一种基于声光作用的全光纤多路延迟线切换开关制造技术

本发明专利技术涉及一种基于声光作用的全光纤延迟线切换开关，其基本结构包括楔形的超声换能器、以及由超声驱动的多组顺次相接的声光话路耦合器。本发明专利技术能在全光纤结构中实现单一波长信号在不同延迟线输出通道间的切换，具有成本低、响应时间快、插入损耗小、光谱宽度大、结构紧凑以及延迟线数量易于扩展的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声光作用的全光纤多路延迟线切换开关
本专利技术涉及一种新型的基于声光相互作用的全光纤多通道光开关，属于光通讯与光信息处理领域。
技术介绍
在光通讯和光信息处理领域，延迟线起着至关重要的作用[I]，比如在光学传感和测量系统中参与信号的传输和调制，在光纤通信系统中实现信号的编码与缓存，在光控相控阵雷达系统中实现微波信号的精确控制与相位分配。延迟线一般包括光纤延迟线、声表面波延迟线、电荷耦合器件延迟线、同轴电缆延迟线、静磁波延迟线和超导延迟线等[2-5]。其中光纤延迟线具有最高的延时带宽乘积、最高的工作频率以及与频率无关的单位延时损耗等优势。光纤延迟线已经从最开始的单根光纤发展到现阶段具有复杂结构的独立器件，主要分为固定光纤延迟线和可调光纤延迟线两类[6]，而其中可调光纤延迟线发挥着更加重要的作用。可调光纤延迟线的一种重要实现方法是将多根固定光纤延迟线和光开关进行组合，利用光开关的通道切换功能将光信号导入不同的固定光纤延迟线，从而获得不同的光信号延迟量。在这样的可调光纤延迟线系统中，光开关的性能起着决定性作用。 机械式光开关是常见的用于光纤延迟线的光开关[7]，由于其改变光信号传输通路的根本方法是采用机械移动光学元件，因而存在响应时间较长、开关寿命有限、重复性较差以及稳定性不足等缺陷。另外，机械式光开关一般需要将光纤中传输的光波信号导出到反射镜和耦合镜等空间光学元件里，导致存在比较大的插入损耗，这也是非全光纤延迟线所具有的共同缺点。
技术实现思路
基于现有技术中存在的问题，本专利技术经过长期研究，提出了一种基于声光作用的全光纤延迟线切换开关。本专利技术的意义在于:解决现有可调光纤延迟线系统中机械式光开关响应时间较长、稳定性较差以及插入损耗较大等问题。 依据本专利技术的技术方案，全光纤延迟线切换开关包括一个楔形超声换能器组件、以及粘接于超声换能器组件顶端顺次相接的声光话路耦合器。整体的结构如图1所示。 该延迟线切换开关由η组粘接在超声换能组件和氟化镁衬底上的声光话路耦合器组成。 其中，多组声光话路稱合器的输出η’端与相邻的下一组稱合器的输入端(即输入η+1)顺次相连，同时锥形光纤输出η端为切换开关的输出端口。 优选地，开关通道的数量由声光话路耦合器的组数决定 进一步地，每根通道的切换由超声换能器的工作频率决定，通道的共振频率由声光话路耦合器中声光光纤的直径及加载的张力决定。 本专利技术的基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的基本结构包括楔形的超声换能器、以及由超声驱动的多组顺次相接的声光话路耦合器。本专利技术能在全光纤结构中实现单一波长信号在不同延迟线输出通道间的切换，具有成本低、响应时间快、插入损耗小、光谱宽度大、结构紧凑以及延迟线数量易于扩展的优点。 【附图说明】 图1为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关原理示意图； 图2为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的连接逻辑关系图； 图3为依据本专利技术的双耦合器示意图； 图4为当所加超声波信号的频率让光开关切换到通道I时，两个通道的滤波器(上通道)透射谱与锥形光纤(下通道)透射谱； 图5为当所加超声波信号的频率让光开关切换到通道2时，两个通道的滤波器(上通道)透射谱与锥形光纤(下通道)透射谱； 图6为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关组成的延迟线系统延迟量测试原理示意图； 图7为200米光纤延迟线和400米光纤延迟线分别接于通道I和2时的延迟量测试结果； 图8为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的响应时间测试结果。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但是该实施例不应理解为对本专利技术的限制。 