基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统技术方案

本发明专利技术公开基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，包括用于产生信号光的信号光源，连接信号光源的第一耦合器，并将信号光从第一输出端和第二输出端分别输出的第一耦合器；相位调制器包括泵浦光源以及光纤气室，泵浦光源用于发出控制光；光纤气室包括密封内腔，以及位于密封内腔中的微纳光纤，微纳光纤的外部填充有吸收性气体，微纳光纤接收控制光与信号光，并通过控制光改变吸收性气体的温度和折射率以引起信号光的相位变化；输入端连接第二输出端的匹配臂组件；第一输入端连接相位调制器的第二耦合器，第二输入端连接匹配臂组件的输出端；探测组件，连接第二耦合器的输出端。具有散射损耗小、产热均匀以及制备过程简单的优点。程简单的优点。程简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统


[0001]本专利技术涉及光相位调制
，尤其涉及的是基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统。

技术介绍

[0002]光相位调制器是光纤通信及传感领域的重要器件，传统光相位调制器多基于晶体材料的电光效应的原理制造。石英光纤与晶体材料间的异质特点，使得传统光相位调制器的插入损耗大、集成度低、封装体积大、工艺复杂。
[0003]现有的相位调制器通常采用的固态热敏材料，如石墨烯、过渡金属硫族化物和黑磷等，具有散射损耗大、光损伤阈值低和制备工艺复杂的缺点。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，基于微纳光纤倏逝场中气体的光热效应，具有散射损耗小、产热均匀以及制备过程简单的优点。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，包括：
[0008]信号光源，信号光源用于产生信号光；
[0009]第一耦合器，第一耦合器连接信号光源，并将信号光从第一输出端和第二输出端分别输出；
[0010]相位调制器，相位调制器连接在第一输出端，相位调制器包括泵浦光源，以及光纤气室，泵浦光源用于发出控制光；光纤气室包括密封内腔，以及位于密封内腔中的微纳光纤，微纳光纤的外部填充有吸收性气体，微纳光纤接收控制光与信号光，并通过控制光改变吸收性气体的温度和折射率以引起信号光的相位变化；
[0011]匹配臂组件，匹配臂组件的输入端连接第二输出端；
[0012]第二耦合器，第二耦合器的第一输入端连接相位调制器，且第二输入端连接匹配臂组件的输出端；
[0013]探测组件，探测组件连接第二耦合器的输出端。
[0014]进一步，匹配臂组件包括：压电光纤拉伸器，压电光纤拉伸器连接在第二输出端；
[0015]偏振控制器，偏振控制器连接在压电光纤拉伸器的出光端，并连接第二耦合器。
[0016]进一步，匹配臂组件还包括：伺服控制器，伺服控制器连接探测组件和压电光纤拉伸器，压电光纤拉伸器通过伺服控制器的驱动而将输出信号锁定在最大斜率点。
[0017]进一步，相位调制器还包括：
[0018]波分复用器，波分复用器的第一进光端设置在泵浦光源的出光端并用于输入控制光，且第二进光端用于输入信号光；以及
[0019]光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅设置在光纤气室的出光端，并用于输出信号光而反射控制光；
[0020]微纳光纤包括：纤尾区，以及锥区；纤尾区位于锥区的两端。
[0021]进一步，微纳光纤由单模光纤拉锥制成；
[0022]锥区直径为0.1
‑
10微米，锥区长度为0.1
‑
10厘米。
[0023]进一步，泵浦光源与波分复用器之间通过光纤连接。
[0024]进一步，泵浦光源包括：泵浦光激光器，泵浦光激光器用于发射控制光；
[0025]放大器，放大器设置在泵浦光激光器的出光端，并用于放大控制光；
[0026]声光调制器，声光调制器设置在放大器的出光端，并用于对控制光的强度进行调制。
[0027]进一步，泵浦光源与波分复用器之间设置有环形器。
[0028]进一步，光纤布拉格光栅的反射带宽为0.1
‑
10纳米，中心波长与控制光的波长相对应，反射率为99％。
[0029]进一步，吸收性气体包括：乙炔、甲烷或/和二氧化碳。
[0030]有益效果：与现有技术相比，本专利技术提出的一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，其中通过泵浦光源产生控制光，通过信号光源产生信号光，信号光通过第一耦合器分为两路，其中一路将控制光和泵浦光共同输入到相位调制器中的光纤气室中，控制光在微纳光纤的倏逝场与模场范围内的吸收性气体相互作用所产生的热光效应，并引起吸收性气体和微纳光纤的温度升高，该温度变化通过热光效应导致微纳光纤的折射率变化，进而改变沿微纳光纤传输的信号光的相位；另一路信号光通过匹配臂组件通过匹配臂组件调节，通过第二耦合器后使两路信号光共同输入到探测组件，两路信号光在合波时产生干涉光,从而出现了干涉条纹，当两条光纤中传输光的相位差发生变化,从而引起干涉条纹的移动。光探测组件接收到干涉条纹的变化信息,并输入到适当的数据处理系统,最后得到信号光的相位调制，本方案采用基于微纳光纤的中气体光热效应实现对信号光的相位调制，相比于现有调制器而言具有更高的模场能量密度、散射损耗小以及制备过程简单的优点。
