一种微型磁光光纤开关制造技术

本发明专利技术公开了一种微型磁光光纤开关，由一个微型三光纤准直器、一个微型电流线圈与一个微型空间光处理光学内核构成，通过控制电流线圈的电流方向来实现1×2结构与2×1结构的微型光纤开关，微型磁光光纤开关输入与输出光纤均在同侧。本发明专利技术采用三光纤准直器与微型空间光处理光学内核，实现了可同时具有多种开关工作模式的微型结构磁光光纤开关，具有多工作模式、结构简单、体积超小、插入损耗低、偏振相关损耗低、单侧出纤、超高的通道切换重复性和超高的寿命等优点。

A micro magneto optic fiber switch

The invention discloses a micro magneto-optical fiber switch, which is composed of a micro three optical fiber collimator, a micro current coil and a micro spatial optical processing optical core. The micro optical fiber switch with 1 \u00d7 2 structure and 2 \u00d7 1 structure is realized by controlling the current direction of the current coil. The input and output optical fibers of the micro magneto-optical fiber switch are on the same side. The invention adopts a three fiber collimator and a micro spatial light processing optical core to realize a micro structure magneto-optical fiber switch which can simultaneously have a variety of switch working modes, and has the advantages of multiple working modes, simple structure, ultra-small volume, low insertion loss, low polarization related loss, single side fiber output, ultra-high channel switching repeatability and ultra-high service life, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种微型磁光光纤开关
本专利技术属于光学和光纤通讯
，具体涉及一种微型磁光光纤开关。
技术介绍
光纤开关是一种在光学系统中被用于在一个或多个输入光纤端口与一个或更多个输出端口之间切换的光学器件；光纤开关被用于光纤通讯系统中来连接和断开由信息加载的传输光通道，提供网络保护、链路交叉连接以及分插复用等功能；光纤开关也能用于使光源产生脉冲光信号，例如激光器或利用光纤开关调制加载信息或切断光纤通路来实现其相关功能。一种简单类型的光纤开关是一个1×2光纤开关，它能够在一个输入端口和两个输出端口之间提供光切换，或者2×1光纤开关在两个输入端口之间和一个输出端口提供光切换。使用光学折射与反射的1×2或2×1光纤开关是非常可靠的，它有小的插入损耗，并且很容易制造；1×2或2×1光纤开关已经被广泛地用于无线电通讯行业，例如保护切换，标记切换等；1×2光纤开关也已经被用于建立大尺寸的开关，例如1×4和1×8光纤开关。在一些情况下，应用若干个1×2光纤开关构建1×4和1×8光纤开关可以降低制作复杂性，或减小能量消耗或减小被占用的物理空间。实现这些光纤开关有许多技术，例如：机械光开关、MEMS开光、热光开关、液晶光开关、磁光开关、声光开关和半导体电光开关等，每一种切换技术都有其各自的特点。例如，机械光纤开关是目前最广泛应用的光纤端口切换器件，它具有非常小的插入损耗和串扰特性，但是其切换时间被限制在毫秒范围内，并且器件本身体积大；其他利用MEMS光开关、热光光开关以及液晶光开关技术等机制，其实现的开关响应速度也比较慢，一般也在毫秒量级；磁光技术与声光技术实现的光纤开关速度可以在数十微秒至数百微秒之间；而半导体电光开光速度虽然可以达到纳秒量级，然而存在偏振相关性与波导耦合损耗大等缺陷。
