光学器件制造技术

一种光学器件，该器件包括：一光纤定向耦合器，它带有至少一条光纤（１０），此光纤以光学的方式在耦合区（３０）处耦合于一条第二光纤（２０），以便光线可按至少两种可能的电磁传输模式在上述耦合区内传导；以及，通过至少一部分耦合区在空间上的周期性变化（例如挠性声振动或由一对叉指式电极产生的电场）而在前述模式之间传递能量的装置（４０、５０、６０）。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学器件。业已提出了声光器件以便用作光频移相器。可调滤波器、光开关以及光调制器。这些器件利用了穿过传输介质的光与该传输介质内所形成的声振动之间的相互作用。公知声光器件的一个实例是布拉格元件，它包括一透光元件，其中，安装在该透光元件一面上的传感器会形成(呈行进波形式的)声振动。上述声振动会使透光元件材料的折射率产生周期性的变化，因为，所说的材料不断地受到挤压和净化。这种周期性的变化在透光元件内起行波衍射光栅的作用。在操作过程中，行波光栅会衍射按所谓布拉格角(它是光波长和衍射光栅周期的已知函数)入射到透光元件上的光线。这就会改变光的传播方向。此外，由于光栅会(随行进声波振动而)穿过透光元件，所以，衍射光会产生多普勒漂移，因此，光的频率会按等于声振动频率的一定的量发生变化。当消除了声振动时，光线就不会被衍射，从而会以基本上无变化的形式从透光元件中射出。通过这种方式，布拉格元件可以改变入射光的频率，从而改变入射光传播的方向(因而能起开关的作用)或者对入射光进行频率或振幅调制。但是，这种布拉格元件具有明显的缺陷即它是一种昂贵且复杂笨重的光学器件。在光纤系统中很难使用布拉格元件，这是因为，必须将光纤的末端以机械的方式“连接”于所说的透光元件。这就会导致有5至6dB(分贝)的输入衰减，这可能是例如通信距离和速度取决于通信接收器处所具有的光强度的光纤通信系统中的主要问题。布拉格元件的另一个缺陷是需要有较高的电能(例如约为1W)来驱动声波传感器。这是因为，尽管光与声振动之间的实际重叠(相互作用的体积)只占透光元件的很小比例，但必须用声振动来驱动透光元件的大部分。作为上述布拉格元件的替代形式，业已提出了沿具有两种光传输模式的光纤来传导光并使光纤中挠性声振动将光从上述光纤模式中的一种感应耦合于另一种。上述两种模式可以是双模式光纤的两种不同的空间模式(例如称之为LP11和LP01的模式)即双折光光纤的两种正交偏振模式或双芯光纤的所谓超级模式。上述光纤声光器件使用这两种模式沿光纤按不同的速度进行传导，从而沿光纤的长度在两种模式之间形成空间上的差拍。当“差拍长度”与作用于光纤的挠性振动的波长相一致时，就会以谐振的方式将光从上述模式中的一种耦合进另一种模式，并且，还会如上所述那样产生频率漂移。然后利用模式过滤析出预定(频率漂移后)的模式。这种类型的光纤声光器件通常比布拉格元件更适用于全光纤系统。但是，可以使用的最大声频要受光纤尺寸的限制，一般限于约10MHz(兆赫兹)。光线通常被限定在光纤芯内，声波必须使整个的光纤振动。这就意味着尽管电能需要量要低于驱动布拉格元件所需的电量，但仍然还是比较高的(约为100mW(毫瓦))。这就需要在声光器件内将通常的单模式光纤(一般用于通信系统)连接于专门的(在这种情况下为双模式)光纤，从而导致了输入衰减。给定光波长的工作声频取决于光纤的特性并且在没有生产出新型光纤的情况下是不能改变的。最后，如果未提供声能，则上述器件不会给出光输出。本专利技术提供了一种光学器件，该器件包括一光纤定向耦合器，它带有至少一条第一光纤，此光纤以光学的方式在耦合区处耦合于一条第二光纤，因此，光线可按至少两种可能的电磁传输模式在上述耦合区内传导；以及，因上述耦合区的至少一部分在空间上的周期性变化而在所说的传输模式之间进行能量传递的装置。本专利技术通过提供一种全光纤的光学器件而涉及到上述问题，在所说的光学器件中，空间上的周期性变化(例如诸如挠性或扭曲振动之类的机械振动或者由电场引起的瞬时非周期性的弯曲或波纹)会明显地与穿过该器件的光线相重叠。所说的器件由标准光纤构成，而不需要使用专门的(例如双模式)光纤。这就意味着该器件很容易与其它光纤相连并且电能需要量要显著地低于先前提出的器件。