[發(fā)明專(zhuān)利]針對(duì)多芯光纖分光耦合的光電探測(cè)器陣列及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010821023.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111982166B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧仕杰;李翔;張文濤;苑立波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D5/26
• 分類(lèi)號(hào): G01D5/26;G01D5/353;G02B6/42
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供的是一種針對(duì)多芯光纖分光耦合的光電探測(cè)器陣列及系統(tǒng)，由多芯光纖1、偏置電壓電路2、光電二極管陣列3、開(kāi)關(guān)陣列4、控制電路5、跨阻放大器陣列6、信號(hào)處理模塊7、耦合器8、探測(cè)器套管9和光電二極管陣列封裝10組成。本發(fā)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(cè)量等領(lǐng)域。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種針對(duì)多芯光電分光耦合的光電探測(cè)器陣列及系統(tǒng)，本發(fā)明可用于光纖通信，光纖傳感，光電測(cè)量。屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

近年來(lái)，不斷增長(zhǎng)的寬帶容量需求促進(jìn)了光纖通信技術(shù)的迅速發(fā)展，時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和偏振復(fù)用技術(shù)將單芯光纖通信系統(tǒng)的寬帶容量提升到100TB/s。但是，傳統(tǒng)的單芯光纖的傳輸容量已經(jīng)接近物理極限，作為空分復(fù)用的多芯光纖有望成為克服當(dāng)前通信系統(tǒng)傳輸容量限值的理想選擇。

在空分復(fù)用的傳輸系統(tǒng)中，不同的信號(hào)能通過(guò)多個(gè)不同空間路徑同時(shí)傳輸。從空分復(fù)用光纖的角度看，多芯光纖技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將多空間路徑引入光纖，多芯光纖是將多個(gè)獨(dú)立的纖芯合并在一根光纖內(nèi)，一個(gè)包層中含有多根纖芯，這樣光纖的傳輸容量隨著纖芯數(shù)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(shí)現(xiàn)多芯光纖空分復(fù)用達(dá)到傳輸擴(kuò)容目的的關(guān)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(tǒng)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

針對(duì)多芯光纖的分光和光電耦合，Werner Klaus等人通過(guò)在多芯光纖和單芯光纖陣列之間放置分離的光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)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(kāi)了“多芯多模光纖耦合裝置”(中國(guó)專(zhuān)利：CN201580020765.4)，他們利用多芯光纖空間耦合器配合聚光系統(tǒng)，將多芯光纖分束到單芯光纖；苑立波等人于2015年公開(kāi)了“一種單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法”(中國(guó)專(zhuān)利：CN201410777215.4)，他們通過(guò)在多芯光纖纖芯輸出端放置微透鏡，纖芯射出的光束通過(guò)微透鏡聚焦耦合到單芯光纖，實(shí)現(xiàn)多芯光纖分光到單芯光纖；王磊等人于2013年公開(kāi)了“多芯光纖光互聯(lián)結(jié)構(gòu)”(中國(guó)專(zhuān)利：CN201310011214.4)，他們將多芯光纖入射的光信號(hào)，經(jīng)由垂直耦合器改變傳播方向，變?yōu)檠毓獠▽?dǎo)方向傳播的光束，并耦合進(jìn)入光波導(dǎo)，光信號(hào)經(jīng)由光波導(dǎo)導(dǎo)引，耦合進(jìn)入光電探測(cè)器陣列，實(shí)現(xiàn)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(dǎo)刻寫(xiě)技術(shù)在玻璃或晶體上制備3D波導(dǎo)陣列，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)存在以下缺陷和不足：(1)基于分離的空間光學(xué)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(yīng)對(duì)不同多芯光纖時(shí)，需要針對(duì)多芯光纖的纖芯排列、纖芯數(shù)量、纖芯直徑和纖芯間距設(shè)計(jì)相應(yīng)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(dǎo)刻寫(xiě)技術(shù)制備的3D波導(dǎo)陣列的損耗較大，光信號(hào)經(jīng)過(guò)3D波導(dǎo)陣列傳輸后衰減顯著。此外，現(xiàn)有耦合裝置，設(shè)計(jì)完成后只能針對(duì)一種多芯光纖，當(dāng)更換不同多芯光纖(纖芯數(shù)量或者排布不同)時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)耦合裝置，使得其適用性受到局限。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)多芯光纖分光耦合的光電探測(cè)器陣列及系統(tǒng)，可用于光纖通信，光纖傳感，光電測(cè)量等領(lǐng)域。該系統(tǒng)利用光電二極管陣列配合多芯光纖實(shí)現(xiàn)多芯光纖的分光和光電耦合，通過(guò)控制電路對(duì)光電二極管陣列輸出的控制，實(shí)現(xiàn)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(shù)量的多芯光纖，同時(shí)大大降低光信號(hào)在分光和耦合過(guò)程中的損耗。

(三)發(fā)明內(nèi)容