CN105004898A - 一种具有集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺，该全光纤电流互感器包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，当光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，光电光路集成模块和调制光路集成模块为分别封装的两模块，光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接；当光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，光电光路集成模块的输出尾纤作为制作调制光路集成模块的输入尾纤，光电光路集成模块和调制光路集成模块一起整体封装而成。该全光纤电流互感器具备信噪比高、体积小、安装简易、生产成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流互感器技术领域，特别是一种新型的具有模块化、集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺。
背景技术
电流互感器在电网中起着精确快速测量电流的作用，是智能电网的核心设备，基于法拉第磁光效应的全光纤电流互感器能够对高压电流实现非介入式传感测量，是高压电子式电流互感器的主要发展方向。目前国内主流的全光纤电流互感器(FOCT)的光路使用了相互分离且均具有独立封装外壳的光源、分束器、起偏器、直波导(或Y波导)、光电探测器等光学器件组成，典型的直波导设计方案如图1a所示，光源101发出的光经过分束器102，进入起偏器103进行起偏，产生高偏振度的线偏振光，与直波导104进行45°熔接后，分裂成偏振方向互相垂直的两列光波，受到直波导104的闭环相位调制，通过光纤延迟环105、传输光缆进入敏感环106中，在敏感环106中产生法拉第磁光效应后再经反射镜107反射回来，沿原光路返回至分束器102的另一端最终在光电探测器108处进行光电转换完成信号检测。图1b则是采用Y波导的设计方案，Y波导110和保偏分束器111替代起偏器103和直波导104，基本原理与直波导方案是相通的，不详述。鉴于光学器件厂家稀少，且各自仅能研制、生产部分器件，光纤电流互感器制造厂目前都是用分离的光学器件来组建所需要的光路，各光学器件之间采用尾纤熔接的方式，如图1a和图1b中，黑色圆点表示各器件之间的尾纤熔接点109，在光纤延迟环105之前的光路部分就至少需要5、6个熔接点。
熔接点过多对光路的性能具有诸多不利的影响，主要表现为以下几点：
1、增大了光路中的偏振串扰，降低了光路的信噪比。根据光纤光学理论和全光纤电流互感器的光路设计知识，光路中的每一个熔接点都是一个不可忽视的偏振串扰点，远比光纤弯折带来的偏振串扰点的影响大得多。所以，在其光路设计和生产时，对每个熔接点的熔接角度都会提出明确的要求，但由于用光纤熔接机熔接光纤时并不可能绝对地精确控制熔接角度，导致熔接角度与设计值存在偏差，因而引入了一定幅度的偏振串扰。很显然，熔接点越多，光路中引入偏振串扰的几率就越大，幅度也越大。故高性能的光路一般要求熔接点越少越好。
2、增加了光路装配的工艺复杂性和可靠性。由于外形尺寸要求，全光纤电流互感器给光路预留的安装位置通常不会太多，这就要求光路装配比较紧凑、充分利用空间。但是一套光路中不仅有4、5种光学器件、5、6个熔接点，还有10余米长左右的器件尾纤，部分光学器件还需要焊接电气导线，不管如何设计、布局，整个光路的装配工艺都会显得非常复杂、繁琐，同时这些工序均无法用机器只能靠人工完成，其长期可靠性也是非常令人担忧的。
3、增加了光纤熔接机的使用频率，增加了生产成本，降低了产能。显而易见，熔接点越多，使用光纤熔接机的次数则越多，而光纤熔接机一般都是非常昂贵的设备，每个光纤电流互感器制造厂通常也不会购置太多，频繁地使用光纤熔接机，会降低其寿命，延长工序时间，降低了全光纤电流互感器的产能。
发明内容
本发明针对现有的全光纤电流互感器的光路设计方案中熔接点过多、信噪比低、工艺复杂、可靠性差以及生产成本高等问题，提供一种新型的全光纤电流互感器的制作工艺，实现全光纤电流互感器的模块化、集成化光路设计，具备信噪比高、体积小、安装简易、生产成本低的优点。本发明还涉及一种具有集成化光路的全光纤电流互感器。
本发明的技术方案如下：
一种全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺，
所述光电光路集成工艺，在一基底上，先制作出无封装外壳并具有光源电气引线的光源芯片，再用第一段光纤与光源芯片的输出光学端面进行对准、固定作为光源芯片的输出尾纤；然后制作无封装外壳并具有光电探测器电气引线的光电探测器芯片，再用第二段光纤与光电探测器芯片的输入光学端面进行对准、固定作为光电探测器芯片的输入尾纤；最后将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤；
所述调制光路集成工艺，在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成；
当两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺是在制作出均无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的各组件后，通过与相位调制器的光学端面按特定角度进行对准、固定的技术进行调制光路的各组件的连接，且集成的调制光路留有输入尾纤和输出尾纤；对集成的光电光路和调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按0°熔接；
当两集成工艺在相同基底时，将光电光路的输出尾纤与无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的组件的输入光学端面对准、固定后依次进行调制光路的各组件的连接，并在两集成工艺完成后将光电光路和调制光路一起进行整体封装。
当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用第三段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第二段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用一段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后在起偏器芯片和直波导芯片之间安装准直器并使所述准直器的光轴与二者光轴重合，所述准直器与起偏器芯片、直波导芯片之间形成空间光路；最后再用一段保偏光纤与直波导芯片输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在相同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，所述直波导芯片具有直波导电气引线，将光电光路的输出尾纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第四段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作无封装外壳并具有Y波导电气引线的Y波导芯片，再用第四段光纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第五段和第六段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤。
