应变稳定型双折射晶体制造技术

本发明专利技术公开了一种用于稳定的、温度不敏感的双折射晶体干涉仪（ＢＣＩ）中的光学系统。该光学系统包括：一块有输入和输出端口的导光双折射材料，该材料在所需的设备工作的光谱范围内的一个温度时有一次净迟差；以及施加应变装置，该装置用于给第一块材料或光耦合到第一块材料上的另一块导光材料引入一个应变，引入的应变可以维持该净迟差与在另一个温度时的净迟差几乎相等。对比使用两种晶体的ＢＣＩ，使用一种晶体的光学系统的优越性是其价格更便宜、更耐用、效果更好。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双折射晶体，特别涉及到一种温度稳定型的双折射晶体，该晶体应用于具有稳定性、且与温度无关的双折射晶体干涉仪中。
技术介绍
干涉仪是许多重要的通信设备(包括interleaver、色散补偿器和周期性滤波器)的基础，干涉仪的基本原理是将连续光分成两路光传播，产生可能不同的传播延迟，然后再将这两路光合并。如果光源的连续波长大于两个光臂上的光程差，两个光信号在输出端的干涉可以灵敏地测量出两个光臂上的传播延迟差，如果输入光源的频率采用扫频方式，那么，干涉仪将表现为周期性传播，其频率为V0=cn1l1-n2l2---(1)]]>其中c是自由空间中的光速，ni和li分别是两个光臂i＝1，2上的折射率和物理光程，此频率通常称作干涉仪自由光谱区(FSR)。为使工作稳定，nili两乘积的稳定性应比一个光波长的稳定性要好得多，在光通信波段中，要求达到10nm量级以上的稳定性，但此稳定性很难维持。众所周知的是，现有技术可以设计出能提供这种稳定光程的双折射晶体干涉仪(BCI)。在由单轴双折射晶体材料组成的干涉仪BCI中，这两个(路径)只是指通过该材料的两束正交线偏振光的光程，由于其中一束偏振光为非寻常光，其折射率为ne，另一束为寻常光，其折射率为no，两者光程差(也称作迟差)记为Δnl，其中双折射Δn等于具有正介电各向异性材料的ne-no的值，从下列方程式中可以得出干涉仪的FSRV0=cΔnl---(2)]]>由于l1＝l2＝l，是一个自动相等的值，只有双折射Δn与晶体总长度l两者的改变才能够影响干涉仪的工作，实际上，温度变化可以使这些特性都发生变化，在某种程度上，这些特性是通过沿着导光方向的热光系数(实际上，是与no和ne相关的两个热光系数的差值)以及热胀系数(CTE)这些物理参数来体现的。对这种温度相关性问题，Kuochou Tai及其同事在申请号为No.09/476,034的专利中已经提出了一个解决办法，Kuochou Tai等人将两个不同材料的晶体叠起来，使得双晶体BCI与温度无关，例如，适当选择钒酸钇(YVO4)晶体和金红石(TiO2)晶体可以提供一种对于温度和机械微扰都很稳定的干涉仪。然而，这种方法有几个缺点。首先，制造有足够精度等长的两个晶体是很困难的，为克服此局限，挑选几对晶体使得两者的结合具有所需的FSR。其次，尽管选择的晶体对具有所需的FSR并且温度稳定，但是它们并不恰好在重要的光频区(国际电信联盟的栅格)产生共振，为调整干涉仪的共振频率，现有的做法是加一个石英薄片(厚度一般在180至210微米)，相应地，每对晶体要经过测量并且选择合适的石英片来调节共振频率。最后，如果在装配时一块晶体相对于另一块晶体旋转，就可能改变有效长度和/或有效折射率(从而改变有效双折射)，从而在FSR和温度相关关系中引入不期望的变化。本专利技术的目的是，提供一种应用于热稳定的BCI中、并且能排除现有技术缺点的双折射晶体，同时这一晶体的迟差与温度无关。本专利技术的另一个目的是，提供一种光学迟差系统，同时该系统应用于稳定且与温度无关的BCI中，该BCI可以在interleaver周期性滤波器和/或色散补偿器中使用。专利技术概要本专利技术涉及一种稳定的、对温度不敏感的双折射晶体干涉仪(BCI)，该干涉仪只使用一种晶体并且可以用interleaver周期性滤波器和/或色散补偿器中，对比使用两种晶体的BCI，使用一种晶体的光学系统的优越性是其价格更便宜、更耐用、效果更好。