专利名称：偏振无关的高速光开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光开关，特别是一种偏振无关的高速光开关。
背景技术：
光开关是光传输线路及集成光路中信号通路中进行切换或逻辑操作必不可少的基础器件。广泛应用于光通信系统，光网络系统，光纤测量系统及光纤传感系统等领域。
在先技术中，光纤及光波导开关种类很多，目前比较常见的光开关，从结构来讲大致可以分为机械式光开关、M-Z干涉式光开关、Y分支型光开关等种类。由于结构特点不同，以上各类光开关在隔离度、开关速度、偏振相关性等方面各有优势，也存在一定的不足。
1、机械式光开光早期的机械式光开关是一类比较简单的关开关，它利用MEMS技术制造出微机械装置，改变光通路，达到光切换的目的。这类光开关具有串扰小、插损小、偏振无关、无波长限制等优点。但是开关速度较慢(ms量级)。最新发展的基于微镜MEMS/MOEMS光开关是将微机械结构、微执行器和光学元件集成在同一衬底上的微型光开关，这种光开光继承了传统机械式光开关的优点，并在开关执行速度上有所提高(Tze-WeiYeow，Law，K.L.E.，Goldenberg，A.，MEMS optical switches，Communications Magazine，IEEE，2001 39(11)158-163)，但由于机械机构的固有特性，工作速度只能在毫秒或亚毫秒量级。此外由于对加工精度的苛刻要求，此类光开关成本和加工难度都比较高。
2、基于M-Z干涉仪结构的光开关。
目前常见的电光开关、热光开关等很多都是基于M-Z干涉仪结构的，这类光开关由于是基于干涉效应，无需机械无能动，因此具有响应速度快的优点(Studenkov，P.V.，Gokhale，M.R.，Lin，W.，Glesk，I.，et.al.，Monolithic integration of an all-optical Mach-Zehnderdemultiplexer using an asymmetric twin-waveguide structure，Photonics Technology Letters，2001，13(6)，600-602)。但是由于M-Z机构对臂长差有比较严格的要求，所以对加工工艺要求比较严格，成本也比较高。这类光开光的主要缺点是偏振敏感，需要反馈电路实时监控补偿其温漂问题，成本较高。
3.Y分支光开关Y分支光开关由输入输出单模波导、线性Y分支波导和外分支波导上的电极或集热装置构成，这种光开关是通过Y分支的折射率改变实现开关切换的，(Sakuma，K.；Fujita，D.；Ishikawa，S.；Sekiguchi，T.；Low insertion-loss and high isolation polymeric Y-branchingthermo-optic switch with partitioned heater，OFC 2001，vol.3，WR3-1-WR3-3)。这类开关的特点是光的输出强度与输入电压之间呈现阶跃函数特性，因此具有对驱动电压控制精度要求低、结构简单等优点，并且偏振不敏感，但是这类开关也存在明显的缺点，如驱动电压高，尺寸大等等。
由于上述方法还不十分完善，因此高速、偏振无关、实现简单的新型光开关结构仍是光纤光学、波导光学应用研究中的一个热点。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提供一种非机械式具有较宽带宽、与偏振无关的高速光开关。
本实用新型的技术解决方案如下一种偏振无关的高速光开关，特征是其构成一耦合器同侧的第三端口和第四端口连接构成环形镜，在环形镜中串入一偏振控制装置，构成开关的驱动装置，该耦合器的第一端口接三端口环行器的第二端口，耦合器的第二端口作为本开关的第二输出口，所述的三端口环行器的第一端口作为输入端，第三端口为本开关的第一输出口；所述的耦合器、环形器及环形镜固定在一基板上。
所述的耦合器、环行器及环形镜为光纤结构，或波导结构。
所述的偏振控制装置为采用电光材料构成高速光开关，或热光效应、压力双折射的可控双折射器件，或可控的旋光器件。
所述的耦合器的第二端口接另一三端口环行器的第二端口构成本开关的第二输出口。
本实用新型的优点和特点是(1)本实用新型采用环行镜结构实现非机械高速光开关。由于设计中不存在运动部件，所以开关具有结构简单，响应速度快的特点，同采用微机电结构的光开光相比，具有结构简单，可靠性高，速度快等优点。
(2)本实用新型采用环行镜结构实现干涉光开关。由于干涉的两束光(顺时针和逆时针光)所经历的光路完全相同，克服了M-Z结构光程差控制精度的困难，体高了系统的消光比，并且大大增加了开关的响应带宽。同基于M-Z干涉仪的光开关相比具有偏振无关，宽带响应，稳定性高，结构简单，易于加工等优点。
(3)本实用新型中偏振控制装置既可以采用电光、热光效应、压力双折射等效应引起的偏振面旋转，也可以直接采用旋光效应引起偏振旋转，适用于不同需求。
(4)本实用新型既可用集成光学实现，又可以直接使用光纤连接实现，器件易于实用化，具有极高的使用灵活性。
(5)本实用新型采用环行器隔离输入输出，也可以使用耦合器作为输入输出分离装置。
(6)本实用新型作为一个基本单元，可以级联实现1×N，N×N光开关阵列。
本实用新型具有响应速度快，偏振无关，宽带响应，稳定性高，结构简单，易于加工等优点。本实用新型作为传感测量系统、光传输系统必不可少的关键器件，其使用价值得到充分的体现，具有良好的性价比，预期有很好的市场前景。
