[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

本發明提供的是一種基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach?Zehnder光開關。具體為在一段雙芯光纖兩端制備兩個3dB耦合器，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，進一步在兩個3dB耦合器之間制備微型壓電換能器陣作為調制單元。其中，微型壓電陶瓷換能器陣制備于雙芯光纖表面的合適位置，在外加可編程電壓信號的作用下對光纖進行空間分布式擠壓，擠壓導致的折射率調制使干涉儀兩路通道輸出光波間產生相位差。通過選定的電壓編碼的輸入，能夠實現兩種相位差的快速切換，進而實現纖維集成光開關的功能。本發明可廣泛用于集成光器件及光纖通信領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是光纖集成器件領域，具體涉及一種基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach-Zehnder光開關。

(二)背景技術

光開關是具有一個或多個可選擇的傳輸端口，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的器件。光纖光開關與其他光開關相比，不存在空間光路部分，易于跟全光纖網絡連接。

雙芯光纖將兩個纖芯集成到一根光纖當中，使光路之間能夠保證相對穩定，有效的降低振動、溫度等環境因素對光路的影響。基于擠壓式雙芯光纖的Mach-Zehnder干涉儀具有工作性能穩定、調制速率快等優點，一般由雙芯光纖、兩端的耦合器及光纖側向擠壓裝置構成。其中，耦合器是于雙芯光纖兩端的合適位置通過熔融拉錐等方法制備而成。光波經過輸入端耦合器后分成兩束，分別在雙芯光纖的兩個纖芯中傳輸，經側向擠壓裝置的調制，于輸出端耦合器中進行干涉。

目前光纖的側向擠壓裝置通常采用電信號驅動的塊狀結構。如專利CN102207638B公開的基于擠壓式非對稱雙芯光纖開關，采用塊狀堆疊式壓電陶瓷作為光纖的側向擠壓裝置，通過電信號控制壓電陶瓷塊對非對稱的雙芯光纖的側向擠壓，使得傳輸于光纖的兩個纖芯中的光波產生特定的相位差。通過調制兩個纖芯中的光波產生的相位差，可以實現對干涉儀中輸出端耦合器干涉后的輸出光強的控制。但該類型的塊狀堆疊式壓電陶瓷的驅動換能器，體積較大，不利于光纖器件的集成。同樣考慮到體積因素，此類干涉儀往往采用單塊堆疊式壓電陶瓷進行驅動，調制方式不夠靈活。

本發明公開的是一種基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach-Zehnder光開關。對雙芯光纖進行側向擠壓的微型換能器中壓電陶瓷的制備，采用了光敏性壓電陶瓷墨水的激光固化技術，提高了制作精度。微型換能器以周期陣列的形式制備在雙芯光纖表面，具有較高的集成度，其結構長度及分布周期在制備過程中根據設計及相應工藝可靈活的進行控制。通過采用編碼的電壓信號的輸入能夠實現陣列中壓電單元的選擇性驅動及其振動強度的靈活控制，進而實現兩個纖芯中光波間相位差為0和π的快速切換。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單緊湊、易于集成、高精度的基于微型壓電換能器陣的纖維集成Mach-Zehnder光開關。

本發明的目的是這樣實現的：

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。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。