技术实现思路
磁光开关是利用磁场产生偏振光法拉第旋转的机制来实现光通道的开关切换技术，通过控制磁场方向进而控制磁光晶体的旋光方向正向和反向，以实现单个或多个光纤端口的导通路径切换的一种光纤开关技术；相比以往的磁光开关技术，本专利技术提供了一种微型磁光光纤开关，其为基于一个微型三光纤准直器、一个微型电流线圈与一个微型空间光处理光学内核的微型结构光纤开关，通过控制电流线圈的电流方向来实现1×2结构与2×1结构等多种结构的光纤端口路径切换。一种微型磁光光纤开关，由一个微型三光纤准直器、一个微型电流线圈以及一个微型空间光处理光学内核构成，通过控制线圈的电流方向以实现1×2光纤开关结构和2×1光纤开关结构；其中：所述微型三光纤准直器由一个一字均匀排列的三孔毛细管、三根单模光纤以及准直微透镜通过微光学工艺粘合组装而成，三根单模光纤分别置于三孔毛细管中且间距均匀，准直微透镜将三根单模光纤的输入光分别准直为空间的三个方向，通过微光学调节与粘合组装实现微型三光纤准直器结构中的三根单模光纤准直空间光夹角均匀；所述微型电流线圈在电流作用下产生空间饱和磁场，该磁场的空间取向与线圈轴心平行；所述微型空间光处理光学内核由第一偏振分光棱镜、波片、磁光晶体以及第二偏振分光棱镜通过微光学粘合组装构成，其中第一偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面、第二全反射面以及第三全反射面；第二偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面以及第二全反射面；波片结合磁光晶体用于改变光束的偏振态；所述波片的光轴取向与光传输切面水平方向呈22.5°，进而实现对输入的水平偏振光产生45°的旋转以及对输入的垂直偏振光产生135°的偏振旋转；或所述波片的光轴取向与光传输切面垂直方向呈22.5°，进而实现对输入的垂直偏振光产生45°的旋转以及对输入的水平偏振光产生135°的偏振旋转；所述磁光晶体为具有内部磁场保磁力的法拉第旋光晶体，内部磁场保磁力的方向与微型电流线圈产生的空间饱和磁场方向相平行；磁光晶体的内部磁场保磁力使得输入的线偏振光产生45°或-45°的偏振态旋转，且该内部磁场保磁力的方向与光传输方向平行；在微型电流线圈产生的空间饱和磁场下，当该磁场方向与保磁力方向相反时，磁光晶体的内部磁场保磁力将发生反转，保磁力反转使得产生的法拉第旋光方向产生反转，即线偏振光的法拉第旋转角由45°变为-45°或由-45°变为45°。进一步地，所述微型磁光光纤开关通过改变线圈电流方向以实现空间饱和磁场方向的切换，进而控制磁光晶体旋光方向的正向和反向，以实现光束导通通道在不同光纤端口的切换。进一步地，所述微型磁光光纤开关为1×2光纤开关结构的具体光路实现为：当电流控制线圈产生的磁场使得磁光晶体产生的偏振方向为顺时针旋转45°(即正向+45°)时，准直微透镜将来自第二单模光纤的光准直成平行光束，依次经过第一偏振分光棱镜的第二全反射面、第一偏振分光棱镜的第三全反射面、第二偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第二偏振分光棱镜的偏振分光面上，全偏振态光束经过偏振分光面后被分成具有相互垂直偏振态的两束光即正常光束和反常光束，正常光束的偏振方向沿垂直y轴方向，反常光束的偏振方向沿水平x轴方向；正常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面90度反射后到达磁光晶体，经磁光晶体偏振方向旋转+45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，正常光束的偏振方向变为水平x轴方向；反常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面透射、第二偏振分光棱镜的第一全反射面反射后到达磁光晶体，反常光束经磁光晶体偏振方向旋转+45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