高速微型磁光开关制造技术

高速微型磁光开关，涉及一种磁光开关，提供一种主要用于高速全光通信网络的微型磁光开关。设有纳秒脉冲发生器，输入端外接触发信号源；高速电磁场模块，由磁光晶体和非闭合环形金属片组成，磁光晶体设于环形金属片中，环形金属片的两端接纳秒脉冲发生器的输出端；光学装置，光学装置设有输入装置和输出装置，并分别设于电磁场中光路上的左右侧，输入装置设有偏振分光镜和１只上直角棱镜或上、下２只直角棱镜，输出装置设有偏振分光镜和上、下直角棱镜，偏振分光镜位于下直角棱镜的反射光路上，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上，输入装置的输入端口以及输出装置的输出端口均外接光纤。主要用于高速全光通信网络。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁光开关，尤其是一种新型的用于高速全光通信网络的微型磁光开关。
技术介绍
在过去的多年时间里，高速宽带网络的需求有了引人注目的增长，刺激着高速光电设备的持续发展。在这种发展中的一个关键设备是光开关，它允许大容量的光数据通过光网络传输。目前的高速光开关多数采用的是电光效应和声光效应等技术，采用磁光效应的无源器件很少。尽管采用磁光材料的磁光开关的概念简单，但微型高速磁光开关的优点还没有被充分认识到，这主要归结于磁光晶体的法拉第旋转角低和磁光开关的反应速度慢等原因。然而，制作加工技术的新近发展促进了在高质量磁光晶体、大法拉第旋转角、微细加工技术、纳秒控制装置和高速磁场等方面的进一步发展。借助这些重要技术的发展，磁光开关展露出反应速度快、法拉第旋转角大和总体尺寸小的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种主要用于高速全光通信网络的微型磁光开关。本专利技术设有纳秒脉冲发生器，用于产生纳秒数量级的脉冲，其输入端外接触发信号源；高速电磁场模块，用于产生高速磁场，由磁光晶体和非闭合环形金属片组成，磁光晶体设于非闭合环形金属片中，环形金属片的两端接纳秒脉冲发生器的输出端；光学装置，用于切换输入光的光路，并输出到所需的端口，光学装置设有输入装置和输出装置，并分别设于电磁场中光路上的左右侧，输入装置设有偏振分光镜(PBS)和1只或2只直角棱镜(RAP)，对于仅设有1只直角棱镜(称上直角棱镜)的输入装置，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上，对于设有2只直角棱镜(分别称上直角棱镜和下直角棱镜)的输入装置，偏振分光镜位于下直角棱镜的反射光路上，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上；输出装置设有偏振分光镜和上下直角棱镜，偏振分光镜位于下直角棱镜的反射光路上，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上，输入装置的输入端口以及输出装置的输出端口均外接光纤。所说的磁光晶体选用YIG晶体。所说的非闭合环形金属片可选用非闭合环形铜圈，铜圈的两端接纳秒脉冲发生器的输出端。所说的纳秒脉冲发生器设有输入微分电路、整流二极管和开关三极管，输入微分电路的输入端外接触发信号源，整流二极管的输入端接输入微分电路的输出端，开关三极管的触发输入端接整流二极管的输出端，开关三极管的输出脉冲信号输出端接电磁场模块的环形金属片的两端。本专利技术主要用于高速全光通讯网络。这种磁光开关采用磁光晶体、微细加工技术和高速控制技术，使得微型磁光开关具有无运动零件、光传输损耗小、偏振灵敏度低、透射率高、插入损耗小和串扰小等优点，是光交换连接器和光分插复用器的基础器件。光学装置的设计是微型磁光开关系统性研究的一个重要组成部分，它包括了偏振光的光路设计、法拉第磁致旋光晶体的性能分析与材料选择、高速电磁场的磁路设计与分析。利用晶体的偏振性和法拉第旋光效应的特点，微型磁光开关可以实现光通信所必需的全光切换功能。微型磁光开关的光学光路可以将输入的光束根据不同要求以不同的方式输出到不同的输出端口。对微型磁光开关中的几种候选磁致旋光YIG晶体进行分析、对比和筛选，以满足单位长度的法拉第旋转角尽可能的大。合适的选择将使磁光晶体的厚度可以制作得更薄，整个器件的设计更趋小型化。磁光晶体的饱和磁场所需电流减小，使整个器件的寿命延长，器件的温度稳定性增强。同时磁光晶体各项参数在较大的使用温度范围内保持稳定。本专利技术采用的电磁场模块满足了在通光孔截面内各点均是准轴向磁场，以保证光束通过磁光晶体后，光截面上各点的电矢量振动面的旋转角是相同的。通过研究和实验发现，本专利技术在原理上实现了可行性，在性能上满足了原设计的要求。附图说明图1为本专利技术的结构组成及与检测装置的连接关系图。图2为本专利技术实施例1的纳秒脉冲发生器电路原理图。图3为光学装置结构示意图。图4为本专利技术实施例1(1×2偏振无关性磁光开关)原理图。