集成式光学耦合器和具有该集成式光学耦合器的光纤系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成式光学耦合器以及具有这种集成式光学耦合器的光纤系统。
【背景技术】
[0002]例如在导航系统或用于分析和控制物体的移动或位置的系统中所使用的用于测量角速度的传感器还可以包括干涉式光纤陀螺(interferometric fiberopticgyroscope)(也被称为光纤维陀螺(fiberoptic gyroscope)或光纤陀螺(fibergyroscope))，来代替机械陀螺。这些干涉式光纤陀螺对螺旋形光波导中以相反的方向行进的两个光束的干涉进行分析，其中，由于以相反的方向行进的波列所引起的不同的传输时间，因此该干涉是光波导绕与该波导所配置的平面垂直的轴的转动的结果。该干涉的强度是针对陀螺的转动速率的量度。
[0003]这种光纤陀螺大体包括:光源，用于生成循环光束并且经由尾纤光波导(pigtailoptical wave guide)来提供这些循环光束；螺旋形光波导；光学装置，用于将方向相反的光束射入螺旋形光波导的两端并且用于从相反的方向接收穿过了螺旋形光波导的光束；以及检测器，用于测定以相反的方向行进的波列的干涉。如果在分离的装置中实现光源和检测器，则光学耦合器是附加使用的，该光学耦合器将光束从光源引导至光学装置(引导至螺旋形光波导)、或者从光学装置(从螺旋形光波导)引导至检测器。光学耦合器可以被实施为集成式光学耦合器，其中在该集成式光学耦合器中，经由平面波导来引导并使光束分支。此外，分别根据所使用的光源的类型以及尾纤导和光波导所使用的光纤的类型，可能需要诸如接头或消偏器等的其它组件。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种被配置为减少光纤陀螺中所需的组件的数量以及被配置为节约制造成本的集成式光学耦合器。本发明的另一目的是提供一种具有这种集成式光学耦合器的光纤系统。
[0005]该目的由独立权利要求的主题所解决。在从属权利要求中提供优选实施例。
[0006]根据本发明的集成式光学耦合器包括:基板；至少两个平面波导，其配置在所述基板上或所述基板中，并且由具有大致各向同性的折射率的材料制成；以及至少三个单模光纤，其耦合至所述平面波导。所述平面波导和所述单模光纤被配置为传输光束或光波。为此，所耦合的至少三个单模光纤中的一个单模光纤是保偏光纤，而所耦合的至少三个单模光纤中的其它单模光纤是非保偏光纤。
[0007]优选地，不设置保偏方向的取向，这可以简化制造过程。
[0008]集成式光学耦合器的平面波导的材料关于该材料对传播方向的依赖性和所引导的光的偏振具有几乎完全各向同性的折射率。表述“大致各向同性的折射率”是指折射率的各向异性(Λ η)小于10 6。根据实施例，该材料是玻璃。此外，双折射率很小的玻璃具有很小的波导衰减。例如，平面波导可以是各向同性的波导并且可以被设置为非结晶玻璃基板中的掺杂区域，其中波导可以具有圆形或大致圆形的形状。例如可以通过掺杂物的扩散并且通过利用支持场的离子交换将掺杂物集成到基板材料中来生成这种嵌入式波导。
[0009]集成式光学親合器可以包括两个输入和一个输出(2X 1親合器)、或者两个输入和两个输出(2父2親合器)。
[0010]根据实施例，集成式光学耦合器的所耦合的单模光纤中的至少一个可以在与平面波导相对的光纤的端部处包括插头(尾纤(pigtail))，这例如使得能够与另一光纤装置耦入口 ο
[0011]根据本发明的光纤系统包括:根据本发明的集成式光学耦合器；光源，其被配置为生成光束；以及第一尾纤光纤，其中所述第一尾纤光纤的一个端部连接至所述光源并且所述第一尾纤光纤的另一端部连接至所述集成式光学耦合器的保偏光纤。
[0012]第一尾纤光纤也可以是保偏光纤。
[0013]如果第一尾纤光纤与集成式光学耦合器的第一单模光纤均为保偏光纤，则第一尾纤光纤可以以使得第一单模光纤的特性方向或张力方向和第一尾纤光纤的特性方向或张力方向彼此呈45°角的方式连接至集成式光学耦合器的第一单模光纤。例如，这可以由45°接头来实现。