，反常光束的偏振态变为垂直y轴方向；经过波片的正常光束经第一偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第一偏振分光棱镜的偏振分光面，其相对于第一偏振分光棱镜的偏振分光面来说成为了反常光束；而经过波片的反常光束到达第一偏振分光棱镜，其相对第一偏振分光棱镜的偏振分光面来说成为了正常光束，第一偏振分光棱镜的偏振分光面将两束光合成一束，合成光束经过第一偏振分光棱镜的第一全反射面后由微型三光纤准直器中的第一单模光纤接收输出；当电流控制线圈产生的磁场使得磁光晶体产生的偏振方向为逆时针旋转45°(即反向-45°)时，准直微透镜将来自第二单模光纤的光准直成平行光束，依次经过第一偏振分光棱镜的第二全反射面、第一偏振分光棱镜的第三全反射面、第二偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第二偏振分光棱镜的偏振分光面上，全偏振态光束经过偏振分光面后被分成具有相互垂直偏振态的两束光即正常光束和反常光束，正常光束的偏振方向沿垂直y轴方向，反常光束的偏振方向沿水平x轴方向；正常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面90度反射后到达磁光晶体，经磁光晶体偏振方向旋转-45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，正常光束的偏振态没有变化，其偏振方向还是沿垂直y轴方向；反常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面透射、第二偏振分光棱镜的第一全反射面反射后到达磁光晶体，反常光束经磁光晶体偏振方向旋转-45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，反常光束的偏振态也没有变化，其偏振方向还是沿水平x轴方向；经过波片的正常光束经第一偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第一偏振分光棱镜的偏振分光面与由波片输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型磁光光纤开关，其特征在于：由一个微型三光纤准直器、一个微型电流线圈以及一个微型空间光处理光学内核构成，通过控制线圈的电流方向以实现1×2光纤开关结构和2×1光纤开关结构；其中：/n所述微型三光纤准直器由一个一字均匀排列的三孔毛细管、三根单模光纤以及准直微透镜通过微光学工艺粘合组装而成，三根单模光纤分别置于三孔毛细管中且间距均匀，准直微透镜将三根单模光纤的输入光分别准直为空间的三个方向，通过微光学调节与粘合组装实现微型三光纤准直器结构中的三根单模光纤准直空间光夹角均匀；/n所述微型电流线圈在电流作用下产生空间饱和磁场，该磁场的空间取向与线圈轴心平行；/n所述微型空间光处理光学内核由第一偏振分光棱镜、波片、磁光晶体以及第二偏振分光棱镜通过微光学粘合组装构成，其中第一偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面、第二全反射面以及第三全反射面；第二偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面以及第二全反射面；波片结合磁光晶体用于改变光束的偏振态；/n所述波片的光轴取向与光传输切面水平方向呈22.5°，进而实现对输入的水平偏振光产生45°的旋转以及对输入的垂直偏振光产生135°的偏振旋转；或所述波片的光轴取向与光传输切面垂直方向呈22.5°，进而实现对输入的垂直偏振光产生45°的旋转以及对输入的水平偏振光产生135°的偏振旋转；/n所述磁光晶体为具有内部磁场保磁力的法拉第旋光晶体，内部磁场保磁力的方向与微型电流线圈产生的空间饱和磁场方向相平行；磁光晶体的内部磁场保磁力使得输入的线偏振光产生45°或-45°的偏振态旋转，且该内部磁场保磁力的方向与光传输方向平行；/n在微型电流线圈产生的空间饱和磁场下，当该磁场方向与保磁力方向相反时，磁光晶体的内部磁场保磁力将发生反转，保磁力反转使得产生的法拉第旋光方向产生反转，即线偏振光的法拉第旋转角由45°变为-45°或由-45°变为45°。/n...

