[发明专利]基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关

权利要求书

1.一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关。包括双芯光纤1、3dB耦合器2、底层电极阵列3、压电陶瓷阵列4、上层电极阵列5组成。其特征在于：于双芯光纤1两端的合适位置制作了3dB耦合器2用以在双芯光纤的两个纤芯光路上构造纤维集成Mach-Zehnder干涉仪，其中耦合器2分别作为输入端耦合器2-1与输出端耦合器2-2；由底层电极阵列3、压电陶瓷阵列4及上层电极阵列5构成的微型压电换能器阵制备在位于两个3dB耦合器2之间的双芯光纤1表面的指定位置。自双芯光纤1的一个纤芯输入的光波经输入端耦合器2-1分束后，分别进入双芯光纤1的两个纤芯中继续传播，并于输出端耦合器2-2中进行干涉。光波在传输过程中，输入的可编程电压信号能够实现微型压电换能器阵中特定组合的压电单元的驱动及其振动强度控制，从而对光纤做空间分布式挤压。这种外加应力引起的光纤内折射率分布的不均匀，使干涉仪两路通道输出光波间产生相位差。因此，利用选定的电压信号的相应编码的输入，能够实现两种相位差的快速切换，进而通过输出端耦合器中两路光信号的干涉，实现纤维集成光开关的功能。

2.根据权利要求1所述的微型压电换能器阵，其特征为：换能器以阵列结构制备于双芯光纤1表面，其周期及单个压电结构可制作为微米量级，具体大小可根据器件输出特性要求采用相应制作工艺进行调整。输入到每个换能器的电压信号进行编码，通过控制这种编程电压信号的输入，能够实现微型压电换能器阵中单个换能器结构的选择性驱动及其振动强度控制，采用相应编码电压信号可以使双芯光纤内两路光波间产生数值为0和π的相位差，通过控制这两种编码的变换，实现两种相位差的快速切换，进而实现器件的开关功能。

3.根据权利要求1所述的双芯光纤，其特征为：对称双芯光纤，光纤表面采用扇环形微型换能器；非对称双芯光纤，光纤表面可以采用扇环形或者环形微型换能器。进一步，采用带孔双芯光纤，并通过对光纤内空气孔的合理设计，实现双芯光纤受外力作用过程中应力、应变在光纤横截面内的集中分布，能够使同一外力作用于双芯光纤时，两个纤芯之间产生较大折射率差值，进而保证器件稳定工作所需的相位差。

4.根据权利要求2所述的微型换能器中压电陶瓷，其制备特征为：将已制备有底层电极阵列3的双芯光纤1固定于可轴向旋转的装置当中，并于该光纤表面均匀涂覆(或蘸取)适量配制好的光敏性压电陶瓷墨水。通过电脑精确控制振镜组合，使激光照射于光纤表面，同时通过控制光纤的轴向旋转，将位于底层电极阵列3上的压电陶瓷墨水固化，并保证每个底层电极中有一部分不被覆盖，以便于和外侧金属电极焊接。随后将残留在光纤表面未固化的压电陶瓷墨水进行冲洗，并将该光纤置于高温加热炉中做烧结处理，使压电陶瓷紧密的制备在底层电极阵列表面。