專利名稱：集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖開關(guān)。屬于光纖通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)傳輸端口，可對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào) 進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件?，F(xiàn)在，以DWDM為基礎(chǔ)的全光網(wǎng)絡(luò)已成為電信網(wǎng)絡(luò)中的發(fā) 展方向，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中要實(shí)現(xiàn)路由選擇必然要采用光開關(guān)，它可以實(shí)現(xiàn)光束 在時(shí)間、空間、波長(zhǎng)上的切換，在光網(wǎng)絡(luò)中有許多應(yīng)用場(chǎng)合，是光通信、光計(jì)算機(jī)、光信息處 理等光信息系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。光開關(guān)目前大體可分為傳統(tǒng)的機(jī)械光開關(guān)和新近研究的非機(jī)械光開關(guān)兩大類。機(jī) 械光開關(guān)的發(fā)展最為成熟，它具有插入損耗低、偏振無關(guān)、串?dāng)_小等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是開關(guān) 時(shí)間長(zhǎng)，一般為毫秒量級(jí)，與要求的微秒和納秒量級(jí)相差甚遠(yuǎn)；體積大，有的還存在回跳抖 動(dòng)和重復(fù)性較差等問題。非機(jī)械光開關(guān)一般是利用材料的電光、聲光、熱光和磁光等效應(yīng)研 制而成，相對(duì)機(jī)械式光開關(guān)來說，他們具有較高的開關(guān)速度，一般可達(dá)到微妙量級(jí)甚至納秒 量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)高密度集成，可以應(yīng)用于未來的集成光交換和光電子交換系統(tǒng)。不足之處是 插入損耗稍大、隔離度低。近年來，光開關(guān)的研究與開發(fā)采用了很多新技術(shù)、新機(jī)理和新材料，并隨著多芯光 纖技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了多種高集成度全光纖開關(guān)，如哈爾濱工程大學(xué)光子科學(xué)與技術(shù) 研究中心公開的一種基于雙芯光纖的纖內(nèi)光開關(guān)(參見Proc. of SPIE Vol. 6838，68380F， 2007)，但由于其采用微位移平板和懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行光開關(guān)的切換，導(dǎo)致光纖開關(guān)速度慢， 體積也未能得到減小。此外，北京大學(xué)物理學(xué)院還公開了一種雙芯光纖極化光開關(guān)(參見 第十二屆全國(guó)化合物半導(dǎo)體材料、微波器件和光電器件學(xué)術(shù)會(huì)議論文集)，但由于其采用雙 芯光纖側(cè)面拋光技術(shù)和自聚焦透鏡方法，增加了制造成本和制造工藝的復(fù)雜性，并降低了 光纖開關(guān)的集成度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有偏振保持功能，且制造成本低廉、無運(yùn)動(dòng)件、 開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好、集成度高、串?dāng)_小、插入損耗小和體積小的集成在一根光纖中的雙 芯光纖開關(guān)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括輸入端、電光調(diào)制端和輸出端；輸入端為入射光纖；電光調(diào)制端包括熔嵌式 中空雙芯保偏光纖、金屬陽(yáng)極、金屬陰極、直流壓源和雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，熔嵌式中空雙 芯保偏光纖一端與入射光纖熔接耦合，熔嵌式中空雙芯保偏光纖另一端經(jīng)過熔融拉錐形成 雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，金屬陽(yáng)極封閉在熔嵌式中空雙芯保偏光纖中，金屬陰極位于熔嵌式 中空雙芯保偏光纖外，金屬陽(yáng)極與金屬陰極分別位于熔嵌式中空雙芯保偏光纖中一個(gè)纖芯 的兩側(cè)，直流電源連接在金屬陽(yáng)極與金屬陰極之間；雙芯光纖拉錐耦合區(qū)的另一端為輸出端，輸出端包括第一輸出端口和第二輸出端口。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是1.雙芯光纖采用熔嵌式中空雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)，具有保偏功能，且容易實(shí)現(xiàn)微金 屬電極的制備。2.