当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在相同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
制作出无封装外壳并具有Y波导电气引线的Y波导芯片，将光电光路的输出尾纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第七段和第八段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤。
一种具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，
所述光电光路集成模块包括设置在一基底上且均无封装外壳的光源芯片、光电探测器芯片和第一分光器，所述光源芯片具有光源电气引线，所述光电探测器芯片具有光电探测器电气引线，所述第一分光器为将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为光电光路集成模块的输出尾纤；
所述调制光路集成模块，与光电光路集成模块设置在相同或不同的基底上，包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器，
当光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块为分别封装的两模块，所述调制光路集成模块留有输入尾纤和输出尾纤，所述光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接；
当光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述光电光路集成模块的输出尾纤作为制作调制光路集成模块的输入尾纤，所述调制光路集成模块设置有输出尾纤，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块一起整体封装而成。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述起偏器芯片具有输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有第一段保偏光纤，所述第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的第二段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述起偏器芯片具有输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有准直器且所述准直器的光轴与二者光轴重合，所述准直器与起偏器芯片、直波导芯片之间形成空间光路，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的一段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述光电光路集成模块的输出尾纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有第三段保偏光纤，所述第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的第四段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的Y波导芯片和第二分光器，所述Y波导芯片具有Y波导电气引线和输入尾纤，所述Y波导芯片和第二分光器之间设置有两个保偏光纤，所述两个保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤，所述第二分光器是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤。
当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的Y波导芯片和第二分光器，所述Y波导芯片具有Y波导电气引线，所述光电光路集成模块的输出尾纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，所述Y波导芯片和第二分光器之间设置有两个保偏光纤，所述两个保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤，所述第二分光器是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤。
本发明的技术效果如下：
本发明提供的一种新型的全光纤电流互感器的制作工艺，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺，先制作出无封装外壳并具有相关电气引线的芯片组件，将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤；然后在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成，实现了光电光路和调制光路的集成化、模块化光路设计，省去了传统工艺通过相互分离且均具有独立封装外壳的各光学组件的熔点过多导致的偏振串扰大、信噪比低、工艺复杂、可靠性差以及生产成本高等种种问题，利用光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术制作第一分光器，实现分光器与光源芯片、光电探测器芯片的直接耦合，直接耦合代替熔点熔接。当两集成工艺在不同基底时，本发明所述工艺将FOCT光路设计成两个独立的集成化的模块，而不是分离的光学器件，当两集成工艺在相同基底时，FOCT光路设计成一整个集成化的模块，对其进行整体封装，本发明工艺是对模块的外形封装进行了重新设计，分别集成的光电光路和调制光路对外只有输出尾纤和电气引线，用户在使用时无需考虑复杂的光学器件安装、尾纤熔接等问题，具备信噪比高、体积小、安装简易、使用方便、生产成本低的优点。
本发明涉及的具有集成化光路的全光纤电流互感器，包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，两集成模块中可分别封装或整体封装，集成模块内部各组件设计精巧，结构简单紧凑，模块内部的光学器件依次制作，无需进行光纤熔接，极大地减少了熔接点的数量，信噪比得以提升，集成模块化设计使得安装简易，可解决当前FOCT光路研制、生产时熔点多的难题，更容易被用户接受，利于全光纤电流互感器的推广应用，特别适用于要求实时监控光源功率或对小型化要求不太高的场合。
