领域内都有显著的发展。
在诸多种的光开关中，其通常尺寸偏大，原理复杂，成本高等缺点都成为了制约光开光发展的一个屏障。由于当今的全光网络通常以光纤为媒介，而传统的光开关在与光纤系统对接时的种种不便也限制了光开关的发展。光纤光开关的出现很好的解决了以上叙述的一些问题，光纤以其成本低，抗噪能力强，尺寸小等诸多优点进入了研究者们的视野，光纤光开关不但可以实现完美的与当今全光网络中的光纤进行对接，而且可以在极其狭窄的空间进行使用，这都使得光纤光开关有着一定的研究价值。
专利CN102495479A公开发明了一种基于石墨烯薄膜的电控微纳光纤光开关，其结构主要包括拉锥的光输出微纳光纤、拉锥的光输入微纳光纤和基于石墨烯薄膜的电路控制模块组成。其中基于石墨烯薄膜的电路控制模块是以涂覆有石墨烯薄膜的硅基底为中心，并在其硅基底边缘置有金属电极。当金属电极接外电源，通过不同的外加电压改变石墨烯薄膜的透射率，以光在微纳光纤中的倏逝场传播原理为基础，达到对光从输入端微纳光纤耦合入输出端微纳光纤的控制，从而实现光纤光开关的功能。这种方法虽然有着光纤光开关的诸多优点，但由于石墨烯材料的成本比较高，而且其控制构架的复杂性限制了光开关的尺寸。本专利提出的光纤光开关，不但成本极低，而且在结构上充分的体现了光纤尺寸小的优点，特别是可以应用在狭窄的空间内。
本专利设计的光纤光开关是基于热对流效应制作的，由于吸收膜对控制光进行吸收后产生了一个热源，使得液体内部有了明显温度梯度，从而利用形成的热对流场实现微光纤的耦合，进而达到光开关的作用。目前尚未有利用这种效应构建的光纤光开关。
发明内容
本发明的目的在于把当今的微光纤耦合技术与热对流效应相结合，构成一种微光纤光开关。
本发明的目的是这样实现的：
一种微光纤光开关，包括用于控制开关通断的控制光源1、用于通信的信号光源2、适用于控制光3和信号光4波长的波分复用器5、具有耦合区的第一光纤6、以及在耦合区上镀有可以吸收特殊波长吸收膜7的第二光纤8组成，利用波分复用器5将控制光3与信号光4同时注入第二光纤8中，吸收膜7对控制光3进行吸收并释放出热量，热源的存在改变工作液体9流动方向，使第一光纤的耦合区10受到热流的作用向第二光纤耦合区11靠近，当第一光纤的耦合区10和第二光纤的耦合区11相接触时，在第二光纤8中的信号光4满足耦合条件，在第一光纤6中激励出传导模式12，当关闭控制光源1的时，第一光纤6不能保持与第二光纤8紧密接触，信号光4由于第一光纤耦合区10与第二光纤的耦合区11之间不满足耦合条件，导致不能在第一光纤6中激励出传导模12，从而通过对控制光3的通断实现信号光4在第一光纤6中的通断。
波分复用器5是根据控制光3和信号光4的不同波长而选择的，其中控制光源1与信号光源2所发射的光波长不相同。
吸收膜7只对控制光3的波长进行吸收。
工作液体9受热会引起液体局部流向发生改变。
耦合区域的第一光纤6是在单根光纤上用熔融拉锥方法制作的一段具有直径均匀的微光纤，当其受力后弯曲并且在第一光纤耦合区与第二光纤耦合区紧密接触，保留这样的一段特定长度的微光纤耦合区10。
本发明的有益效果在于：
这种光纤光开关具备结构简单且尺寸小、可重复性高、抗造效果好等诸多优点。
附图说明
图1一种光纤光开光的系统图；
图2热对流场内水流方向；
图3光纤光开关封装图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明的技术方案为：
一种微光纤光开关，包括用于控制开关通断的控制光源、用于通信的信号光源、适用于控制光和信号光波长的WDM、具有耦合区的第一光纤、以及在耦合区上镀有可以吸收特殊波长吸收膜的第二光纤组成；其特征在于，利用WDM将控制光与信号光同时注入第二光纤中，吸收膜对控制光进行吸收并释放出热量，由于此热源的存在改变液体流动方向，使得第一光纤的耦合区受到热流的作用向第二光纤耦合区靠近，当第一光纤的耦合区和第二光纤的耦合区相接触时，在第二光纤中的信号光刚好满足耦合条件，在第一光纤中可以激励出传导模式，而当关闭控制光源的时候，第一光纤由于周围环境的影响将不能保持与第二光纤紧密接触，信号光由于第一光纤耦合区与第二光纤的耦合区之间不满足耦合条件，导致不能在第一光纤中激励出传导模，从而通过对控制光的通断实现信号光在第一光纤中的通断。
所述的一种WDM是根据控制光和信号光的不同波长而选择的，其中控制光源与信号光源所发射的光波长不相同。
所述的特殊波长吸收膜只对控制光的波长进行吸收，而对于信号光的波长吸收较少。
所述的工作液体，其特征是：受热会引起液体局部流向发生改变，这种液体可以是水，或其他。
所述的具有耦合区域的第一光纤是在单根光纤上用熔融拉锥方法制作的一段具有直径均匀的微光纤，其特征在于当其受力后可以弯曲并且在第一光纤耦合区与第二光纤耦合区可以紧密接触，保留这样的一段特定长度的微光纤耦合区。
本发明具有如下特点：1、由于控制光与信号光在同一根光纤中传播，使得其整套系统变得简单；本光纤光开关可以根据信号光的波长调整光路，使其适用范围广阔；3、由于整套系统都是由光纤组成的光路，所以光开关的整体尺寸较小，这使得这个种光开关可以灵活的应用于狭窄空间内；4、由于整套系统是由光纤组成的光路，所以其具有光纤的优良性质，例如成本低、抗干扰性强、可重复性高等诸多优点。
