CN110832373B - 用于监视光学系统的输出的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于监视光学系统的输出的装置。该装置包括第一光纤部分和第二光纤部分、反射涂层和检测器。第一光纤部分具有第一包层和第一纤芯，并且被配置为在一端接收来自光学系统的光，而在另一端具有第一成角度的抛光面。第二光纤部分具有第二包层和第二纤芯，并且在一端具有第二成角度的抛光面。所述第一光纤部分和第二光纤部分布置成使得所述第一成角度的抛光面和第二成角度的抛光面基本平行且相邻，并且所述第一纤芯和第二纤芯基本对准。所述反射涂层被施加到所述第一成角度的抛光面或第二成角度的抛光面上，并且被配置成反射通过所述第一纤芯传递的光的一部分。所述检测器布置成接收反射光。

Description

用于监视光学系统的输出的装置
技术领域
本发明涉及光学系统。特别地，本发明涉及一种用于监视光学系统的输出的装置。
背景技术
光学装置的控制系统需要监视输出。例如，相位调制系统需要对诸如Mach-Zehnder(MZ)调制器之类的调制器进行精确控制，这是通过反馈回路实现的。该反馈回路包括检测器，该检测器监视从输出光束中分离出来的光束。该光束的强度用于确定调制器是否选择了正确的相位，如果相位不正确，则控制该相位。
在图1中示出了这种系统的示例图(虚线表示光路)。MZ调制器1的输出定向到分束器2。来自分束器的两个输出进入系统输出3(通常是将光束聚焦到光纤上的透镜)和检测器4。
已经发现，这种系统的精度被限制在大约1度的相位角。对于高速相位调制发射机，需要更高的相位控制精度。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于监视光学系统的输出的装置。该装置包括第一光纤部分和第二光纤部分、反射涂层和检测器。第一光纤部分具有第一包层和第一纤芯，并且被配置为在一端接收来自光学系统的光，而在另一端具有第一成角度的抛光面。第二光纤部分具有第二包层和第二纤芯，并且在一端具有第二成角度的抛光面。所述第一光纤部分和第二光纤部分布置成使得所述第一成角度的抛光面和第二成角度的抛光面基本平行且相邻，并且所述第一纤芯和第二纤芯基本对准。所述反射涂层被施加到所述第一成角度的抛光面或第二成角度的抛光面上，并且被配置成反射通过所述第一纤芯传递的光的一部分。所述检测器布置成接收反射光。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于监视光学系统的输出的装置。该装置包括分束器、透镜、具有纤芯和包层的光纤短截线以及检测器。所述分束器被配置为接收来自所述光学系统的输出的光，并且具有第一输出和第二输出，所述第一输出被配置为将所述光传递至光纤电缆。所述透镜被配置成将来自所述分束器的第二输出的光聚焦到所述光纤短截线的纤芯中。所述检测器配置为接收来自所述光纤短截线的光。
根据本发明的第三方面，提供了一种光调制器组件。该组件包括光调制器、根据第一或第二方面的装置以及反馈系统。根据第一或第二方面的装置被配置为监视所述调制器的输出。所述反馈系统被配置为基于监视的输出来控制干涉仪。
所述调制器和所述装置可以位于单个芯片上。
根据第四方面，提供了一种光学系统。该光学系统包括：光学组件；根据第一方面或第二方面的装置，其被配置为监视部件的输出；可变光放大器，用于控制所述装置下游的光强度；和根据第一方面或第二方面的另一装置，其位于所述可变光放大器的下游。
本发明的进一步的实施方式在权利要求2等中给出。
附图说明
图1是调制器系统的示意图；
图2是示例性调制器系统的示意图；
图3是无用模式下衰减与光纤长度的关系图；
图4示出了通过短光纤传输的各种模的强度；
图5A和图5B是示例性构造的横截面；
图6是示例性光纤短截线的示意图。
具体实施方式
由于诸如Mach Zehnder调制器之类的部件不一定产生仅具有所需特性的信号，因此相位控制系统中会出现输出监视的不准确性。除了“基本”模(表示为[0,0])下的信号之外，还有更高阶模(表示为[x，y]，其中x>0，y>0)下的信号。这些多余的信号在输出光纤中衰减，因此在接收信号的任何装置上都可以忽略不计。但是，由于用于相位控制的检测器直接从MZ调制器(或光学系统输出附近的其他部件)接收信号，因此没有机会衰减高阶模。
这可以通过在输出光纤中使用光纤抽头(fibre tap)将信号转移到检测器来解决。然而，光纤抽头相对笨重(几厘米长)，并且具有可以封装在与调制器相同的芯片上的解决方案将是有利的。
