CN107589497A - 一种保偏光纤与波导芯片对准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对准装置及方法，属于光器件技术领域，具体是涉及一种保偏光纤与波导芯片对准装置及方法。该装置及方法采用电流有源监控方案调节猫眼方向，在进行保偏光纤猫眼旋转同时监控光电流，光电流达到最大值时，即猫眼旋转至最佳位置。调节精度高，重复性好，能够在较小的空间内实现猫眼旋转。

Description

一种保偏光纤与波导芯片对准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种对准装置及方法，属于光器件技术领域，具体是涉及一种保偏光纤与波导芯片对准装置及方法。

背景技术

随着智能设备以及云计算、物联网的迅速发展，网络带宽需求不断攀升，提高系统传输速率是提高网络带宽最经济有效手段，100G及更高速率传输系统广泛得到应用来替代目前10G及以下系统。在高速率的传输网络中，新型的相位型调制格式得到广泛应用，例如BPSK，QPSK，DP-QPSK，DP-16QAM等。相位调制的光信号在解调时，需要引入与调制信号同频率或者有一定频差的线偏振光信号与信号光在相干接收机中进行混频解调，把调制的相位信息转换为强度调制信号，强度信号经过跨组放大器放大后进行模数转换，然后由数字处理系统进行信号处理，还原出载波信息。由于在相位解调时引入了本振信号，相比强度调制直接检测方式，提高信噪比10～20分贝，光信号相位调制加相干解调方案延长了信号传输距离，减小中继设备和节约了工程费用。

相干接收机中的90度混频器是相位解调的关键器件，把本振光信号引入90度混频器中需要保持与信号光相同偏振方向。传统偏振旋转方法是用高倍显微镜观察保偏光纤的猫眼位置，把猫眼预先旋转至设定方向，再与90度混频器进行对准耦合。在相干接收机实际制作工序中，90度混频器与保偏光纤耦合对准是在小型化管壳内部进行的，由于管壳体积大小的限制，一般很难直接用高倍显微镜观察到保偏光纤端面及猫眼位置，而且在管壳较小的空间内部很难进行光纤猫眼旋转的操作。

为了解决在管壳内部或者狭小的空间内无法进行猫眼观察和旋转的问题，本发明提供一种保偏光纤与90度混频器对准方法，对准过程采用电流有源监控方案调节猫眼方向，对准精度高，重复性好；本发明中提供的猫眼旋转夹具，能够把夹持臂的上下位移转换为保偏光纤旋转的角度，实现了在较小的空间内部进行保偏光纤的猫眼旋转功能。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种保偏光纤与波导芯片对准装置及方法。该装置及方法采用电流有源监控方案调节猫眼方向，在进行保偏光纤猫眼旋转同时监控光电流，光电流达到最大值时，即猫眼旋转至最佳位置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种保偏光纤与波导芯片对准装置，包括：

夹持臂，包括相互独立并且纵向相对移动的两个子臂，其中一子臂上设置有用于容纳单芯毛细管的单芯毛细管固定位；

单芯毛细管，用于封装待对准保偏光纤，固定于一微调架上，其一端穿过所述单芯毛细管固定位后和待对准波导芯片相对，所述波导芯片耦合于PD阵列；

滤光器件，设置于所述单芯毛细管和波导芯片之间，为PBS晶体和/或检偏器件。

优选的，上述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，所述滤光器件为PBS晶体，所述PBS晶体由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光介质膜。

优选的，上述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，所述滤光器件为检偏器。

优选的，上述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，所述夹持臂的一个子臂固定，另一子臂可纵向移动，并且所述单芯毛细管固定位是设置于固定子臂上的半圆柱形凹槽。

优选的，上述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，其中未设置单芯毛细管固定位的夹持臂子臂与另一子臂相对一侧设置有橡胶垫。

一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，包括：

封装准备步骤，将保偏光纤封装于单芯毛细管中后固定于微调架上，将所述单芯毛细管插入单芯毛细管固定位中；

位置调整步骤，保偏光纤接入偏振光源，调节微调架使PD阵列光电流达到最大值；

端面对准步骤，在单芯毛细管与波导芯片之间放入滤光器件，调整夹持臂两子臂的纵向相对位置以带动单芯毛细管旋转直至PD阵列光电流达到最大值；

耦合调整步骤，将单芯毛细管端面与波导芯片端面相接触，调节微调架至PD阵列光电流达到最大值。

优选的，上述的一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，所述封装准备步骤中，单芯毛细管端面采取90度抛光处理；或者，将单芯毛细管端面与波导芯片输入端面同时采取8度抛光处理。

