CN105589223A - 一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤技术领域，涉及一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器。具有相位调制功能的多芯光纤分束器，由具有光学效应的铌酸锂衬底，形成在该衬底上的光波导，用于调制该光波导中传播光波的调制电极，用于输入的多芯光纤、V型槽、陶瓷基板、对出射光进行引导的单芯光纤构成；所述输入光纤采用三芯光纤，以铌酸锂晶体为衬底制作三条光波导，在光波导两侧嵌入平行电极，对于输出光采用单芯光纤进行引导。本发明采用多芯光纤作为输入，不仅提高了纤芯的密集度，机械性能和温度扩散特性，而且增加了纤芯的有效面积，提高光的输出功率。

Description

一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器
技术领域
本发明属于光纤技术领域，涉及一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器。
背景技术
在光纤通信系统中，不仅要求将传输光纤线缆分为多束，用于提供在传输光纤和用户光纤之间的连接，还要求对光纤传输中光波的幅度和相位进行调制，以满足高速、大容量信息通信的需要。其中，使用具有电光效应的基板材料，并在该基板内形成有光导波路的光调制器，对光波的强度、相位、光波的偏正态进行调制，引起了人们广泛的研究。
本发明中采用质子交换(AnnealedProtonExchange)工艺制作1000nm波段铌酸锂(LiNbO3)电光调制器。相比钛扩散技术，采用质子交换工艺制作的调制器具有更高的光折变阈值，能承受更高功率激光，并且在高功率激光条件下工作性能更稳定。同时，该调制器具有高输入阻抗和低频性能优化的特点，使用更简便。
在本发明中，为了实现光纤与光电器件的免对位耦合(参见文献：RobertF.Kalman，EdwardR.Silva，DanielF.Knapp.Single-ModeArrayOptoelectronicPackagingBasedonActivelyAlignedPlanarOpticalWaveguides.SPIE，Vol.2691:124－129)采用无源耦合技术——硅基V型槽基板，但是由于制作V型槽的基底是硅，它与铌酸锂的热膨胀系数相差很大(参见文献：孔勇发，许京军等.多功能光电材料：铌酸锂晶体[M].北京：科学出版社.2005)，很难适应于温度剧烈变化的环境，如导航系统中使用的光纤陀螺、大型军用舰船上的光纤局域网等(参见文献：闻震利,金国良等.光纤-波导五维对接误差对耦合损耗的影响[J].光电工程,2000,27(5)：36－39)。而以铌酸锂材料为衬底的V型槽恰恰可以用于各种铌酸锂光电器件的耦合。本发明中采用铌酸锂V型槽的制作工艺采用文献(参见文献：罗辉.铌酸锂相位调制器关键技术的研究[D].成都：电子科技大学，2006.)工艺制得。
在现代光学系统应用中，要求体积小、重量轻、可靠性高等特点，而铌酸锂晶体具有很好的线性电光效应和材料稳定性。本发明中针对当前的光学系统的要求，提出了一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，将光纤分束器与光波相位调制器集成在铌酸锂基底上，进一步实现了系统的组合集成，极大地节省了光学系统集成空间。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种稳定性好，集成度高，可以同时实现多路光路的相位调制，兼容多种形式纤芯的输入，机械性能和温度扩散有着显著优势具有相位调制功能的多芯光纤分束器。
本发明的目的是这样实现的：
具有相位调制功能的多芯光纤分束器，由具有光学效应的铌酸锂衬底，形成在该衬底上的光波导，用于调制该光波导中传播光波的调制电极，用于输入的多芯光纤、V型槽、陶瓷基板、对出射光进行引导的单芯光纤构成；所述输入光纤采用三芯光纤，以铌酸锂晶体为衬底制作三条光波导，在光波导两侧嵌入平行电极，对于输出光采用单芯光纤进行引导。
所述的输入光纤采用三芯光纤、偏双芯的光纤或者对称双芯的光纤。
所述的输入光纤可以采用七芯光纤。
以所述铌酸锂晶体为衬底制作波导，采用质子交换法制作条形波导。
所述的V型槽采用铌酸锂材料为基底，以适应于温度剧烈变化的环境和用于各种铌酸锂光电器件的耦合封装。
本发明的有益效果是：
1、采用多芯光纤作为输入，不仅提高了纤芯的密集度，机械性能和温度扩散特性，而且增加了纤芯的有效面积，提高光的输出功率。
2、本发明将相位调制器与光纤分束器集成于一体，增加了系统的应用性能，节省了光学系统的集成空间。
3、本发明是光学应用的基础，可以根据具体的需求做进一步的扩展。
附图说明
图1具有相位调制功能的多芯光纤分束器结构图；
图2铌酸锂V型槽示意图；
图3对称芯光纤端面示意图；
图4偏双芯光纤端面示意图；
图5七芯光纤端面示意图；
图6具有相位调制功能的多芯光纤分束器示意图；
图7基于该具有调制功能的多芯光纤分束器对称双芯的Michilson干涉仪示意图；