为了装配在芯片上，任何解决方案都必须在几毫米长的数量级上，例如小于10mm，更优选小于5mm。解决此问题的一种方法如图2所示，该图是光学部件21的示意图，该部件以与图1所示系统相同的方式将光引导到分束器22中，从而引导到光学输出23和检测器24中。在图2的布置中，在分束器22与检测器24之间设置有短的光纤“短截线”25。分束器22的监视输出由透镜26聚焦到光纤短截线25中。光通过光纤短截线到达检测器24。当光通过光纤短截线25时，高阶模被衰减，因此到达检测器24的唯一光是基本光。
应当选择光纤短截线25的长度，以确保在光到达检测器24之前发生高阶模的充分衰减。图3示出了一个示例中模[1，1]相对于光纤长度的衰减。可以看出，可以实现大于-15dB/mm的衰减。如图4所示，高阶模将趋于更加急剧地衰减，图4显示了通过300微米长度的光纤从H(0，0)到H(0，4)阶模的强度(深红色是高强度，深蓝色是低强度)。这意味着仅用几毫米长的光纤短截线就可以实现高阶模的足够衰减。
与高阶模一样，信号的误差也将来自“包层模”。这些模是由信号(在基本模和高阶模下)产生的，这些信号在将光引导到光纤中时未正确聚焦到纤芯中。这样的信号穿过包层，并在被衰减之前(直接衰减或通过包层外表面的反射而衰减)到达短光纤末端。如果阻止这些包层模到达检测器，则系统可以进一步改善。在已经描述的光纤短截线中，可以使用以下一种或多种技术来实现：
·光纤可以弯曲，因此输入和输出之间没有直接的光路。这减少了包层模可以进入短截线并传输到检测器的可能角度的数量。很小的半径弯曲也会使纤芯的基本模衰减，但是足以在纤芯的基本模中引起小衰减的半径(例如，0至-0.5dB，更优选地为0至-0.05db)仍可导致包层模的显著减少。合适的弯曲半径是2mm至20mm。例如，示例性的3mm长的光纤短截线中的12mm弯曲半径可以在包层模中引起-38dB的衰减，但是在纤芯的基本模中仅引起-0.036dB的衰减。
·可以将吸收体施加到包层的外表面或包层的断裂处，从而使包层模被吸收而不是在包层的边缘处反射。假设吸收体基本上超出纤芯中基本模的渐逝场(例如，距纤芯超过10微米)，则它对基本模不会有任何重大影响。
可以将吸收体放置在包层的外表面之外，并在吸收体和包层之间放置另一种折射率与包层匹配的材料。替代地，吸收体本身可以是与包层折射率匹配的材料。吸收体可以吸收至少90％或至少95％的入射光。
·如图6所示，光纤短截线可以包括两个透镜端接光纤61、62(即，光纤末端形成透镜63的光纤)，其纤芯对齐，使透镜彼此面对并具有共同的焦点。这将使光耦合在两个透镜端接光纤的纤芯之间，但包层模将无法从一个透镜端光纤传递到另一个透镜端光纤。
尽管提供单独的光纤短截线可以改善相位检测的准确性，但检测器处的信号与输出处的信号之间仍可能存在一些差异。出现这种情况是因为不能保证由光纤短截线传播的模与由输出光纤传播的模相同。可以通过使光纤的第一部分在结构上尽可能地与光纤短截线相似(例如，相同的弯曲半径、包层之外的相同层)来减轻这种情况。
确保检测器处的信号和输出信号具有相同的高阶模和包层模衰减的另一种方法是提供一种检测器信号和输出信号都通过同一段光纤的系统。实现此目的的常规方法是提供光纤抽头-但如前所述，光纤抽头相对笨重，不适合许多光学系统的封装。为了允许检测光纤内的信号，现在将描述新的光纤配置。尽管这是在转移信号以用于相位检测的情况下提出的，但是应该理解，这种光纤配置可以用于必须从光纤中采样或分离信号的其他情况下(例如，其他会使用光纤抽头)使用。
新配置在图5A(侧面横截面)和5B(正面横截面)中显示。光纤40a、40b包括纤芯41a、41b和包层42a、42b。光纤40a、40b位于v形槽(或其他对准装置)中，并使用树脂44保持在适当位置。树脂44可以与包层42a、b折射率匹配和/或包含吸收体以减小包层模，如先前针对光纤短截线25所述。光纤被分成两个部分40a和40b，每个部分具有成角度的抛光面。纤维部分的位置设置为使成角度的抛光面具有大致相同的角度且彼此接近。成角度的抛光面可以具有在40度和50度之间，更特别地为45度的角度。折射率类似于纤芯和包层或与纤芯折射率匹配的材料层45用于连接成角度的抛光面，这将减轻角度和位置的任何细微变化。第一部分40a的成角度的抛光面设置有反射涂层46，该反射涂层46被配置成反射通过光纤的一定比例的光，例如小于10％、5％、小于5％和/或至少2％。
反射光通过区域传播到检测器47(或其他输出)。区域可以包括折射率与包层41a、41b匹配的材料。检测器47可以放置在足够接近光纤的位置，从而不需要透镜就可以将光聚焦到检测器上。
上面概述的用于光纤短截线的所有技术都可以应用于检测器之前的光缆部分。例如，电缆可以被弯曲或在包层周围添加吸收材料以衰减包层模。
