光纤集成光开关、制造方法及光开关方法

本发明涉及光纤通信技术领域，具体为一种光纤集成光开关、该光开关的制造方法以及利用该光开关实现开关的方法。

背景技术：

光开关是一种能够控制传输通路中光信号通断或进行光路切换作用的器件，可以使得光路之间进行直接交换。不同波长的光信号在网络中要实现路由必然要采用光开关，它可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有许多应该场合，是光通信、光交换等系统中的关键器件。

依据不同的原理，光开关的实现方法有很多种，如传统机械光开关、微机械光开关、液晶光开关、热光开关、电光开关和声光开关等。在这诸多传统的光开关中，由于其尺寸通常偏大，原理复杂，成本高等缺陷对光网络的发展会有所制约。如何制造出低成本，小尺寸，结构简单的光开关对于光网络的发展非常的重要。

光纤拥有成本低，抗噪能力强，尺寸小等优点，因此光纤光开关能够完美的实现全光网络中光路的对接。

铌酸锂晶体的光电效应多，具有包括压电效应、电光效应、非线性光学效应、光折变效应、光生伏打效应、光弹效应、声光效应等多种光电性能，并且铌酸锂晶体的性能可调控性强，原料丰富，能够制备高质量的大尺寸晶体，晶体的物理化学性质能够稳定，易于加工，光透过范围宽，具有较大的双折射。由于这些优点，基于铌酸锂晶体的光调制器、相位调制器、光隔离器等光电器件在电子技术、光通信技术等领域中得到了广泛研究和实际应用。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种光纤集成光开关，通过外加电场改变法珀腔的腔长，从而改变透射谱，实现光开关的作用。本发明专利提供的光开关制作简单，价格低廉，可与光纤集成，易于推广应用。

技术方案：本发明一方面公开了一种光纤集成光开关，包括：入射光纤1，出射光纤2，所述入射光纤1与出射光纤2同轴且端面相对，所述入射光纤1与出射光纤2相对的端面上分别镀有第一反射膜3和第二反射膜4，入射光纤1与出射光纤2之间存在间隙构成法珀腔；第一反射膜3或第二反射膜4上或法珀腔内设有铌酸锂晶体薄膜5，所述铌酸锂晶体薄膜5覆盖入射光纤1的纤芯区；所述铌酸锂晶体薄膜5两侧施加从入射光纤1侧到出射光纤2侧的电压。

另一方面，本发明还公开了上述光开关的制造方法，包括：

a1、将一根端面镀有反射膜的光纤置于光纤固定器上，作为入射光纤1；将与入射光纤1同样的端面镀有反射膜的光纤作为出射光纤2；

利用紫外固化胶将铌酸锂晶体薄膜5粘附在入射光纤1的镀反射膜端面上，所述铌酸锂晶体薄膜5覆盖入射光纤1的纤芯区；或将铌酸锂晶体薄膜5粘附在出射光纤2的镀反射膜端面上；所述铌酸锂晶体薄膜5覆盖出射光纤2的纤芯区；

将两根微电极分别镀在铌酸锂晶体薄膜5的两侧；

a2、将两根光纤放置于光纤对准夹具的v型槽上，镀反射膜的端面相对，利用压电机械驱动两根光纤对准靠近形成法珀腔；

a3、将电源8的正极和负极分别连接于铌酸锂晶体薄膜5靠入射光纤1一侧的微电极和靠出射光纤2一侧的微电极。

另一方面，本发明还公开了利用上述光纤集成光开关实现开关的方法，包括：

(1)入射光从法珀腔靠入射光纤1的一端进入，经过铌酸锂晶体薄膜5，从法珀腔靠出射光纤2的一端输出，固定入射光频率，调节铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，使入射光从法珀腔输出的光强最大，从而实现集成光开关的“开”状态；

(2)调节铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，使入射光从法珀腔输出的光强最小，从而实现集成光开关的“关”状态。

有益效果：本发明公开光纤集成光开关具有以下优点：1、铌酸锂晶体电光系数大，不易潮解，具有较低的吸收系数和插入损耗，并且原料丰富；2、光纤微腔结构的光开关结构简单，尺寸小，造价低廉，可重复性好，可以实现光纤集成的光路控制。

附图说明

图1为实施例1中公开的光纤集成光开关；

图2为实施例2中公开的光纤集成光开关；

图3为实施例3中公开的光纤集成光开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

本发明公开了一种光纤集成光开关，如图1所示，包括：入射光纤1，出射光纤2，入射光纤1与出射光纤2同轴且端面相对，相对的端面分别为图中端面1-2和端面2-1；端面1-2和端面2-1上分别镀有第一反射膜3和第二反射膜4，本实施例中第一反射膜3和第二反射膜4均为由二氧化硅和五氧化二钽叠加组成的反射膜；反射膜可以是一层二氧化硅和一层五氧化二钽叠加，也可以是多层二氧化硅和多层五氧化二钽交替叠加成周期结构。入射光纤1与出射光纤2之间存在间隙构成法布里-珀罗(f-p)腔，即法珀腔；第一反射膜3或第二反射膜4上或法珀腔内设有铌酸锂晶体薄膜5，铌酸锂晶体薄膜5覆盖入射光纤1的纤芯区，铌酸锂晶体薄膜5两侧施加从入射光纤侧到出射光纤侧的电压，即铌酸锂晶体薄膜5靠入射光纤侧的电压大于靠出射光纤侧的电压。图1中，铌酸锂晶体薄膜5设置在第一反射膜3上；电压由电源8产生。铌酸锂晶体薄膜5的两侧上粘附微电极，其中微电极6与电源8的正极连接，微电极7与电源8的负极连接。本实施例中，微电极6和7采用碳纳米管纺丝。