图1为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关原理示意图，全光纤延迟线切换开关包括楔形超声角锥与η个声光话路耦合器，图1中上部给出了声光话路耦合器的放大示意图。 图2为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的连接逻辑关系图。 图3为在本专利技术全光纤延迟线切换开关中的双耦合器示意图，其附图标记具体为:1-压电陶瓷片，2-楔形超声聚能器，3-吸声材料，4-超声信号发生器，5-主通路光信号输入光纤，6-稱合器I的声光光纤,7-稱合器2的声光光纤,8-低折射率氟化镁玻璃,9-率禹合器I的锥形光纤，10-稱合器2的锥形光纤，11-主通路光信号输出光纤。 图4为当所加超声波信号的频率让光开关切换到通道I时，两个通道的滤波器(上通道)透射谱与锥形光纤(下通道)透射谱。 图5为当所加超声波信号的频率让光开关切换到通道2时，两个通道的滤波器(上通道)透射谱与锥形光纤(下通道)透射谱。 图6为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关组成的延迟线系统延迟量测试原理示意图，其附图标记具体为:5_主通路光信号输入光纤，9-耦合器I的锥形光纤(输出I), 10-f禹合器2的锥形光纤(输出2), 11-主通路光信号输出光纤(输出3), 12-光纤延迟线1，13-光纤延迟线2，14-3dB耦合器1，15-可调光衰减器，16_3dB耦合器2。 图7为200米光纤延迟线和400米光纤延迟线分别接于通道I和2时的延迟量测试结果。 图8为基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的响应时间测试结果。 本专利技术提供的全光纤延迟线切换开关，包括一个楔形超声换能器组件、以及粘接于超声换能器组件顶端顺次相接的声光话路耦合器。整体的结构如图1所示。其中，楔形超声换能器组件包括一个用于将电信号转化为超声波信号的压电陶瓷片，粘接在压电陶瓷片上面的楔形超声聚能器，以及粘接在压电陶瓷片下面的吸声材料。声光话路耦合器与超声换能器组件粘接的部分为去除了涂覆层的裸光纤，且采用化学腐蚀法将裸光纤直径减小到适合声光作用的尺寸。裸光纤与锥形光纤组在低折射率氟化镁衬底上平行紧贴，且紧贴区域浸于折射率匹配液中。超声波在裸光纤中传播时遇到折射率匹配液就会被吸收，从粘接处到折射率匹配液的这一区间称为声光作用区。浸在折射率匹配液中的紧贴区域称为耦合分束区。 多个声光话路耦合器顺次相接，如图1所示。对于第η个声光话路耦合器，它的输入η端口与上一个I禹合器的输出(η-1) ’端口相接,输出η’端口与下一个f禹合器的输入η+1相接，输出η端口为切换开关的输出端口。切换开关的输出端口数总量由耦合器的数量决定，即:当切换开关耦合器的数量为η时，开关的有效输出端口数量为η+1。 该延迟线切换开关的光路连接逻辑关系如图2所示。需要延迟的光信号导入开关输入端口后，光信号会依次通过串联在一起的η个切换开关单元(即声光话路耦合器)，每个切换开关单元的工作频率各不相同，当加在压电陶瓷片(见图3)上的射频信号频率为fn时，则第η个切换开关单元处于打开状态，几乎全部光信号就从输出η端口输出，只会有少量残余光信号进入下一个切换开关单元；与此同时，其它所有切换开关单元均会处于关闭状态，其从上一个开关单元接收到的光信号会全部导入下一个开关单元。如果压电陶瓷片上没有加载射频信号，则光信号会顺次通过以上η个切换开关单元，最后从输出η+1端口输出。 基于声光作用的全光纤延迟线切换开关的光学原理如下:超声信号发生器产生的超声电信号经过超声换能器器组件转化为同频率的超声波，该超声波在光纤绕组与超声聚能器顶端的粘接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声光作用的全光纤延迟线切换开关，其特征在于：该切换开关包括唯一的楔形超声换能器及其驱动的多组声光话路耦合器。

【技术特征摘要】
1.一种基于声光作用的全光纤延迟线切换开关，其特征在于:该切换开关包括唯一的楔形超声换能器及其驱动的多组声光话路耦合器。2.根据权利要求1所述的全光纤延迟线切换开关，其特征在于:多组声光话路耦合器的单模光纤输出η’端与相邻的下一组耦合器的输入端(即输入η+1)顺次相连，锥形光纤输出η端为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，黄礼刚，张国权，许京军，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12