专业人员会注意到，术语“定向耦合器”是公知的并且包括多种光耦合器，在这些光耦合器中，输入光线按不同的比例射向或可以射向多个可能的输出端口。以下的多个实例均为2×2的耦合件，但是，应该注意，本专利技术也适用于具有较大数量或不同数量端口的耦合器。在一个优选实施例中，上述能量传递装置包括用于使耦合区的至少一部分产生声振动的装置。可以按多种方式使用本专利技术实施例的声光器件。例如，如果使用由相同光纤制成的标准2×2定向耦合器，则所说的声振动会在两个输出端口之间产生两倍于该声频的振荡输出。由于在耦合区内会产生两种传输模式，所以会产生这种最佳的调制效果，所说的声振动会导致上述模式之间的快速能量传递，并且，对上述两种模式中的光线来说，有互补的频率漂移(向上和向下)。然后，在这些频率漂移后的输出之间会出现瞬间差拍。另外，如以下所述，可以使用所谓的“空耦合器”以提供一个未漂移的光线从其中输出的输出端口以及另一个漂移后的频率从其中输出的输出端口。上述设计可作多种用途，因为，在制造锥形耦合件时可以确定耦合区的特性。由于可以很容易地将耦合区的直径做成约1μm(微米)那么小，所以，上述器件可在高达数百兆赫的声频下工作。可在较高的工作声频下驱动具有较小直径耦合区的器件。尽管声振动的其它形式也能导致传输模式之间的能量传递，但声振动最好包括耦合区的挠性振动。最佳的是，在没有声振动时，将不到一半的沿光纤之一传导的光线耦合进其它的光纤。可以使用这样的耦合器，其中，例如在将两条光纤彼此连接以形成耦合区之前于靠近光纤芯的位置处研磨和刻蚀这两条光纤，但是，耦合器最好是熔接式光纤耦合器。具体地说，所说的熔接式光纤耦合器最好是锥形的熔合式空耦合器，从而，在没有所说的挠性振动时，基本上不会有沿光纤之一传导的光线耦合进其它的光纤。空耦合器通常由不同的光纤构成并且在工作波长和耦合区长度的范围内有基本上为零的传导率，同时，耦合率和上述参数不会有通常的周期性变化。事实上，在制造过程中，这一情况表明业已制造出了空耦合器，在输出端口处监测提供给输入端口的检测光，尽管两条光纤在比其中任何一条都窄的耦合区内熔接到了一起，但如果检测到的耦合率基本上为零并且该耦合率基本上独立于耦合区长度的增量，那么，就已经制成了一个空耦合器。在这种情况下有声振动时，至少有某些射向一条光纤的光线可耦合进与其它光纤相对应的传输模式。通过这种方式，频率漂移和未漂移的光线会从不同的输出端口离开所说的器件。所以，不需要模式变换器或滤波器去分离漂移或未漂移的波，可以使其余未漂移的光线从其射入的光纤中射出。所述耦合区最好具有比第一和第二光纤窄的截面。通过这种方式，可由光纤的包覆空气的接口而不是由光纤芯包覆的接口来引导光线。制造空耦合器的极为方便的方法是使用具有不同截面面积的光纤。因此，这些光纤应是不相同的光纤，但是，也可以对一条、两条或所有原本相同的光纤进行预处理(例如事先加工成锥形或拉长、刻蚀或研磨)，预处理会改变耦合区的光学特性。最佳的是，(如在空耦合器中那样)按下述方式设置前述耦合器即从第一和第二光纤之一射进耦合区的光线会在该耦合区内产生相应的传输模式，该模式与所说的光纤有关。便于将所述器件用作开关的另一个最佳特征是按各传输模式在耦合区内传导的光线主要从耦合器与传输模式有关的相应输出端口中射出。为了避免沿光纤有不必要的声反射，最好将一个或多个消声固定块在远离耦合区的相应位置处安装于光纤。同样，光纤中的至少一条的至少一部分最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学器件，该器件包括：一光纤定向耦合器，它带有至少一条第一光纤，此光纤以光学的方式在耦合区处耦合于一条第二光纤，以便光线可按至少两种可能的电磁传输模式在上述耦合区内传导；以及因上述耦合区的至少一部分在空间上的周期性变化而在所说的传输模式之间进行能量传递的装置。２．如权利要求１所述的器件，其特征在于，所说的能量传递装置包括用于使前述耦合区的至少一部分产生声振动的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PSJ拉塞尔，TA伯克斯，CN彭奈尔，
申请(专利权)人：南安普敦大学，
类型：发明
国别省市：GB[英国]