图1本实用新型实施例1-偏振无关的高速光开关结构示意图。
图2本实用新型实施例2-偏振无关的高速2×2光开关结构示意图。
图3本实用新型实施例3-偏振无关的高速光开关结构示意图具体实施方式
先请参见图1，图1本实用新型实施例1-偏振无关的高速光开关结构示意图。由图可见，本实用新型偏振无关的高速光开关的构成是一耦合器3同侧的第三端口3.3和第四端口3.4连接构成环形镜4，在环形镜4中串入一偏振控制装置2，构成开关的驱动装置，该耦合器3的第一端口3.1接三端口环行器1的第二端口1.2，耦合器3的第二端口3.2作本开关的第二输出口，所述的三端口环行器1的第一端口1.1作为输入端，第三端口1.3作本开关的第一输出端；所述的耦合器3、环形器1及环形镜4固定在一基板5上。
本实用新型的基本原理是利用环行镜的偏振旋转敏感性，在环形镜中引入偏振控制机构，实现光路的快速切换的。当偏振控制装置2不对环形镜中偏振态改变的时候，由环行器1的第一端口1.1输入的光信号经过耦合器3后分成两路，并在顺时针和逆时针传输的光信号中产生π/2相位差。当顺时针和逆时针传输的光信号再次经过耦合器3时，发生干涉输入光将完全经环形器1的第三端口1.3作本开关的第一输出端输出。当偏振控制装置对光信号产生偏振旋转效果时可分两种情况讨论。
1.偏振控制装置是基于双折射偏振旋转的情况。首先在安装时，双折射主轴方向固定为其最佳方向，当控制信号使材料中双折射增大到快慢轴间存在λ/2相位差时，相当于光信号偏振态对一特定轴反演，因此输入光将完全经本开关的第二输出端3.2输出。
2.偏振控制装置是基于旋光效应的情况。控制旋光材料产生偏振面的旋转，当偏振面旋转相当于光信号偏振态对一特定轴反演时，输入光将完全经本开关的第二输出端3.2输出。
所述的耦合器、环行器及环形镜即可以为光纤结构也可以为波导结构。
所述的偏振控制装置2除了可此采用电光材料构成高速光开关外，还可以为热光效应、压力双折射的可控双折射器件，也可以是可控的旋光器件。开光的响应速度主要由所述的偏振控制装置2的响应速度其决定。
请参见图2，图2为本实用新型实施例2-偏振无关的高速2×2光开关结构示意图。实施例2和实施例1相比，其不同在于所述的耦合器3的第二端口3.2再接另一三端口环行器的第二端口作为本开关的第二输出口。构成2×2光开关。
请参阅图3，图3为本实用新型实施例3-偏振无关的高速光开关示意图偏振无关的高速光开关，将3dB耦合器3的两个端口3.3、3.4连接起来构成环形镜4。2为偏振控制装置，采用PLZT电光晶体(2A)实现。输入光经准直器对2B实现光纤与PLZT晶体的耦合。3dB耦合器3另外端口3.1接3端口环形器1端口1.2。环形器1端口1.1作为开关输入端口，1.3作为开光输出端口I，3dB耦合器3端口3.2作为开关输出端口II。然后将所有部分固定在机壳基板5上，构成基于环形镜结构的高速光开关。
它的工作过程和开关原理简单明了。当不对PLZT电光晶体2A施加控制电压时，由环形器1第一端口1.1输入的光信号将完全经环形器1由输出端口(1.3)输出。当在PLZT电光晶体2A施加控制电压时，输入光将完全经耦合器3的第二端口3.2输出。
本实用新型偏振无关的高速光开关经试用表明，具有响应速度快，偏振无关，宽带响应，结构简单、工作稳定可靠、使用方便的优点。
权利要求1.一种偏振无关的高速光开关，特征是其构成一耦合器(3)同侧的第三端口(3.3)和第四端口(3.4)连接构成环形镜(4)，在环形镜(4)中串入一偏振控制装置(2)，构成开关的驱动装置，该耦合器(3)的第一端口(3.1)接三端口环行器(1)的第二端口(1.2)，耦合器3的第二端口(3.2)作为输出口II，所述的三端口环行器(1)的第一端口(1.1)作为输入端，第三端口(1.3)作第一输出端I；所述的耦合器(3)、环形器(1)及环形镜(4)固定在一基板(5)上。
2.根据权利要求1所述的偏振无关的高速光开关，其特征在于所述的耦合器(3)、环行器(1)及环形镜(4)为光纤结构，或波导结构。
3.根据权利要求1所述的偏振无关的高速光开关，其特征在于所述的偏振控制装置(2)卫采用电光材料构成高速光开关，或热光效应、压力双折射的可控双折射器件，或可控的旋光器件。
4.根据权利要求1所述的偏振无关的高速光开关，其特征在于所述的耦合器3的第二端口(3.2)接三端口环行器(1)的第二端口(1.2)作为第二输出口(II)。
专利摘要一种偏振无关的高速光开关，特征是其构成一耦合器同侧的第三端口和第四端口连接构成环形镜，在环形镜中串入一偏振控制装置，构成开关的驱动装置，该耦合器的第一端口接三端口环行器的第二端口，耦合器的第二端口作为本开关的第二输出口，所述的三端口环行器的第一端口作为输入端，第三端口为本开关的第一输出口；所述的耦合器、环形器及环形镜固定在一基板上。本实用新型偏振无关的高速光开关经试用表明，具有响应速度快，偏振无关，宽带响应，结构简单、工作稳定可靠、使用方便的优点。
文档编号H04B10/12GK2762157SQ200420114218
公开日2006年3月1日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者刘峰, 叶青, 方祖捷, 瞿荣辉, 耿健新, 张位在 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所