优选的，上述的一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，端面对准步骤中，所述滤光器件为PBS晶体，且所述PBS晶体放置方向为：镀膜斜面与波导芯片所在的平面垂直，镀膜斜面与保偏光纤成45度夹角。

因此，本发明具有如下优点：(1)采用电流有源监控方案实现保偏光纤猫眼旋转调节，调节精度高，重复性好；

(2)保偏光纤封装固定在单芯毛细管中，毛细管具有较大的外径，更容易夹持，且与波导芯片固化后有较大的接触面，粘接性能更优；

(3)保偏光纤猫眼旋转夹具体积小，能够在较小的空间内实现猫眼旋转(如管壳内部)。

附图说明

图1是现有技术中的的波导与PD阵列耦合方案

图2是耦合示意图

图3，耦合示意图

图4，耦合示意图

图5，单芯毛细管与波导芯片耦合完成

图6a，猫眼旋转前

图6b，猫眼旋转后

其中：

波导芯片101 盖玻片102

热沉103 透镜支架104

PD阵列105 透镜阵列106

反射棱镜107 小型化管壳110

第一夹持臂111 第二夹持臂112

PBS晶体113 单芯毛细管114

橡胶垫115 保偏光纤116

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明提供了一种保偏光纤116与波导芯片101对准耦合方法，保偏光纤偏振方向的旋转通过PD阵列105产生光电流的有源监控来实现，为波导芯片101提供高偏振度的线偏光源，波导芯片101与PD阵列105之间的耦合结构在本发明专利样例中采用专利“光波导芯片和PD阵列透镜耦合装置”(申请号：CN201310433022.2)的结构。在上述专利中，热沉103位于小型化管壳110内，PD阵列105通过导电胶粘贴在热沉103之上，热沉103上设置有透镜支架104，透镜支架104为两个支架组合，两个支架分列于PD阵列105的两侧；透镜支架104上设有长条形的透镜阵列106；波导芯片101输出端盖玻片102上粘接有一输出反射棱镜107，该棱镜作用是使输出光路产生90度转折，经过转折后的光线通过透镜阵列106汇聚射入PD阵列105光敏面中。本发明引用专利CN201310433022.2结构中，波导芯片101输入端口没有耦合C透镜。本发明涉及到的对准结构包括：单芯毛细管114，单芯毛细管夹持夹具第一夹持臂111，第二夹持臂112，PBS(polarized beam splitter，偏振分束)晶体113等，单芯毛细管夹持夹具(下文简称为夹持夹具)固定在微调架上，夹持夹具设计为：第一夹持臂111固定不动，第二夹持臂112能够进行上下的位移移动。

如图2所示，本发明保偏光纤116与波导芯片101对准耦合包括以下步骤：

1)保偏光纤116封装在单芯毛细管114中，且端面进行90度或者斜8度抛光处理；

2)在管壳内部，单芯毛细管114固定在夹持夹具上，且单芯毛细管114位于第一夹持臂111的半圆柱形凹槽内；

3)用源表监控PD阵列105电流，保偏光纤116接入偏振光源，调节微调架手轮，带动夹持夹具移动，同时监控PD阵列105光电流，使PD阵列105光电流达到最大值；

4)在单芯毛细管114与波导芯片101之间放入PBS晶体113；

5)上下移动第二夹持臂112，带动单芯毛细管114发生旋转，同时监控PD阵列105光电流，当光电流达到最大值时，停止旋转；

6)取出PBS晶体113，把单芯毛细管114向波导芯片101方向移动至单芯毛细管114端面与波导芯片101端面刚好接触为止，再次监控PD阵列105光电流，调节微调架手轮至光电流达到最大值，在单芯毛细管114与波导芯片101之间点胶，固化，耦合完成。

在步骤1中：单芯毛细管端面采取90度抛光处理；如果需要降低回损可采用斜8度抛光处理，此时波导芯片输入端面也需要采取相对应的斜8度抛光处理；

在步骤2中：单芯毛细管由2条夹持臂夹持固定，第一夹持臂夹持位置设置有与毛细管外径等大的半圆柱形凹槽，且凹槽表面粗糙度小，以便于单芯毛细管在凹槽内能够自由转动；

在步骤3、4中：先把保偏光纤与波导芯片输入端预先对准，然后在保偏光纤与波导芯片之间放入PBS晶体，PBS晶体由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光介质膜。PBS晶体放置方向：镀膜斜面与波导芯片所在的平面垂直，镀膜斜面与保偏光纤成45度夹角。