图1一种光纤光开光的系统图
其中，[1]为控制光源，[2]为信号光源，[3]为控制光，[4]为信号光，[5]为WDM，[6]为具有耦合区的第一光纤，[7]为对特殊波长吸收的吸收膜，[8]为在耦合区上镀有对于特殊波长吸收膜的第二光纤，[9]工作液体，[10]为第一光纤的微光纤耦合区，[11]为第二光纤的微光纤耦合区，[12]为由信号光在第一光纤中激励起的传导模。
图2热对流场内水流方向
[7]为对特殊波长吸收的吸收膜，[9]工作液体，[10]为第一光纤的微光纤耦合区，[11]为第二光纤的微光纤耦合区，[13]水流方向，[14]微光纤受力方向。
工作原理
信号光经WDM进入第二光纤中，通过特制的微光纤耦合区，其中吸收膜对其的影响可以忽略不计，最终经过第二光纤的出射端出射。此过程中信号光并没有入射到第一光纤中，因此对第一光纤视为关闭状态；当打开控制光源时，控制光与信号光经过WDM同时耦合入第二光纤中，当控制光源经过吸收膜时，吸收膜吸收掉控制光的大部分功率并产生热量，使其变为热流的热源。当热源进行工作时，在热源周围会形成一个热对流场，其对流方向是由四周指向热源，如图2所示。第一光纤的微光纤耦合部分在热对流的驱使下向第二光纤的微光纤耦合部分靠近，直至紧密接触。由于信号光在微光纤耦合区中传播时，有较大的倏失场在光纤外部传播，当第一光纤的微光纤耦合区也第二光纤的微光纤耦合区相接触并满足耦合条件时，信号光会在第一光纤中激励起传导模式，从而将信号光耦合入第一光纤中，因此对第一光纤视为开启状态。
实施例
1，选择通信中常用的1550nm光源作为信号光源，选择633nm光源作为控制光源，依据信号光与控制光选择1550nm和633nm的WDM以及1550nm通信用的普通单模光纤。
2，选取一段1550nm单模光纤约3米左右，在其中心部位利用米勒钳祛除2cm左右长度的涂覆层，并擦拭干净。将光纤固定在拉锥机上，将裸纤置于拉锥机火头正下方，利用熔融拉锥的方法对光纤进行拉制，直至获得直径在10nm左右、长度在2cm左右的微光纤结构。用宝石刀将拉制的微光纤区域切断形成第一光纤。
3，选取一段1550nm单模光纤约3米左右，在其中心部位利用米勒钳祛除2cm左右长度的涂覆层，并擦拭干净。将光纤固定在拉锥机上，将裸纤置于拉锥机火头正下方，利用熔融拉锥的方法对光纤进行拉制，直至获得直径在10nm左右、长度在2cm左右的微光纤结构。将光纤整体置于镀膜机中，在拉制的微光纤区域镀上一层铜膜从而得到第二光纤。
4，按照图1所示连接光路，按照图3所示将第一光纤和第二光纤如图中位置固定于内径500微米、长度1cm的毛细管中，先将毛细管一端用环氧胶密封后，在毛细管注满水溶液，最后将毛细管另一端用环氧胶密封。
5，打开信号光源的同时打开控制光源，信号光源将从第一光纤的出射端输出，对第一光纤的出射端体现为开启状态；打开信号光源，关闭控制光源时，信号光将不会进出第一光纤中,对第一光纤的出射端体现为关闭状态。

Claims (5)

1.一种微光纤光开关，包括用于控制开关通断的控制光源(1)、用于通信的信号光源(2)、适用于控制光(3)和信号光(4)波长的波分复用器(5)、具有耦合区的第一光纤(6)、以及在耦合区上镀有可以吸收特殊波长吸收膜(7)的第二光纤(8)组成，其特征在于：利用波分复用器(5)将控制光(3)与信号光(4)同时注入第二光纤(8)中，吸收膜(7)对控制光(3)进行吸收并释放出热量，热源的存在改变工作液体(9)流动方向，使第一光纤的耦合区(10)受到热流的作用向第二光纤耦合区(11)靠近，当第一光纤的耦合区(10)和第二光纤的耦合区(11)相接触时，在第二光纤(8)中的信号光(4)满足耦合条件，在第一光纤(6)中激励出传导模式(12)，当关闭控制光源(1)的时，第一光纤(6)不能保持与第二光纤(8)紧密接触，信号光(4)由于第一光纤耦合区(10)与第二光纤的耦合区(11)之间不满足耦合条件，导致不能在第一光纤(6)中激励出传导模(12)，从而通过对控制光(3)的通断实现信号光(4)在第一光纤(6)中的通断。
2.根据权利要求1所述的一种微光纤光开关，其特征在于：所述的波分复用器(5)是根据控制光(3)和信号光(4)的不同波长而选择的，其中控制光源(1)与信号光源(2)所发射的光波长不相同。
3.根据权利要求1所述的一种微光纤光开关，其特征在于：所述的吸收膜(7)只对控制光(3)的波长进行吸收。
4.根据权利要求1所述的一种微光纤光开关，其特征在于：所述的工作液体(9)受热会引起液体局部流向发生改变。
5.根据权利要求1所述的一种微光纤光开关，其特征在于：所述耦合区域的第一光纤(6)是在单根光纤上用熔融拉锥方法制作的一段具有直径均匀的微光纤，当其受力后弯曲并且在第一光纤耦合区与第二光纤耦合区紧密接触，保留这样的一段特定长度的微光纤耦合区(10)。
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