图5为触发信号幅值对输出脉冲幅值的影响曲线图。图6为雪崩电容大小对输出脉冲幅值的影响曲线图。图7为本专利技术实施例2(2×2偏振无关性磁光开关)原理图。图8为磁光开关中的PRE的三种分布图。具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例1 图1给出本专利技术的结构组成及与检测装置的连接关系图。高速微型磁光开关设有纳秒脉冲发生器1、高速电磁场模块2和光学装置3。参见图2，用于产生纳秒数量级脉冲的纳秒脉冲发生器设有输入微分电路、整流二极管和开关三极管，输入微分电路的输入端外接触发信号源，整流二极管的输入端接输入微分电路的输出端，开关三极管的触发输入端接整流二极管的输出端，开关三极管的输出脉冲信号输出端接电磁场模块的非闭合环形铜圈的两端。用于全光通信的高速微型磁光开关的关键之一是响应时间短和电路响应时间保持在纳秒级，因此要求纳秒脉冲发生器的稳定性好、上升沿时间达纳秒级、幅值大和重复率高。本专利技术中的纳秒脉冲发生器利用普通高频小功率三极管Q1(2N5551型)的短暂良性雪崩效应产生纳秒级脉冲，用于驱动高速磁场，需输入上升时间为纳秒级的TTL或正脉冲进行触发。当无触发信号输入时，电路处于雪崩临界状态，三极管Q1处于截止状态，外接直流电压VCC(165V)对电容C4进行充电。当触发信号由V1输入并经过电容C3(100pF)和电阻R4组成的微分电路时，其正的尖脉冲通过整流二极管D3(MMBD4148型)到三极管的基极，对三极管进行触发。当触发脉冲足够大时，三极管的工作点将移动到不稳定的雪崩负阻区，产生快速增大的雪崩电流。雪崩时，三极管迅速导通，处于低阻状态，电容C4上存储的电荷通过三极管和电阻R7放电。由于电流的流向为地→R7→C4→Q1，因此在输出端(OUTPUT)处可以得到纳秒负脉冲。雪崩结束后，三极管截止，电源VCC再次向电容C4充电。如此周而复始。三极管的导通时间决定电容C4的放电程度，即决定输出端的脉冲幅度。若触发信号幅度足够大且持续时间足够长，基极注入不断提高，则电容C4将得到充分放电。触发信号幅值的大小也影响输出脉冲幅值大小。三极管Q1的基极与发射极之间的电阻R5采用51Ω，集电极电阻R6采用5.1kΩ。用Tektronix TDS3054B 500MHz示波器对纳秒脉冲发生器的输出信号进行了测试，结果表明，纳秒脉冲发生器可以从输出端输出上升沿时间为3～35ns、上升幅度为5～90V和宽度为10～100ns连续可调的负脉冲，用作为瞬态电流脉冲，纳秒脉冲重复率为40×103～150×103s-1，纳秒脉冲发生器具有良好的稳定性能和较好的负载能力。光通讯用高速微型磁光开关的关键是要求光开关的光路切换时间为纳秒数量级，特别要求纳秒脉冲电流驱动的电磁场模块的开闭时间为纳秒数量级。这就要求纳秒脉冲发生器驱动的高速电磁场模块具有速度快、磁滞小、磁感应强度大、稳定性好、纳秒级上升沿和重复率高等特性。参见图3，用于产生高速磁场的高速电磁场模块由磁光晶体YIG和非闭合环形铜圈21组成，磁光晶体YIG设于环形铜圈21中，环形铜圈的两端接纳秒脉冲发生器的输出端。在通电情况下，纳秒脉冲电流通过非闭合环形铜圈，产生轴向瞬态磁场。该瞬态磁场对非闭合环形铜圈中的磁光晶体YIG进行磁化，进而对通过磁光晶体的输入偏振光产生旋转作用。在图3中，电流脉冲分量I(t)沿着光传输方向产生一个时变的磁场分量bx(t)。这磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
高速微型磁光开关，其特征在于设有纳秒脉冲发生器，用于产生纳秒数量级的脉冲，其输入端外接触发信号源；高速电磁场模块，用于产生高速磁场，由磁光晶体和非闭合环形金属片组成，磁光晶体设于环形金属片中，环形金属片的两端接纳秒脉冲发生器 的输出端；光学装置，用于切换输入光的光路，并输出到不同的所需的端口，光学装置设有输入装置和输出装置，并分别设于电磁场中光路上的左右侧，输入装置设有偏振分光镜和１只上直角棱镜或上、下２只直角棱镜，对于仅设有１只上直角棱镜的输入装置，上 直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上；对于设有上直角棱镜和下直角棱镜２只直角棱镜的输入装置，偏振分光镜位于下直角棱镜的反射光路上，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上；输出装置设有偏振分光镜和上、下直角棱镜，偏振分光镜位于下直角棱镜的反射光路上，上直角棱镜位于偏振分光镜的反射光路上，输入装置的输入端口以及输出装置的输出端口均外接光纤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翁梓华，黄元庆，陈智敏，朱赟，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]