在雙芯光纖與入射光纖熔接耦合過程中，熔嵌式中空雙芯保偏光纖的中空處會(huì) 自然熔實(shí)，雙芯間距很近便于實(shí)現(xiàn)3db的1x2光纖熔接耦合，且可滿足對(duì)光波長(zhǎng)的無選擇 性。3.整個(gè)光纖開關(guān)集成在一根光纖中，具有穩(wěn)定性好、集成度高、串?dāng)_小和插入損耗 低的特點(diǎn)。4.采用電光調(diào)制方法進(jìn)行光纖開關(guān)光路切換，具有無運(yùn)動(dòng)件、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)。5.采用公知的光纖熔接耦合技術(shù)、光纖熔融拉錐技術(shù)和獨(dú)特的微金屬電極技術(shù)制 備集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)，制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、可批量生產(chǎn)。


圖1是集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)示意圖。圖2是集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果圖。圖3是輸出端為普通實(shí)心雙芯光纖的集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)示意 圖。圖4是入射光纖與雙芯光纖熔接耦合示意圖。圖5是熔嵌式中空雙芯保偏光纖端面實(shí)物圖。圖6是集成在一根光纖中的Ixl雙芯光纖開關(guān)示意圖。圖7是集成在一根光纖中的Ixl雙芯光纖開關(guān)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述實(shí)施例1如圖1所示，一種集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)。其結(jié)構(gòu)包括輸入端1、電光調(diào)制端2和輸出端3。輸入端包括入射光纖1-1，電光 調(diào)制端包括熔嵌式中空雙芯保偏光纖2-1、金屬陽(yáng)極2-2、金屬陰極2-3、直流電壓源2-4和 雙芯光纖拉錐耦合區(qū)2-5，輸出端包括輸出端口 3-1和輸出端口 3-2。其特征是雙芯光纖 采用熔嵌式中空雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)，如圖5所示；入射光纖為普通單模單芯光纖。利用公 知的光纖熔接耦合技術(shù)，將雙芯光纖一端與入射光纖熔接耦合，在熔接過程中熔嵌式中空 雙芯保偏光纖的中空處會(huì)自然熔實(shí)，雙芯間距很近便于實(shí)現(xiàn)3db的1x2光纖熔接耦合，且可 滿足對(duì)光波長(zhǎng)的無選擇性，如圖4所示；采用公知的光纖熔融拉錐技術(shù)，將雙芯光纖另一端 進(jìn)行熔融拉錐，形成雙芯光纖拉錐耦合區(qū)2-5、輸出端口 3-1和輸出端口 3-2 ；雙芯光纖帶 有微金屬電極，包括陽(yáng)極和陰極，兩微電極分別位于其中一個(gè)纖芯兩側(cè)，且陽(yáng)極距離纖芯 較 近，約IOum以下，該雙芯光纖經(jīng)強(qiáng)電場(chǎng)熱極化后具有極化光纖的功能；整個(gè)結(jié)構(gòu)為光纖內(nèi) Mach-Zenhder全光纖干涉儀，利用直流電壓源電光調(diào)制其中一個(gè)干涉臂的光程，可實(shí)現(xiàn)光 從輸出端口 3-1或輸出端口 3-2的完全輸出，另一個(gè)端口完全截止，從而實(shí)現(xiàn)光從輸入端到輸出端的1x2光開關(guān)功能。集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果如圖2 所示。實(shí)施例2 如圖3所示，輸出端為普通實(shí)心雙芯光纖的集成在一根光纖中的1x2雙芯光纖開關(guān)。其結(jié)構(gòu)包括輸入端1、電光調(diào)制端2和輸出端3。輸入端包括入射光纖1-1，電光 調(diào)制端包括熔嵌式中空雙芯保偏光纖2-1、金屬陽(yáng)極2-2、金屬陰極2-3、直流電壓源2-4和 雙芯光纖拉錐耦合區(qū)2-5，輸出端包括輸出端口 3-1和輸出端口 3-2。其特征是電光調(diào)制 端的雙芯光纖采用熔嵌式中空雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)，如圖5所示；入射光纖為普通單模單芯 光纖；輸出端由普通實(shí)心單模雙芯光纖構(gòu)成。利用公知的光纖熔接耦合技術(shù)，將熔嵌式中空 雙芯保偏光纖一端與入射光纖熔接耦合，在熔接過程中熔嵌式中空雙芯保偏光纖的中空處 會(huì)自然熔實(shí)，雙芯間距很近便于實(shí)現(xiàn)3db的1x2光纖熔接耦合，且可滿足對(duì)光波長(zhǎng)的無選擇 性，如圖4所示；采用公知的光纖熔融拉錐技術(shù)，將熔嵌式中空雙芯保偏光纖另一端與出射 光纖進(jìn)行熔融拉錐耦合，形成雙芯光纖拉錐耦合區(qū)2-5、輸出端口 3-1和輸出端口 3-2 ；熔嵌 式中空雙芯保偏光纖帶有微電極，包括陽(yáng)極和陰極，兩微電極分別位于其中一個(gè)纖芯兩側(cè)， 且陽(yáng)極距離纖芯較近，約IOum以下，該雙芯光纖具有極化光纖的功能。