附图说明
图1a和图1b均为传统的全光纤电流互感器的结构示意图。
图2为本发明全光纤电流互感器的制作工艺中的光电光路集成工艺的原理图。
图3a和图3b为本发明全光纤电流互感器的制作工艺中的调制光路集成工艺的两种原理图。
图4为本发明全光纤电流互感器的制作工艺中的调制光路集成工艺的另一种原理图。
图5和图6分别为本发明全光纤电流互感器的制作工艺的另两种实施例的原理图。
图7为本发明具有集成化光路的全光纤电流互感器的结构示意图。
图中各标号列示如下：
101－光源；102－分光器；103－起偏器；104－直波导；105－光纤延迟环；106－敏感环；107－反射镜；108－光电探测器；109－熔接点；110－Y波导；111－保偏分束器；
1－光电光路；2－调制光路；3－FOCT光路；
201－光源芯片；2011－光源电气引线；202－光电探测器芯片；2021－光电探测器电气引线；203－第一分光器；204－光电光路的输出尾纤；205－调制光路的输入尾纤；206－起偏器芯片；207－直波导芯片；2071－直波导电气引线；208－调制光路的输出尾纤；209－Y波导芯片；2091－Y波导电气引线；210－第二分光器；211－波导电气引线；212－准直器；213－空间光路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明涉及一种全光纤电流互感器的制作工艺，针对FOCT光路的制作，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺。
光电光路集成工艺进行光电光路的集成，集成后的光电光路实现了传统工艺光路中的光源、分束器、光电探测器等光学器件的功能，但是设计原理以及生产制作工艺具有本质性区别，本申请的光电光路集成工艺采用尾纤耦合型工艺方案。光电光路集成工艺集成光电光路1的原理如如图2所示，在一基底上，先制作出无封装外壳并具有光源电气引线2011的光源芯片201，该光源芯片201可以是SLD芯片，再用第一段光纤与光源芯片201的输出光学端面进行对准、固定作为光源芯片201的输出尾纤；然后制作无封装外壳并具有光电探测器电气引线2021的光电探测器芯片202，该光电探测器芯片202可以是PIN-FET芯片，再用第二段光纤与光电探测器芯片202的输入光学端面进行对准、固定作为光电探测器芯片202的输入尾纤；最后将光源芯片201的输出尾纤和光电探测器芯片202的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器203，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤204。该方案利用了尾纤直接耦合的技术，避免在光电光路内部出现熔接点。
调制光路集成工艺进行调制光路的集成，集成后的调制光路实现了传统工艺光路的起偏、相位调制等光学器件的功能，但是设计原理以及生产制作工艺具有本质性区别，本申请的调制光路集成工艺可采用尾纤耦合型工艺方案或者采用芯片集成型工艺方案，在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成。当两集成工艺在不同基底时，调制光路集成工艺是在制作出均无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的各组件后，通过与相位调制器的光学端面按特定角度进行对准、固定的技术进行调制光路的各组件的连接，且集成的调制光路留有输入尾纤和输出尾纤；对集成的光电光路和调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按0°熔接；当两集成工艺在相同基底时，将光电光路的输出尾纤与无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的组件的输入光学端面对准、固定后依次进行调制光路的各组件的连接，并在两集成工艺完成后将光电光路和调制光路一起进行整体封装。
由于目前FOCT光路设计分直波导、Y波导两种方案，因此本发明分别针对两种方案进行集成化设计说明。当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，该实施例的调制光路集成工艺集成调制光路2的原理如图3a所示，采用尾纤耦合型工艺方案，先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片206和直波导芯片207，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，直波导芯片207具有直波导电气引线2071；再用第三段光纤与起偏器芯片206的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤205；然后用第一段保偏光纤一端按照45°而不是通常的0°与起偏器芯片206的输出光学端面对准、固定，再将该第一段保偏光纤另一端与直波导芯片207的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第二段保偏光纤与直波导芯片207的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤208。
当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，调制光路集成工艺如图3b所示原理集成调制光路2，采用芯片集成型工艺方案，先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片206和直波导芯片207，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，直波导芯片207具有直波导电气引线2071；再用一段光纤与起偏器芯片206的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤205；然后在起偏器芯片206和直波导芯片207之间安装准直器212并使所述准直器212的光轴与二者光轴重合，准直器212与起偏器芯片206、直波导芯片207之间形成空间光路213；最后再用一段保偏光纤与直波导芯片207输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤208。
当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在不同基底时，该实施例的调制光路集成工艺集成调制光路2的原理如图4所示，先在另一基底上制作无封装外壳并具有Y波导电气引线2091的Y波导芯片209，再用第四段光纤与Y波导芯片209的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤205；然后用第五段和第六段保偏光纤分别按0°和90°与Y波导芯片209的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片209的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器210，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤208。
