[发明专利]基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关

说明书

本发明提供的是一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach‑Zehnder光开关。具体为在一段双芯光纤两端制备两个3dB耦合器，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，进一步在两个3dB耦合器之间制备微型压电换能器阵作为调制单元。其中，微型压电陶瓷换能器阵制备于双芯光纤表面的合适位置，在外加可编程电压信号的作用下对光纤进行空间分布式挤压，挤压导致的折射率调制使干涉仪两路通道输出光波间产生相位差。通过选定的电压编码的输入，能够实现两种相位差的快速切换，进而实现纤维集成光开关的功能。本发明可广泛用于集成光器件及光纤通信领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是光纤集成器件领域，具体涉及一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关。

(二)背景技术

光开关是具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。光纤光开关与其他光开关相比，不存在空间光路部分，易于跟全光纤网络连接。

双芯光纤将两个纤芯集成到一根光纤当中，使光路之间能够保证相对稳定，有效的降低振动、温度等环境因素对光路的影响。基于挤压式双芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪具有工作性能稳定、调制速率快等优点，一般由双芯光纤、两端的耦合器及光纤侧向挤压装置构成。其中，耦合器是于双芯光纤两端的合适位置通过熔融拉锥等方法制备而成。光波经过输入端耦合器后分成两束，分别在双芯光纤的两个纤芯中传输，经侧向挤压装置的调制，于输出端耦合器中进行干涉。

目前光纤的侧向挤压装置通常采用电信号驱动的块状结构。如专利CN102207638B公开的基于挤压式非对称双芯光纤开关，采用块状堆叠式压电陶瓷作为光纤的侧向挤压装置，通过电信号控制压电陶瓷块对非对称的双芯光纤的侧向挤压，使得传输于光纤的两个纤芯中的光波产生特定的相位差。通过调制两个纤芯中的光波产生的相位差，可以实现对干涉仪中输出端耦合器干涉后的输出光强的控制。但该类型的块状堆叠式压电陶瓷的驱动换能器，体积较大，不利于光纤器件的集成。同样考虑到体积因素，此类干涉仪往往采用单块堆叠式压电陶瓷进行驱动，调制方式不够灵活。

本发明公开的是一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关。对双芯光纤进行侧向挤压的微型换能器中压电陶瓷的制备，采用了光敏性压电陶瓷墨水的激光固化技术，提高了制作精度。微型换能器以周期阵列的形式制备在双芯光纤表面，具有较高的集成度，其结构长度及分布周期在制备过程中根据设计及相应工艺可灵活的进行控制。通过采用编码的电压信号的输入能够实现阵列中压电单元的选择性驱动及其振动强度的灵活控制，进而实现两个纤芯中光波间相位差为0和π的快速切换。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、易于集成、高精度的基于微型压电换能器阵的纤维集成Mach-Zehnder光开关。

本发明的目的是这样实现的：

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。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。