[發明專利]基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach-Zehnder光開關

在審

• 申請號: 201811520106.9
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109557619A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 苑立波;馬超
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach-Zehnder光開關。包括雙芯光纖1、3dB耦合器2、底層電極陣列3、壓電陶瓷陣列4、上層電極陣列5組成。其特征在于：于雙芯光纖1兩端的合適位置制作了3dB耦合器2用以在雙芯光纖的兩個纖芯光路上構造纖維集成Mach-Zehnder干涉儀，其中耦合器2分別作為輸入端耦合器2-1與輸出端耦合器2-2；由底層電極陣列3、壓電陶瓷陣列4及上層電極陣列5構成的微型壓電換能器陣制備在位于兩個3dB耦合器2之間的雙芯光纖1表面的指定位置。自雙芯光纖1的一個纖芯輸入的光波經輸入端耦合器2-1分束后，分別進入雙芯光纖1的兩個纖芯中繼續傳播，并于輸出端耦合器2-2中進行干涉。光波在傳輸過程中，輸入的可編程電壓信號能夠實現微型壓電換能器陣中特定組合的壓電單元的驅動及其振動強度控制，從而對光纖做空間分布式擠壓。這種外加應力引起的光纖內折射率分布的不均勻，使干涉儀兩路通道輸出光波間產生相位差。因此，利用選定的電壓信號的相應編碼的輸入，能夠實現兩種相位差的快速切換，進而通過輸出端耦合器中兩路光信號的干涉，實現纖維集成光開關的功能。

2.根據權利要求1所述的微型壓電換能器陣，其特征為：換能器以陣列結構制備于雙芯光纖1表面，其周期及單個壓電結構可制作為微米量級，具體大小可根據器件輸出特性要求采用相應制作工藝進行調整。輸入到每個換能器的電壓信號進行編碼，通過控制這種編程電壓信號的輸入，能夠實現微型壓電換能器陣中單個換能器結構的選擇性驅動及其振動強度控制，采用相應編碼電壓信號可以使雙芯光纖內兩路光波間產生數值為0和π的相位差，通過控制這兩種編碼的變換，實現兩種相位差的快速切換，進而實現器件的開關功能。

3.根據權利要求1所述的雙芯光纖，其特征為：對稱雙芯光纖，光纖表面采用扇環形微型換能器；非對稱雙芯光纖，光纖表面可以采用扇環形或者環形微型換能器。進一步，采用帶孔雙芯光纖，并通過對光纖內空氣孔的合理設計，實現雙芯光纖受外力作用過程中應力、應變在光纖橫截面內的集中分布，能夠使同一外力作用于雙芯光纖時，兩個纖芯之間產生較大折射率差值，進而保證器件穩定工作所需的相位差。

4.根據權利要求2所述的微型換能器中壓電陶瓷，其制備特征為：將已制備有底層電極陣列3的雙芯光纖1固定于可軸向旋轉的裝置當中，并于該光纖表面均勻涂覆(或蘸取)適量配制好的光敏性壓電陶瓷墨水。通過電腦精確控制振鏡組合，使激光照射于光纖表面，同時通過控制光纖的軸向旋轉，將位于底層電極陣列3上的壓電陶瓷墨水固化，并保證每個底層電極中有一部分不被覆蓋，以便于和外側金屬電極焊接。隨后將殘留在光纖表面未固化的壓電陶瓷墨水進行沖洗，并將該光纖置于高溫加熱爐中做燒結處理，使壓電陶瓷緊密的制備在底層電極陣列表面。