图2—4所示实施例是光电光路集成工艺和调制光路集成工艺在不同基底时采用的方案，此时是将FOCT光路设计成两大集成模块，然后对两大集成模块即对集成的光电光路和集成的调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按0°熔接即可。
除上述实施例外，光电光路集成工艺和调制光路集成工艺也可以在相同基底上设计，即在同一块基底上，制作一套完整的光路集成模块，实现FOCT光路的全部功能，内部无任何光纤熔接点，可以最大限度地缩小体积，提高集成度，光路集成模块对外只有一根输出尾纤及电气引线，用户在使用时将其视为一个独立的器件，直接安装至FOCT产品中即可工作。
当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在相同基底时，本发明全光纤电流互感器的制作工艺集成的FOCT光路3的原理如图5所示，类似将图2和图3a中的光电光路1、调制光路2在同一块基底上按顺序制作。首先制作均无封装外壳的光源芯片201、光电探测器芯片202，用二者尾纤用熔融、拉丝、耦合的方法制作第一分束器203；然后制作均无封装外壳的起偏器芯片206、直波导芯片207，将光电光路的输出尾纤(或者说是第一分束器203的输出尾纤)与起偏器芯片206的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片206的输出光学端面对准、固定，再将所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片207的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第四段保偏光纤与直波导芯片207的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤208。
当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在相同基底时，本发明全光纤电流互感器的制作工艺集成的FOCT光路3的原理如图6所示，类似将图2和图4中的光电光路1、调制光路2在同一块基底上按顺序制作。首先制作均无封装外壳的光源芯片201、光电探测器芯片202，用二者尾纤用熔融、拉丝、耦合的方法制作第一分束器203；再制作出无封装外壳的Y波导芯片209，将光电光路的输出尾纤(或者说是第一分束器的输出尾纤)与Y波导芯片209的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第七段和第八段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片209的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片209的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器210，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤208。
本发明还涉及一种具有集成化光路的全光纤电流互感器，该具有集成化光路的全光纤电流互感器与上述全光纤电流互感器的制作工艺相对应，可以理解为是通过上述全光纤电流互感器的制作工艺制作的产品。该具有集成化光路的全光纤电流互感器的结构如图7所示，包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，光电光路集成模块设置有光源电气引线2011和光电探测器电气引线2021，调制光路集成模块设置有波导电气引线211、输入尾纤和输出尾纤208，光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接。本发明采用电气引线的方式取代现有技术已封装的器件引脚，有利于缩小体积和提高电气焊装的灵活性。
光电光路集成模块的结构可参考图2，该图中的光电光路1可以理解为是光电光路集成模块，该光电光路集成模块包括设置在一基底上且均无封装外壳的光源芯片201、光电探测器芯片202和第一分光器203，光源芯片201具有光源电气引线2011，光电探测器芯片202具有光电探测器电气引线2021，第一分光器203为将光源芯片201的输出尾纤和光电探测器芯片202的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为光电光路集成模块的输出尾纤204。
调制光路集成模块，可以与光电光路集成模块设置在相同或不同的基底上，包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器，当光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块为分别封装的两模块，所述调制光路集成模块留有输入尾纤和输出尾纤，所述光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接；当光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述光电光路集成模块的输出尾纤作为制作调制光路集成模块的输入尾纤，所述调制光路集成模块设置有输出尾纤，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块一起整体封装而成。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，调制光路集成模块的结构可参考图3a所示，该图中的调制光路2可以理解为是尾纤耦合型的调制光路集成模块，调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的起偏器芯片206和直波导芯片207且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，直波导芯片207具有直波导电气引线2071，起偏器芯片206具有输入尾纤205，起偏器芯片206和直波导芯片207之间设置有第一段保偏光纤，所述第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片206的输出光学端面对准、固定，所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片207的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片207的输出光学端面进行对准、固定的第二段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤208。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，调制光路集成模块的结构还可参考图3b所示，该图中的调制光路2可以理解为是芯片集成型的调制光路集成模块，调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片206和直波导芯片207且二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，直波导芯片207具有直波导电气引线2071，起偏器芯片206具有输入尾纤205，起偏器芯片206和直波导芯片207之间设置有准直器212且所述准直器212的光轴与二者光轴重合，准直器212与起偏器芯片206、直波导芯片207之间形成空间光路213，与所述直波导芯片207的输出光学端面进行对准、固定的一段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤208。