图5A中所示的配置可以方便地合并到现有的光纤结构中。例如，在光学装置包括VOA(可变光学衰减器)的情况下，在VOA之前和之后的光纤都可以包含根据图5A的检测器，这为VOA之前和之后的检测提供了紧凑的解决方案。VOA可以安装在与检测器的光纤部分相同的V形槽内。或者，可以使用该配置仅制作VOA之前和之后的监视器之一。

Claims (18)

1.一种与光调制器共同位于单个芯片上的装置，所述装置包括：
第一光纤部分，所述第一光纤部分具有第一包层和第一纤芯，所述第一光纤部分在一端接收来自所述光调制器的光，且在另一端具有第一成角度的抛光面；
第二光纤部分，所述第二光纤部分具有第二包层和第二纤芯，并且在一端具有第二成角度的抛光面；
其中所述第一光纤部分和第二光纤部分布置成使得所述第一成角度的抛光面和第二成角度的抛光面平行且相邻，并且所述第一纤芯和第二纤芯对准；
其中所述第二光纤部分共同位于所述单个芯片上；
反射涂层，所述反射涂层被施加到所述第一成角度的抛光面或第二成角度的抛光面上，并且被配置成反射通过所述第一纤芯传递的光的一部分；
检测器，所述检测器布置成接收所述光的反射的一部分；
其中所述第一光纤部分的长度在与所述第一纤芯平行的方向上小于5mm；
其中所述第一光纤部分以大于-15dB/mm来衰减所述光的高阶模；
其中所述第一光纤部分基于以下至少一项来减少包层模：
所述第一光纤部分中的弯曲；
应用到所述第一包层的吸收体；或
包括在所述第一光纤部分中的两个透镜端接光纤。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤部分以2mm至20mm之间的半径弯曲。
3.根据权利要求1所述的装置，其中至少所述第一光纤部分被与所述第一包层折射率匹配的第一折射率匹配材料包围。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一折射率匹配材料是所述吸收体。
5.根据权利要求3所述的装置，包括：
位于所述第一折射率匹配材料的外表面上的另一个吸收体。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光纤部分被安装在V形槽或管内。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤部分包括两个透镜端光纤，所述两个透镜端光纤被对准为使得所述透镜彼此面对并且具有共同的焦点。
8.根据权利要求1所述的装置，包括：
第二折射率匹配材料，所述第二折射率匹配材料位于所述第一光纤部分和第二光纤部分之间，并且其折射率匹配于所述第一纤芯和第二纤芯。
9.根据权利要求1所述的装置，包括：
位于所述第一包层内的、距所述纤芯至少10微米的吸收结构。
10.根据权利要求1所述的装置，包括：
第三折射率匹配材料，所述第三折射率匹配材料被布置为将光从所述反射涂层引导至所述检测器。
11.一种用于监视光学系统的输出的装置，所述装置包括：
分束器；
透镜；
具有纤芯和包层的光纤短截线；以及
检测器，
其中所述分束器被配置为接收来自所述光学系统的输出的光，并且具有第一输出和第二输出，所述第一输出被配置为将所述光传递至光纤电缆，
其中所述透镜被配置成将来自所述分束器的第二输出的光聚焦到所述纤芯中，并且
其中所述检测器配置为接收来自所述光纤短截线的光；
其中所述光纤短截线的长度在与所述纤芯平行的方向上小于5mm；
其中所述光纤短截线以大于-15dB/mm来衰减所述光的高阶模；
其中所述光纤短截线基于以下至少一项来减少包层模：
所述光纤短截线中的弯曲；
应用到所述包层的吸收体；或
包括在所述光纤短截线中的两个透镜端接光纤。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述光纤短截线被安装在V形槽或管内。
13.根据权利要求11所述的装置，其中使用折射率匹配材料来安装所述光纤短截线，所述折射率匹配材料与所述包层折射率匹配。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述折射率匹配材料是所述吸收体。
15.根据权利要求13所述的装置，包括：
位于所述折射率匹配材料的外表面上的所述吸收体。
16.根据权利要求11所述的装置，包括：
吸收结构，所述吸收结构位于所述包层内并且被定位为在使用时处于所述光纤短截线的基本模的渐逝场之外。
17.一种光调制器组件，包括：
光调制器；以及
根据权利要求1或11所述的装置，并且
其中所述装置被配置为监视所述调制器的输出；和
反馈系统，所述反馈系统被配置为基于所监视的输出来控制干涉仪。
18.根据权利要求17所述的调制器组件，其中所述调制器是Mach-Zehnder调制器。
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