根据本专利技术公开了一种光学系统，它包括一块有一个输入端口和一个输出端口的导光单轴双折射材料，该材料在第一个温度时会引起一次光的迟差；以及施加应变装置，该装置用于给第一块材料或光耦合到第一块材料上的另一块导光材料引入一个应变，引入的应变使第二次净迟差至少在另一温度维持与第一次迟差几乎相等。根据本专利技术，公开了一种补偿双折射材料的热漂移的方法，包括如下步骤提供在第一个温度时会引起一次光的迟差的一块导光双折射材料，以及通过在一块导光双折射材料或另一块导光材料上施加一个应力，来维持在另一个温度时的净迟差与第一次迟差几乎相等。根据本专利技术，还公开了另一种补偿双折射材料的热漂移的方法，包括如下步骤提供在第一个温度时有一次净迟差的一种导光器件，此导光器件包括一块双折射材料；以及通过给该导光器件的至少一部分引入一个应变，来维持该导光器件在另一个温度时的净迟差。为方便起见，名词“净迟差”用在这里，指的是所需设备工作中的光谱范围内的净或总迟差。附图简述下面结合附图对本专利技术的具体实施例子进行说明附图说明图1是现有技术的示意图，该图说明了用于热稳型双折射晶体干涉仪(BCI)中的一块YVO4晶体、一块TiO2晶体以及一个SiO2片的布局；图2a是根据本专利技术设计的用于热稳型BCI的一块双折射晶体的示意图；图2b是根据本专利技术设计的用于热稳型BCI的一块双折射晶体与一块玻璃的示意图；图3是一个光学器件与一个装配座紧密接触的示意图，该装配座与该光学器件有不同的热膨胀系数，并且提供了在光学器件中应力引入的双折射的装置；图3a是双金属装配座与光学器件的截面图4a与4b是根据本专利技术关于应变(S)与温度(T)的关系曲线图；图5是图3中光学器件与装配座的示意图，通过改变光学器件与装配座之间的一个相互作用长度，来改变应力引入的双折射量；图5a是图5中光学器件与装配座的示意图，其中光学器件相对于装配座是可以移动的；图5b是图5中由两种不同金属组成的装配座的示意图。专利技术的详细说明参照图1，该图表示现有技术的一种光学系统，该系统应用于有两种双折射晶体的双折射晶体干涉仪(BCI)，其中一块YVO4双折射晶体10与一块TiO2双折射晶体20相邻。为了使该系统具有预先给定的自由光谱区(FSR)并且能提供热稳定性，每一块双折射晶体的成分与长度都是有所选择的。为了小幅度的调节干涉仪共振频率，应使一个石英(SiO2)片30与第二块双折射晶体20相邻。如图所示，光从左向右传播，一个典型的例子是晶体的c轴位于与光路垂直的平面内。转至图2，根据本专利技术，该图表示用于双折射晶体干涉仪中的一种具有两种具体实施装置的光学系统100，并且该系统只使用一种双折射晶体110，BCI的更高的温度稳定性及频率调制可以利用弹光效应来得到，其中通过在材料中引入一个应变来改变材料的双折射。在本专利技术中，通过给晶体或者被光耦合到晶体上的另一光学器件引入一个应变来使双折射晶体具有温度稳定性。参照图2a，一个如粗箭头所示的与温度相关的均匀应变场以与光的传播方向垂直的一个方向作用在一个单双折射晶体110上，应变场给晶体110的双折射引入一个变化，并通过方程2修改干涉仪的自由光谱区(FSR)，对于某种依赖于无应变的FSR的温度，是有可能通过解决需要作为温度的函数的一个应变来补偿这个变化，得到一个温度稳定型的BCI。参照图2b，温度相关的均匀应变场作用到一个单独的补偿片120上，为了得到一个补偿的且与温度相关的FSR，补偿片由一种各向同性的材料(比如一玻璃块)制成，各向同性的玻璃块120由于受应变的影响而成为双折射的材料，由这种微小的附加的双折射所引起的迟差正好弥补了晶体的FSR的变化。尽管这种具体实施装置有引入另一个光学器件的缺点，但从灵活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，它包括：一块带有一个输入端口和一个输出端口的导光双折射材料，该材料在第一个温度时会引起一次光的迟差；以及施加应变装置，该装置用于给第一块材料或光耦合到第一块材料上的另一块导光材料引入一个应变，引入的应变使第二次净迟差至 少在另一温度维持与第一次迟差几乎相等。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特R麦克利奥德，亚当科恩，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]