整個(gè)結(jié)構(gòu)為光纖內(nèi) Mach-Zenhder全光纖干涉儀，利用直流電壓源電光調(diào)制其中一個(gè)干涉臂的光程，可實(shí)現(xiàn)光 從輸出端口 3-1或輸出端口 3-2的完全輸出，另一個(gè)端口完全截止，從而實(shí)現(xiàn)光從輸入端到 輸出端的1x2光開關(guān)功能。輸出端為普通實(shí)心雙芯光纖的集成在一根光纖中的1x2雙芯光 纖開關(guān)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果參見圖2。實(shí)施例3如圖6所示，一種集成在一根光纖中的Ixl雙芯光纖開關(guān)。其結(jié)構(gòu)包括輸入端1、電光調(diào)制端2和輸出端3。輸入端包括入射光纖1-1，電光調(diào) 制端包括熔嵌式中空雙芯保偏光纖2-1、金屬陽(yáng)極2-2、金屬陰極2-3、和直流電壓源2-4，輸 出端包括出射光纖3-3。其特征是雙芯光纖采用熔嵌式中空雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)，如圖5所 示；入射光纖和出射光纖都為普通單模單芯光纖。利用公知的光纖熔接技術(shù)，將入射光纖和 出射光纖分別熔接耦合在雙芯光纖的兩端，構(gòu)成光纖內(nèi)Mach-Zenhder全光纖干涉儀結(jié)構(gòu)， 在熔接過程中熔嵌式中空雙芯保偏光纖的中空處會(huì)自然熔實(shí)，雙芯間距很近便于實(shí)現(xiàn)3db 的1x2的光纖熔接耦合，且可滿足對(duì)光波長(zhǎng)的無選擇性，如圖4所示；雙芯光纖帶有微電極， 包括陽(yáng)極和陰極，兩微電極分別位于其中一個(gè)纖芯兩側(cè)，且陽(yáng)極距離纖芯較近，約IOum以 下，該雙芯光纖具有極化光纖的功能。雙芯光纖經(jīng)強(qiáng)電場(chǎng)熱極化后，通過直流電壓源電光調(diào) 制其中一個(gè)干涉臂的光程來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)干涉臂的干涉極大(開狀態(tài))或干涉極小(關(guān)狀態(tài))， 從而實(shí)現(xiàn)光從入射光纖到出射光纖的Ixl光開關(guān)功能。集成在一根光纖中的Ixl雙芯光纖 開關(guān)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果如圖7所示。
權(quán)利要求
一種集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)，包括輸入端、電光調(diào)制端和輸出端；其特征是輸入端為入射光纖；電光調(diào)制端包括熔嵌式中空雙芯保偏光纖、金屬陽(yáng)極、金屬陰極、直流壓源和雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，熔嵌式中空雙芯保偏光纖一端與入射光纖熔接耦合，熔嵌式中空雙芯保偏光纖另一端經(jīng)過熔融拉錐形成雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，金屬陽(yáng)極封閉在熔嵌式中空雙芯保偏光纖中，金屬陰極位于熔嵌式中空雙芯保偏光纖外，金屬陽(yáng)極與金屬陰極分別位于熔嵌式中空雙芯保偏光纖中一個(gè)纖芯的兩側(cè)，直流電源連接在金屬陽(yáng)極與金屬陰極之間；雙芯光纖拉錐耦合區(qū)的另一端為輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)，其特征是輸出端包括 第一輸出端口和第二輸出端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)，其特征是金屬陽(yáng) 極距離纖芯較近，在10um以下。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種集成在一根光纖中的雙芯光纖開關(guān)。輸入端為入射光纖；電光調(diào)制端包括熔嵌式中空雙芯保偏光纖、金屬陽(yáng)極、金屬陰極、直流壓源和雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，熔嵌式中空雙芯保偏光纖一端與入射光纖熔接耦合、另一端經(jīng)過熔融拉錐形成雙芯光纖拉錐耦合區(qū)，金屬陽(yáng)極封閉在熔嵌式中空雙芯保偏光纖中，金屬陰極位于熔嵌式中空雙芯保偏光纖外，兩電極分別位于熔嵌式中空雙芯保偏光纖中一個(gè)纖芯的兩側(cè)，直流電源連接在兩電極之間；雙芯光纖拉錐耦合區(qū)的另一端為輸出端。本發(fā)明不僅具有偏振保持功能，且具有集成于一根光纖中、制造成本低廉、無運(yùn)動(dòng)件、開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好、集成度高、串?dāng)_小、插入損耗小和體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/035GK101859034SQ20101018684
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉志海, 田鳳軍, 苑立波 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)