[發明專利]針對多芯光纖分光耦合的光電探測器陣列及系統

有效

• 申請號: 202010821023.4
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111982166B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 鄧仕杰;李翔;張文濤;苑立波
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01D5/353;G02B6/42
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本發明提供的是一種針對多芯光纖分光耦合的光電探測器陣列及系統，由多芯光纖1、偏置電壓電路2、光電二極管陣列3、開關陣列4、控制電路5、跨阻放大器陣列6、信號處理模塊7、耦合器8、探測器套管9和光電二極管陣列封裝10組成。本發明可用于多芯光纖的分光和光電耦合，可廣泛用于光纖通信，光纖傳感，光電測量等領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種針對多芯光電分光耦合的光電探測器陣列及系統，本發明可用于光纖通信，光纖傳感，光電測量。屬于光纖通信技術領域。

(二)背景技術

近年來，不斷增長的寬帶容量需求促進了光纖通信技術的迅速發展，時分復用、波分復用和偏振復用技術將單芯光纖通信系統的寬帶容量提升到100TB/s。但是，傳統的單芯光纖的傳輸容量已經接近物理極限，作為空分復用的多芯光纖有望成為克服當前通信系統傳輸容量限值的理想選擇。

在空分復用的傳輸系統中，不同的信號能通過多個不同空間路徑同時傳輸。從空分復用光纖的角度看，多芯光纖技術可以實現將多空間路徑引入光纖，多芯光纖是將多個獨立的纖芯合并在一根光纖內，一個包層中含有多根纖芯，這樣光纖的傳輸容量隨著纖芯數量的增加而成倍增加。其中多芯光纖的分光和光電耦合，是實現多芯光纖空分復用達到傳輸擴容目的的關鍵之一。此外，多芯光纖通道分束也是纖維集成光電器件與纖維集成微系統中需要解決的關鍵技術。

針對多芯光纖的分光和光電耦合，Werner Klaus等人通過在多芯光纖和單芯光纖陣列之間放置分離的光學器件，實現了多芯光纖的分光(Werner Klaus，et al.，“Free-Space Coupling Optics for Multicore Fibers，”IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS,VOL.24,NO.21,NOVEMBER 1,2012)；淡路祥成等人于2017年公開了“多芯多模光纖耦合裝置”(中國專利：CN201580020765.4)，他們利用多芯光纖空間耦合器配合聚光系統，將多芯光纖分束到單芯光纖；苑立波等人于2015年公開了“一種單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法”(中國專利：CN201410777215.4)，他們通過在多芯光纖纖芯輸出端放置微透鏡，纖芯射出的光束通過微透鏡聚焦耦合到單芯光纖，實現多芯光纖分光到單芯光纖；王磊等人于2013年公開了“多芯光纖光互聯結構”(中國專利：CN201310011214.4)，他們將多芯光纖入射的光信號，經由垂直耦合器改變傳播方向，變為沿光波導方向傳播的光束，并耦合進入光波導，光信號經由光波導導引，耦合進入光電探測器陣列，實現多芯光纖的分光和光電耦合；R.R.Thomson等人利用超快激光波導刻寫技術在玻璃或晶體上制備3D波導陣列，實現多芯光纖纖芯之間光束的分離(R.R.Thomson，et al.，“Ultrafast-laserinscription of a three dimensional fan-out device for multicore fibercoupling applications，Optics Express Vol.15,Issue 18,pp.11691-11693(2007)”)。上述設計存在以下缺陷和不足：(1)基于分離的空間光學透鏡的多芯光纖分光器件的體積很大，使用不便；(2)基于微透鏡的多芯光纖分光，在應對不同多芯光纖時，需要針對多芯光纖的纖芯排列、纖芯數量、纖芯直徑和纖芯間距設計相應的微透鏡組，該方法的適配性和兼容性差；(3)目前基于超快激光波導刻寫技術制備的3D波導陣列的損耗較大，光信號經過3D波導陣列傳輸后衰減顯著。此外，現有耦合裝置，設計完成后只能針對一種多芯光纖，當更換不同多芯光纖(纖芯數量或者排布不同)時，需要重新設計耦合裝置，使得其適用性受到局限。

為了解決上述問題，本發明公開了一種針對多芯光纖分光耦合的光電探測器陣列及系統，可用于光纖通信，光纖傳感，光電測量等領域。該系統利用光電二極管陣列配合多芯光纖實現多芯光纖的分光和光電耦合，通過控制電路對光電二極管陣列輸出的控制，實現光電二極管陣列方便靈活地適用不同的纖芯排列、纖芯間距、纖芯直徑和纖芯數量的多芯光纖，同時大大降低光信號在分光和耦合過程中的損耗。

(三)發明內容