專利名稱：全光纖磁光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁光開關(guān)，尤其是涉及一種全光纖磁光開關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著遠(yuǎn)程通信和計(jì)算機(jī)通信的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸和交換容量增長非常迅速，尤其是以Internet/Intranet業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)通信流量出現(xiàn)了爆炸式增長，傳統(tǒng)的基于電子領(lǐng)域的傳輸系統(tǒng)已難以滿足日益增加的業(yè)務(wù)需要。
全光網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)濟(jì)有效地增加光纖通信系統(tǒng)容量，已得到國際電信界的普遍認(rèn)同。全光網(wǎng)絡(luò)的所有組成部分均會(huì)實(shí)現(xiàn)“透明”，與數(shù)據(jù)格式、速率和協(xié)議無關(guān)，已成為各國電信部門共同關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)之一。全光網(wǎng)絡(luò)中的光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)、光交叉連接設(shè)備(OXC)和光路由器等關(guān)鍵設(shè)備，主要用于全光網(wǎng)絡(luò)中的高速率信號(hào)間的交換，在全光網(wǎng)絡(luò)中起著舉足輕重的作用。這一切的實(shí)現(xiàn)迫切需要各種性能良好和價(jià)格合理的全光開關(guān)器件。全光開關(guān)及其規(guī)模集成的研究已經(jīng)成為全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)急需突破的瓶頸，已經(jīng)成為全光網(wǎng)絡(luò)和光無源器件重要的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。
全光開關(guān)無需通過傳統(tǒng)的光-電-光轉(zhuǎn)換方式而直接將光信號(hào)按照不同的要求輸出到不同端口。與傳統(tǒng)的光開關(guān)相比，它省去了光-電-光轉(zhuǎn)換過程，設(shè)備相應(yīng)簡(jiǎn)化，極大地提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并提供靈活的信號(hào)路由平臺(tái)。盡管目前通信系統(tǒng)中還采用傳統(tǒng)的光-電-光交換，但全光網(wǎng)絡(luò)卻需要全光開關(guān)代替光電轉(zhuǎn)換來完成信號(hào)路由功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議的透明性。全光開關(guān)已經(jīng)成為構(gòu)建大型光交換系統(tǒng)的核心器件和決定網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，其地位和重要性日益凸現(xiàn)。
光開關(guān)目前大體可以分為傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)和新近研究的非機(jī)械式光開關(guān)兩大類。機(jī)械式光開關(guān)的發(fā)展最為成熟，它具有插入損耗低、偏振無關(guān)、串?dāng)_小等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是開關(guān)時(shí)間長，一般為毫秒量級(jí)，與要求的微秒和納秒量級(jí)相差甚遠(yuǎn)；體積大，有的還存在回跳抖動(dòng)和重復(fù)性較差等問題。非機(jī)械式光開關(guān)一般是利用材料的電光、聲光、熱光和磁光等效應(yīng)研制而成，相對(duì)于機(jī)械式光開關(guān)來說，它們具有較高的開關(guān)速度，一般可以達(dá)到微秒級(jí)甚至納秒量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)高密度集成，可以應(yīng)用于未來的集成光交換和光電子交換系統(tǒng)。不足之處是插入損耗稍大、隔離度低。現(xiàn)階段較為前沿的非機(jī)械光開關(guān)有MEMS光開關(guān)、液晶光開關(guān)、熱光效應(yīng)光開關(guān)、聲光開關(guān)和磁光開關(guān)等。
磁光開關(guān)是一種利用法拉第(Faraday)磁光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光路切換的全光開關(guān)。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)，磁光開關(guān)具有開關(guān)速度快和穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)；而相對(duì)于其它的非機(jī)械式光開關(guān)，它又具有驅(qū)動(dòng)電壓低和串?dāng)_小等優(yōu)勢(shì)。
在現(xiàn)有的磁光開關(guān)中，通常采用的元器件有磁光材料(包括磁光玻璃和磁光晶體)、偏振合/分束器(包括偏振分束器和偏振合束器)、雙折射晶體、λ/4波片、直角棱鏡、準(zhǔn)直透鏡和反射鏡等。