采用上述光纤集成光开关实现开关的方法包括：

入射光从入射光纤1的端面1-1入射，通过端面1-2进入f-p腔，在第一反射膜3和第二反射膜4之间多次反射，每次反射都通过铌酸锂晶体薄膜5依次，然后通过出射光纤的端面2-2输出。根据铌酸锂晶体电光效应，通过改变电源8的输出电压，即改变铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，可以改变铌酸锂晶体薄膜的折射率，进而改变整个光纤f-p腔的有效腔长。基于光在f-p腔中的传播原理，f-p腔对不同频率的光透过率不同，满足共振条件的光才能拥有最大的透过率。因此随着光纤f-p有效腔长的改变，与之能达到共振的光频率将发生改变，造成入射光通过f-p腔耦合到出射光纤的透过发生改变，进而实现光开关的功能。由此，固定入射光频率，调节铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，使入射光从法珀腔输出的光强最大，从而实现集成光开关的“开”状态；调节铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，使入射光从法珀腔输出的光强最小，从而实现集成光开关的“关”状态。

本实施例中的光纤集成光开关的制造方法包括：

a1、将一根端面镀有反射膜的光纤置于光纤固定器上，作为入射光纤1；将与入射光纤1同样的端面镀有反射膜的光纤作为出射光纤2；

利用紫外固化胶将铌酸锂晶体薄膜5粘附在入射光纤1的镀反射膜端面1-2上，铌酸锂晶体薄膜5覆盖入射光纤1的纤芯区；将两根微电极6和7分别镀在铌酸锂晶体薄膜5的两侧；

a2、将两根光纤放置于光纤对准夹具的v型槽上，镀反射膜的端面，即端面1-2与端面2-1相对，利用压电机械驱动两根光纤对准靠近形成法珀腔；

a3、将电源8的正极和负极分别连接于铌酸锂晶体薄膜5上的微电极6和微电极7上。

实施例2：

本实施例公开的光纤集成光开关与实施例1中光纤集成光开关的区别在于：电源8的正极和负极分别连接于入射光纤1和出射光纤2相对端面的包层区，即微电极6镀在入射光纤1端面1-2的包层区，微电极7镀在出射光线2端面2-1的包层区，如图2所示。电源8的正负极连接微电极6和7，通过调整电源8的输出电压来调整铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，从而改变其折射率，进而改变光纤f-p腔的腔长。

本实施例中的光纤集成光开关的制造方法为：

b1、将一根端面镀有反射膜的光纤置于光纤固定器上，作为入射光纤1；将与入射光纤1同样的端面镀有反射膜的光纤作为出射光纤2；

利用紫外固化胶将铌酸锂晶体薄膜5粘附在入射光纤1的镀反射膜端面1-2上，铌酸锂晶体薄膜5覆盖入射光纤1的纤芯区；

将两根微电极6和7分别镀在入射光纤1端面1-2的包层区和出射光纤2端面2-1的包层区；

b2、将两根光纤放置于光纤对准夹具的v型槽上，镀反射膜的端面，即端面1-2与端面2-1相对，利用压电机械驱动两根光纤对准靠近形成法珀腔；

b3、将电源8的正极和负极分别连接于微电极6和7上。

实施列3：

本实施例公开的光纤集成光开关与实施例1中光纤集成光开关的区别在于：将铌酸锂晶体薄膜5固定在粘附有法珀腔的玻璃基板9上，使其直接设于法珀腔中。如图3所示。微电极6和7粘在铌酸锂晶体薄膜5上，电源8的正负极连接微电极6和7，通过调整电源8的输出电压来调整铌酸锂晶体薄膜5两侧的电压，从而改变其折射率，进而改变光纤f-p腔的腔长。微电极6和7也可以镀在入射光纤1和出射光纤2相对端面的包层区，即微电极6镀在入射光纤1端面1-2的包层区，微电极7镀在出射光线2端面2-1的包层区，与实施例2中微电极的位置相同。

本实施例中的光纤集成光开关的制造方法为：

c1、将一根端面镀有反射膜的光纤置于光纤固定器上，作为入射光纤1；将与入射光纤1同样的端面镀有反射膜的光纤作为出射光纤2；

c2、将两根光纤放置于光纤对准夹具的v型槽上，镀反射膜的端面，即端面1-2与端面2-1相对，利用压电机械驱动两根光纤对准靠近形成法珀腔；

利用紫外固化胶将法珀腔粘附在玻璃基板9上。

c3、安装铌酸锂晶体薄膜5，采用如下两种方式之一：

方式一：将两根微电极6和7分别镀在铌酸锂晶体薄膜5的两侧，再将铌酸锂晶体薄膜5放置于法珀腔中的玻璃基板上并覆盖入射光纤1的纤芯区，利用紫外固化胶将铌酸锂晶体粘附固定在玻璃基板9上。

方式二：将两根微电极6和7分别镀在入射光纤1和出射光纤2相对端面的包层区；

c4、将电源8的正极和负极分别连接于微电极6和7上。