[0014]此外，所述第一尾纤光纤的延迟长度与所述集成式光学耦合器的所述第一单模光纤的延迟长度之间的比为1:2。在这种情况下，第一尾纤光纤和第一单模光纤形成Lyot消偏器，利用该Lyot消偏器，可以省略分开设置的Lyot消偏器。
[0015]根据本发明的系统包括:螺旋形光波导，其能够绕与所述螺旋形光波导所配置的平面垂直的轴转动；光学装置，用于将所述光源所生成的光束以相反的方向射入所述螺旋形光波导的两端，并且在光束从相反的方向通过了所述螺旋形光波导之后接收光束，其中所述光学装置连接至所述集成式光学耦合器的第二单模光纤；检测器，其被配置为测定所述光学装置所接收到的光束的波列的干涉；以及第二尾纤光纤，其中所述第二尾纤光纤的一个端部连接至所述检测器并且所述第二尾纤光纤的另一端部连接至所述集成式光学耦合器的第三单模光纤，并且所述第二尾纤光纤被配置为将从所述光学装置所接收到的光束从所述集成式光学耦合器引导至所述检测器。这里，该系统构成单轴光纤陀螺。通过设置各个其它组件，还可以实现具有多个轴的光纤陀螺。
[0016]如果第二单模光纤包括插头(尾纤)，则第二单模光纤可以利用该插头与例如可以是多功能集成式光学芯片(multifunct1nal integrated optical chip，M10C)的光学装置相连接，这种光纤陀螺可以被制造成仅具有两个接头，即，一个用于将光源的第一尾纤光纤连接至集成式光学耦合器的第一单模光纤以及另一个用于将检测器的第二尾纤光纤连接至集成式光学耦合器的第三单模光纤。由于附加组件的减少所带来的制造过程的简化，以及由于使用价格经济的组件的实现(即，非保偏光纤)，因此可以成本节约地制造具有中等范围精度(大约1° /h的偏置剩余误差)的光纤陀螺。
【附图说明】
[0017]以下将基于附图来详细说明本发明的实施例，其中，类似元件由相同的附图标记来表示。
[0018]图1示出根据本发明的实施例的集成式光学耦合器的示意图。
[0019]图2示出根据本发明的实施例的光纤系统的示意图。
[0020]图3示出根据本发明的其它实施例的光纤系统的示意图。
【具体实施方式】
[0021]图1所示的集成式光学耦合器1包括:包含基板3的波导芯片2 ;配置在基板3上或基板3中的至少两个平面波导4;第一输入5和第二输入6 ;以及至少一个输出7。图1所示的波导芯片的实施例与2X1耦合器相对应。波导芯片2还可以包括其它输入或输出以使得还可以实现例如具有两个输入和两个输出的2X2耦合器等的其它耦合器。这里，术语“输入”和“输出”并非限定经由平面波导传输的光束的传播方向。与此相对，可以将光束从输入传输至输出，反之亦然，即，从输出传输至输入。平面波导4包括具有大致各向同性的折射率(8卩，折射率的各向异性小于106(厶11〈106))的材料。例如，平面波导4可以由玻璃形成。
[0022]集成式光学耦合器1还包括至少三个单模光纤8、9和10，所述至少三个单模光纤8、9和10在波导芯片2的输入5和6或者输出7上耦合至平面波导4。第一单模光纤8例如在第一输入5处耦合至平面波导4其中之一，而第二单模光纤9在输出7处连接至平面波导4其中之一，并且第三单模光纤在第二输入6处连接至平面波导4其中之一。
[0023]平面波导4连同第一单模光纤8、第二单模光纤9和第三单模光纤10被配置为传输光束或光波。
[0024]第一单模光纤8 是保偏光纤(polarizat1n-maintaining fiber),而第二单模光纤9和第三单模光纤10可以是不维持偏振的光纤(非保偏光纤(polarizat1n-non-maintaining fiber))。
[0025]保偏光纤(保偏光纤维(PMF或PM光纤))是内部的输入线性偏振光波的偏振在光纤内部传播期间不发生变化、或者换句话说内部的光纤的偏振模式之间仅出现较小(或优选没有)交叉親合的光纤。
[0026]使用不同的处理来生成保偏光纤。通常，通过对包层使用非圆形截面或者通过将其它材料的条嵌入包层来将张力作用在光纤的芯上。
[0027]保偏光纤对供给到具有正确方向的光纤(“定向光纤”)中的线性偏振光的现有偏振进行维持。如果入射光的偏振没有与光纤的张力的方向对准，则在光纤的输