PBS晶体具有偏振分束功能：电矢量振动方向垂直于入射光平面的线偏光(称为s光)在偏振分光介质膜面产生90度反射，横向射出PBS晶体；电矢量振动方向在入射光平面内的线偏光(称为p光)在PBS内部不发生光路改变，沿原光路射出PBS晶体。

在步骤5中：

第二夹持臂内侧粘贴有橡胶垫(或者其他软性材质垫片)，是为了增加第二夹持臂与单芯毛细管之间摩擦力，当第二夹持臂上下移动时，产生摩擦力带动单芯毛细管发生转动，保偏光纤猫眼角度也发生旋转即偏振方向的角度发生旋转。

从保偏光纤中射出的线偏振光能够分解为s，p光两种偏振光分量，其中p光分量将入射至波导芯片中，并经过后续光路的透镜阵列耦合至PD阵列中产生光电流，光电流大小与p光能量大小成正比；s光分量由PBS晶体反射出PBS晶体外部，无法入射至波导芯片中，不产生光电流。当保偏光纤发生旋转时，可观测到光电流的增大或者减小，对应的是p光分量的增大或者减小，当光电流取得最大值时，保偏光纤猫眼处于水平位置，出射光线全部为p光，即保偏光纤猫眼方向旋转至所需位置。

在步骤6中：猫眼旋转完成后，需把单芯毛细管与波导芯片输入端进行耦合粘接，此步骤不需要再进行猫眼旋转的调节。

本发明提供了一种保偏光纤与波导芯片对准方法，与直接用CCD观测保偏光纤猫眼来进行旋转调节的传统方案相比，本发明具有猫眼旋转精度高，通过对夹持夹具的设计把夹持臂的上下移动位移转换成保偏光纤的旋转角度，实现了在较小的空间内部(如管壳内部)进行保偏光纤猫眼的旋转调节。在本发明步骤4中，PBS晶体可以用检偏器来替代，检偏器偏振方向水平放置，保偏光纤与检偏器偏振方向夹角为θ，根据马吕斯定律，透过检偏器光强P＝P₀×cos(θ)²(P₀为入射光强)，所以当猫眼旋转至水平方向时，θ＝0，透过光强P取得最大值，此时探测到的PD阵列光电流也为最大值。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种保偏光纤与波导芯片对准装置，其特征在于，包括：

夹持臂，包括相互独立并且纵向相对移动的两个子臂，其中一子臂上设置有用于容纳单芯毛细管的单芯毛细管固定位；

单芯毛细管，用于封装待对准保偏光纤，固定于一微调架上，其一端穿过所述单芯毛细管固定位后和待对准波导芯片相对，所述波导芯片耦合于PD阵列；

滤光器件，设置于所述单芯毛细管和波导芯片之间，为PBS晶体和/或检偏器。

2.根据权利要求1所述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，其特征在于，所述滤光器件为PBS晶体，所述PBS晶体由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光介质膜。

3.根据权利要求1所述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，其特征在于，所述夹持臂的一个子臂固定，另一子臂可纵向移动，并且所述单芯毛细管固定位是设置于固定子臂上的半圆柱形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种保偏光纤与波导芯片对准装置，其特征在于，其中未设置单芯毛细管固定位的夹持臂子臂与另一子臂相对一侧设置有橡胶垫。

5.一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，其特征在于，包括：

封装准备步骤，将保偏光纤封装于单芯毛细管中后固定于微调架上，将所述单芯毛细管插入单芯毛细管固定位中；

位置调整步骤，保偏光纤接入偏振光源，调节微调架使PD阵列光电流达到最大值；

端面对准步骤，在单芯毛细管与波导芯片之间放入滤光器件，调整夹持臂两子臂的纵向相对位置以带动单芯毛细管旋转直至PD阵列光电流达到最大值；

耦合调整步骤，将单芯毛细管端面与波导芯片端面相接触，调节微调架至PD阵列光电流达到最大值。

6.根据权利要求5所述的一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，其特征在于，所述封装准备步骤中，单芯毛细管端面采取90度抛光处理；或者，将单芯毛细管端面与波导芯片输入端面同时采取8度抛光处理。

7.根据权利要求5所述的一种利用上述装置进行保偏光纤与波导芯片对准的方法，其特征在于，端面对准步骤中，所述滤光器件为PBS晶体，且所述PBS晶体放置方向为：镀膜斜面与波导芯片所在的平面垂直，镀膜斜面与保偏光纤成45度夹角。