【技术特征摘要】
1.一种微型磁光光纤开关，其特征在于：由一个微型三光纤准直器、一个微型电流线圈以及一个微型空间光处理光学内核构成，通过控制线圈的电流方向以实现1×2光纤开关结构和2×1光纤开关结构；其中：
所述微型三光纤准直器由一个一字均匀排列的三孔毛细管、三根单模光纤以及准直微透镜通过微光学工艺粘合组装而成，三根单模光纤分别置于三孔毛细管中且间距均匀，准直微透镜将三根单模光纤的输入光分别准直为空间的三个方向，通过微光学调节与粘合组装实现微型三光纤准直器结构中的三根单模光纤准直空间光夹角均匀；
所述微型电流线圈在电流作用下产生空间饱和磁场，该磁场的空间取向与线圈轴心平行；
所述微型空间光处理光学内核由第一偏振分光棱镜、波片、磁光晶体以及第二偏振分光棱镜通过微光学粘合组装构成，其中第一偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面、第二全反射面以及第三全反射面；第二偏振分光棱镜依次包含第一全反射面、偏振分光面以及第二全反射面；波片结合磁光晶体用于改变光束的偏振态；
所述波片的光轴取向与光传输切面水平方向呈22.5°，进而实现对输入的水平偏振光产生45°的旋转以及对输入的垂直偏振光产生135°的偏振旋转；或所述波片的光轴取向与光传输切面垂直方向呈22.5°，进而实现对输入的垂直偏振光产生45°的旋转以及对输入的水平偏振光产生135°的偏振旋转；
所述磁光晶体为具有内部磁场保磁力的法拉第旋光晶体，内部磁场保磁力的方向与微型电流线圈产生的空间饱和磁场方向相平行；磁光晶体的内部磁场保磁力使得输入的线偏振光产生45°或-45°的偏振态旋转，且该内部磁场保磁力的方向与光传输方向平行；
在微型电流线圈产生的空间饱和磁场下，当该磁场方向与保磁力方向相反时，磁光晶体的内部磁场保磁力将发生反转，保磁力反转使得产生的法拉第旋光方向产生反转，即线偏振光的法拉第旋转角由45°变为-45°或由-45°变为45°。


2.根据权利要求1所述的微型磁光光纤开关，其特征在于：所述微型磁光光纤开关通过改变线圈电流方向以实现空间饱和磁场方向的切换，进而控制磁光晶体旋光方向的正向和反向，以实现光束导通通道在不同光纤端口的切换。


3.根据权利要求1所述的微型磁光光纤开关，其特征在于：所述微型磁光光纤开关为1×2光纤开关结构的具体光路实现为：当电流控制线圈产生的磁场使得磁光晶体产生的偏振方向为顺时针旋转45°时，准直微透镜将来自第二单模光纤的光准直成平行光束，依次经过第一偏振分光棱镜的第二全反射面、第一偏振分光棱镜的第三全反射面、第二偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第二偏振分光棱镜的偏振分光面上，全偏振态光束经过偏振分光面后被分成具有相互垂直偏振态的两束光即正常光束和反常光束，正常光束的偏振方向沿垂直y轴方向，反常光束的偏振方向沿水平x轴方向；正常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面90度反射后到达磁光晶体，经磁光晶体偏振方向旋转+45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，正常光束的偏振方向变为水平x轴方向；反常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面透射、第二偏振分光棱镜的第一全反射面反射后到达磁光晶体，反常光束经磁光晶体偏振方向旋转+45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，反常光束的偏振态变为垂直y轴方向；经过波片的正常光束经第一偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第一偏振分光棱镜的偏振分光面，其相对于第一偏振分光棱镜的偏振分光面来说成为了反常光束；而经过波片的反常光束到达第一偏振分光棱镜，其相对第一偏振分光棱镜的偏振分光面来说成为了正常光束，第一偏振分光棱镜的偏振分光面将两束光合成一束，合成光束经过第一偏振分光棱镜的第一全反射面后由微型三光纤准直器中的第一单模光纤接收输出；
当电流控制线圈产生的磁场使得磁光晶体产生的偏振方向为逆时针旋转45°时，准直微透镜将来自第二单模光纤的光准直成平行光束，依次经过第一偏振分光棱镜的第二全反射面、第一偏振分光棱镜的第三全反射面、第二偏振分光棱镜的第二全反射面反射后到达第二偏振分光棱镜的偏振分光面上，全偏振态光束经过偏振分光面后被分成具有相互垂直偏振态的两束光即正常光束和反常光束，正常光束的偏振方向沿垂直y轴方向，反常光束的偏振方向沿水平x轴方向；正常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面90度反射后到达磁光晶体，经磁光晶体偏振方向旋转-45°后，再经过波片偏振方向顺时针旋转45°，正常光束的偏振态没有变化，其偏振方向还是沿垂直y轴方向；反常光束经第二偏振分光棱镜的偏振分光面透射、第二偏振分光棱镜的第一全反射面反射后到达磁光晶体，反常光束经磁光晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓峰，陈辉龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33