图8基于该具有调制功能的多芯光纤分束器偏双芯的Michilson干涉仪示意图；
图9是具有相位调制功能的多芯光纤分束器的器件封装外观结构效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更详细地描述：
本发明提供的是一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器。该光纤分束器由具有光学效应的铌酸锂衬底，形成在该衬底上的光波导，用于调制该光波导的调制电极，用于输入的多芯光纤、V型槽、陶瓷基板、对出射光进行引导的单芯光纤构成。本发明提出的具有相位调制功能的多芯光纤分束器具有新型的结构和功能。所述新的结构和功能在于输入可以采用多种多芯结构的光纤，此种结构可以兼容三芯、偏双芯、对称双芯结构的光纤。在以铌酸锂材料为衬底上制作三条条形波导，在条形波导的两侧嵌入平行电极，可以同时对输入的多路光波进行相位和幅度的调制。本发明能够实现光纤分束装置与相位调制装置集成为一体，大大降低了体积，而且能够兼容多种多芯光纤的耦合，能够实现共用电极的方法对光波进行调制，操作简单灵活等优点。可用于光纤通信、光纤传感等领域。
该光纤分束器由具有光学效应的铌酸锂衬底，形成在该衬底上的光波导，用于调制该光波导中传播的光波的调制电极，用于输入的多芯光纤、V型槽、陶瓷基板、对出射光进行引导的单芯光纤构成。当铌酸锂晶体在电场的作用下使得折射率发生改变，从而改变光程差,达到相位调制的目的。当电极不加调制信号时，该系统可以作为光纤分束器使用。
本发明在铌酸锂衬底上刻有三条光波导，可以兼容三芯、偏双芯、对称双芯的光纤。
本发明还可以包括：
1、根据需要在铌酸锂基底上刻多条光波导(N≥3)或者七芯光纤结构如图5所示，对应着N芯光纤。
2、选择不同数目的光波导工作时，可以采用级联电极或者共用电极的形式工作。
结合图1，该具有相位调制功能的多芯光纤分束器由具有光学效应的铌酸锂衬底1，形成在该衬底上的光波导2，用于调制该光波导中传播的光波的调制电极3，用于输入的多芯光纤4、V型槽5、陶瓷基板6、对出射光进行引导的单芯光纤7构成。该入射光纤4可以采用三芯光纤、对称光纤、偏双芯光纤，如图2、3、4、所示。利用公知的电光效应特性，当晶体特定方向施加电场作用时，由于电光效应导致晶体折射率的改变，继而引起晶体中传输光波的额外相位变化，从而达到调制光波的目的，通过在电极的阳极和阴极之间接入直流电压源，可实现对其中任意一根光纤的电光相位调制。出射的光信号由单模单芯光纤7引出。在输入端与输出端都采用铌酸锂V型槽5对光纤与相位调制器进行对接耦合，铌酸锂V型槽的剖面如图2所示。光波导2的制作采用苯甲酸作为质子源，采用铝膜作为掩膜，制得的铌酸锂光波导。
该具有相位调制功能的多心光纤分束器，将相位调制功能和光线分束功能集成于一体，可以集成多种形式的光纤干涉仪，其集成度高、体积小、制作简单和成本低等特点，同时具有电光相位调制功能和光分束功能。
应用实例一
如图7所示，一种基于基于该具有调制功能的多芯光纤分束器对称双芯的Michilson干涉仪。其结构包括输入光纤4、2×2耦合区8、相位电光调制区1、输出单芯光纤7、光纤反射端9。输入光纤只利用对称双芯；耦合区8通过公知的光纤熔融拉锥耦合技术制作而成；相位电光调制区1由金属阳极和阴极和直流电压源组成；光纤反射端9利用公知的光纤端面镀膜技术制作而成。通过直流电压源的电光调制实现Michileson干涉仪其中一个干涉臂的相位调制。
应用实例二
一种基于基于该具有调制功能的多芯光纤分束器偏双芯的Michilson干涉仪。原理同实例一，但是此种干涉仪输入光纤利用的是偏双芯作为输入。

Claims (5)

1.一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，由具有光学效应的铌酸锂衬底，形成在该衬底上的光波导，用于调制该光波导中传播光波的调制电极，用于输入的多芯光纤、V型槽、陶瓷基板、对出射光进行引导的单芯光纤构成；其特征在于：所述输入光纤采用三芯光纤，以铌酸锂晶体为衬底制作三条光波导，在光波导两侧嵌入平行电极，对于输出光采用单芯光纤进行引导。
2.根据权利要求1所述的一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，其特征在于：所述的输入光纤采用三芯光纤、偏双芯的光纤或者对称双芯的光纤。
3.根据权利要求1所述的一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，其特征在于：所述的输入光纤可以采用七芯光纤。
4.根据权利要求1所述的一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，其特征在于：以所述铌酸锂晶体为衬底制作波导，采用质子交换法制作条形波导。
5.根据权利要求1所述的一种具有相位调制功能的多芯光纤分束器，其特征在于：所述的V型槽采用铌酸锂材料为基底，以适应于温度剧烈变化的环境和用于各种铌酸锂光电器件的耦合封装。
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