当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，具有集成化光路的全光纤电流互感器的光路(即FOCT光路3)结构可参考图5所示，此时的调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片206和直波导芯片207且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，直波导芯片207具有直波导电气引线2071，光电光路集成模块的输出尾纤(或者说是第一分束器203的输出尾纤)与起偏器芯片206的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，起偏器芯片206和直波导芯片207之间设置有第三段保偏光纤，所述第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片206的输出光学端面对准、固定，所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片207的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片207的输出光学端面进行对准、固定的第四段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤208。
当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，调制光路集成模块的结构可参考图4所示，该图中的调制光路2可以理解为是调制光路集成模块，调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的Y波导芯片209和第二分光器210，Y波导芯片209具有Y波导电气引线2091和输入尾纤205，Y波导芯片209和第二分光器210之间设置有两个保偏光纤，这两个保偏光纤分别按照0°和90°与Y波导芯片209的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片209的两根输出尾纤，所述第二分光器210是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤208。
当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，具有集成化光路的全光纤电流互感器的光路(即FOCT光路3)结构可参考图6所示，此时的调制光路集成模块包括均无封装外壳的Y波导芯片209和第二分光器210，Y波导芯片209具有Y波导电气引线2091，光电光路集成模块的输出尾纤(或者说是第一分束器203的输出尾纤)与Y波导芯片209的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，Y波导芯片209和第二分光器210之间设置有两个保偏光纤，所述两个保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片209的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片209的两根输出尾纤，所述第二分光器210是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤208。
本发明具有集成化光路的全光纤电流互感器，通过模块化、集成化设计，尾纤耦合型工艺方案可以避免光纤熔接点的产生(模块内部不存在任何熔接点)，提高光路性能，可以最大限度地缩小体积，提高集成度，FOCT光路可作为一个模块或组件安装在光纤电流互感器上，特别适用于要求小型化、高集成度、大批量生产的场合。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (12)
1.一种全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺，
所述光电光路集成工艺，在一基底上，先制作出无封装外壳并具有光源电气引线的光源芯片，再用第一段光纤与光源芯片的输出光学端面进行对准、固定作为光源芯片的输出尾纤；然后制作无封装外壳并具有光电探测器电气引线的光电探测器芯片，再用第二段光纤与光电探测器芯片的输入光学端面进行对准、固定作为光电探测器芯片的输入尾纤；最后将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤；
所述调制光路集成工艺，在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成；
当两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺是在制作出均无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的各组件后，通过与相位调制器的光学端面按特定角度进行对准、固定的技术进行调制光路的各组件的连接，且集成的调制光路留有输入尾纤和输出尾纤；对集成的光电光路和调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按0°熔接；
当两集成工艺在相同基底时，将光电光路的输出尾纤与无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的组件的输入光学端面对准、固定后依次进行调制光路的各组件的连接，并在两集成工艺完成后将光电光路和调制光路一起进行整体封装。
2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用第三段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第二段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
3.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用一段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后在起偏器芯片和直波导芯片之间安装准直器并使所述准直器的光轴与二者光轴重合，所述准直器与起偏器芯片、直波导芯片之间形成空间光路；最后再用一段保偏光纤与直波导芯片输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