附图说明
[0031]图1为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的结构原理框图；
[0032]图2为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的相位调制器的结构原理框图；
[0033]图3为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的微纳光纤的截面示意图；
[0034]图4为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的微纳光纤的倏逝场分布图；
[0035]图5为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的实施例的相位调制时域信号图；
[0036]图6为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的
控制光功率响应曲线；
[0037]图7为本专利技术一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统的实施例的调制频率响应曲线。
[0038]图中各标号：10、相位调制器；110、泵浦光源；111、泵浦光激光器；112、放大器；113、声光调制器；120、波分复用器；130、光纤气室；131、密封内腔；132、微纳光纤；133、纤尾区；134、锥区；135、倏逝场；140、光纤布拉格光栅；150、环形器；20、信号光源；30、第一耦合器；40、匹配臂组件；410、压电光纤拉伸器；420、偏振控制器；430、伺服控制器；50、第二耦合器；60、探测组件；610、光探测器；620、示波器。
具体实施方式
[0039]本专利技术提供了一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0040]对信号光进行调制的方案很多，其中原理是利用热敏材料对控制光倏逝场的吸收产生热量，从而引起波导折射率的改变，对波导中信号光相位产生调制。但受限于热敏材料本征吸收以及不完美涂覆引起的散射效应，插入损耗高达10dB，通光波段较窄；受限于空气的缓慢散热，调制带宽通常低于100Hz。且热敏材料由于需要波导后处理以及材料涂覆，制备较为复杂，长期可靠性难以满足实用需求。而为解决热敏材料的局限性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，其特征在于，包括：信号光源，所述信号光源用于产生信号光；第一耦合器，所述第一耦合器连接所述信号光源，并将所述信号光从第一输出端和第二输出端分别输出；相位调制器，所述相位调制器连接在所述第一输出端，所述相位调制器包括泵浦光源，以及光纤气室，所述泵浦光源用于发出控制光；所述光纤气室包括密封内腔，以及位于所述密封内腔中的微纳光纤，所述微纳光纤的外部填充有吸收性气体，所述微纳光纤接收所述控制光与所述信号光，并通过控制光改变所述吸收性气体的温度和折射率以引起所述信号光的相位变化；匹配臂组件，所述匹配臂组件的输入端连接所述第二输出端；第二耦合器，所述第二耦合器的第一输入端连接所述相位调制器，且第二输入端连接所述匹配臂组件的输出端；探测组件，所述探测组件连接所述第二耦合器的输出端。2.根据权利要求1所述的基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，其特征在于，所述匹配臂组件包括：压电光纤拉伸器，所述压电光纤拉伸器连接在所述第二输出端；偏振控制器，所述偏振控制器连接在所述压电光纤拉伸器的出光端，并连接所述第二耦合器。3.根据权利要求2所述的基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，其特征在于，所述匹配臂组件还包括：伺服控制器，所述伺服控制器连接所述探测组件和所述压电光纤拉伸器，所述压电光纤拉伸器通过伺服控制器的驱动而将输出信号锁定在最大斜率点。4.根据权利要求1所述的基于微纳光纤中气体光热效应的全光相位调制系统，其特征在于，所述相位调制器还包括：波分复用器，所述波分复用器的第一进光端设置在所述泵浦光源的出光端并用于输入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳伟，齐云，廖瀚宇，何海律，姜寿林，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：