4.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在相同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，所述直波导芯片具有直波导电气引线，将光电光路的输出尾纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第四段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。
5.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
先在另一基底上制作无封装外壳并具有Y波导电气引线的Y波导芯片，再用第四段光纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第五段和第六段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤。
6.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在相同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为：
制作出无封装外壳并具有Y波导电气引线的Y波导芯片，将光电光路的输出尾纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第七段和第八段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器，并留出其中一根尾纤作为调制光路的输出尾纤。
7.一种具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，
所述光电光路集成模块包括设置在一基底上且均无封装外壳的光源芯片、光电探测器芯片和第一分光器，所述光源芯片具有光源电气引线，所述光电探测器芯片具有光电探测器电气引线，所述第一分光器为将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为光电光路集成模块的输出尾纤；
所述调制光路集成模块，与光电光路集成模块设置在相同或不同的基底上，包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器，
当光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块为分别封装的两模块，所述调制光路集成模块留有输入尾纤和输出尾纤，所述光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接；
当光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述光电光路集成模块的输出尾纤作为制作调制光路集成模块的输入尾纤，所述调制光路集成模块设置有输出尾纤，所述光电光路集成模块和调制光路集成模块一起整体封装而成。
8.根据权利要求7所述的具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述起偏器芯片具有输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有第一段保偏光纤，所述第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的第二段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
9.根据权利要求7所述的具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述起偏器芯片具有输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有准直器且所述准直器的光轴与二者光轴重合，所述准直器与起偏器芯片、直波导芯片之间形成空间光路，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的一段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
10.根据权利要求7所述的具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，当调制光路集成模块中的相位调制器为直波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片且二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线，所述光电光路集成模块的输出尾纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，所述起偏器芯片和直波导芯片之间设置有第三段保偏光纤，所述第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定，与所述直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定的第四段保偏光纤为调制光路集成模块的输出尾纤。
11.根据权利要求7所述的具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，所述调制光路集成模块包括在另一基底上均无封装外壳的Y波导芯片和第二分光器，所述Y波导芯片具有Y波导电气引线和输入尾纤，所述Y波导芯片和第二分光器之间设置有两个保偏光纤，所述两个保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤，所述第二分光器是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤。
12.根据权利要求7所述的具有集成化光路的全光纤电流互感器，其特征在于，当调制光路集成模块中的相位调制器为Y波导芯片且光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，所述调制光路集成模块包括均无封装外壳的Y波导芯片和第二分光器，所述Y波导芯片具有Y波导电气引线，所述光电光路集成模块的输出尾纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定以作为调制光路集成模块的输入尾纤，所述Y波导芯片和第二分光器之间设置有两个保偏光纤，所述两个保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤，所述第二分光器是将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作而成并留出其中一根尾纤作为调制光路集成模块的输出尾纤。
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