按照關(guān)鍵元件(磁光材料和偏振合/分束器等)形狀劃分，磁光開關(guān)有塊狀型、薄膜型和光纖型等類型?，F(xiàn)有磁光開關(guān)采用的關(guān)鍵元件大部分為塊狀型，少數(shù)采用薄膜型，還沒有發(fā)現(xiàn)采用光纖型的。通過對(duì)已有磁光開關(guān)的比較和分析，可以發(fā)現(xiàn)存在如下缺點(diǎn)1)開關(guān)速度較低。已有的磁光開關(guān)主要性能參數(shù)為，開關(guān)速度為20微秒～1毫秒，插入損耗為0.4～2.2分貝，串?dāng)_為30～60分貝，回波損耗為50～60分貝。這些磁光開關(guān)在現(xiàn)有的條件下，有的還能夠滿足基本要求，但顯然不能滿足快速發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)的要求。磁光開關(guān)的這些主要性能參數(shù)與全光網(wǎng)絡(luò)要求的微秒量級(jí)和納秒量級(jí)相差還有一段距離。
2)難于陣列集成。已有的磁光開關(guān)大部分采用塊狀型的磁光材料和塊狀型的偏振合/分束器，體積較大，磁場(chǎng)利用率不高。同時(shí)，塊狀型結(jié)構(gòu)的外形不利于磁光開關(guān)的大規(guī)模集成。這與全光網(wǎng)絡(luò)所需要的光分插復(fù)用系統(tǒng)、光交叉連接器和光路由器的密集型多端口輸入輸出要求相差甚遠(yuǎn)。
3)沒有采用光纖型磁光材料。國內(nèi)外還沒有出現(xiàn)采用光纖型磁光材料的磁光開關(guān)研究方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)已有的磁光開關(guān)存在的開關(guān)速度較低、難以陣列集成等缺點(diǎn)，提供一種具備無運(yùn)動(dòng)件、開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電壓低、串?dāng)_小、體積小和易于高度集成等優(yōu)點(diǎn)的全光纖磁光開關(guān)。
本發(fā)明設(shè)有輸入偏振分束器，其輸入端口外接入射光，并將入射光分解輸出2個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光；2根保偏光纖，其輸入端口經(jīng)保偏光纖接頭分別接偏振分束器的2個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光輸出端口，2根保偏光纖選自磁光材料光纖；所說的磁光材料光纖可選自磁光晶體光纖或磁光玻璃光纖等；2根釔鐵石榴石(YIG)光纖，YIG光纖置于高速磁場(chǎng)中，YIG光纖的輸入端口分別接2根保偏光纖的輸出端口；第2對(duì)偏振分束器，其輸入端口分別接2根YIG光纖的輸出端口；
2個(gè)偏振合束器，其輸入端分別接第2對(duì)偏振分束器的各2個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光的輸出端口；2根單模光纖，其輸入端口分別接2個(gè)偏振合束器的合波輸出端，輸出端口輸出偏振合波光束。
高速磁場(chǎng)是指磁場(chǎng)的產(chǎn)生時(shí)間和消退時(shí)間都小于1微秒的磁場(chǎng)。
將磁光材料和偏振合束器或偏振分束器均制作成光纖形狀的磁光開關(guān)，稱之為全光纖磁光開關(guān)。這定義類似于全光纖傳感器的定義。
在全光纖磁光開關(guān)中，采用磁光晶體光纖代替塊狀型磁光晶體作為磁光元件。磁光材料光纖可以環(huán)繞多圈，減小體積；提高法拉第旋轉(zhuǎn)角度，提高測(cè)量精度；降低驅(qū)動(dòng)電壓，減小耗能。
磁光開關(guān)主要利用法拉第磁致旋光效應(yīng)。法拉第磁致旋光效應(yīng)又稱為磁光效應(yīng)，是指某些物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下，能使通過它的平面偏振光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。利用這一特性，磁光開關(guān)實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)絡(luò)所必需的全光切換功能。
利用磁光材料光纖(磁光晶體光纖、磁光玻璃光纖，等等)、偏振分束器、偏振合束器、保偏光纖接頭和高速磁場(chǎng)的特性，可以設(shè)計(jì)1×2型全光纖磁光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)光通信所必需的全光切換功能。
光纖型偏振分束器可以把一束光分成兩個(gè)正交的偏振態(tài)輸出到兩根保偏光纖中；光纖型偏振合束器可以將來自兩根保偏光纖的偏振光束合波到一根單模光纖輸出。磁光晶體YIG通過LHPG等工藝可以制作成具有法拉第旋光效應(yīng)的光纖。各種光纖之間通過保偏光纖接頭加以連接，并組成全光纖型小型磁光開關(guān)。在外磁場(chǎng)的控制下，入射光將從不同的輸出端口輸出。
本發(fā)明通過外加磁場(chǎng)的變化來改變磁光晶體材料對(duì)入射偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)作用，從而達(dá)到改變和切換光路的效果。與已有的磁光開關(guān)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1)采用光纖型磁光材料和光纖型偏振合/分束器，構(gòu)成以光纖為主的光開關(guān)器件。這在國內(nèi)外均未見有相關(guān)報(bào)道。
2)光纖型磁光材料和光纖型偏振合/分束器的外形尺寸都較小，使得本發(fā)明的外形尺寸相對(duì)于已有的磁光開關(guān)有較大程度的減小。
3)整體結(jié)構(gòu)柔性好，可彎曲，可卷成光纖圈，靈敏度相對(duì)提高，可180°立體角全方位連接光纖接頭，也可用在彎曲表面處。
4)結(jié)構(gòu)纖細(xì)，可集成可擴(kuò)展，可多個(gè)平行排列或交叉排列集成為一塊較大的柔韌的“纖維布”。該“纖維布”可以卷曲成圓管狀，也可以平鋪和堆積，可以大規(guī)模集成為高密度的磁光開關(guān)三維陣列。
5)驅(qū)動(dòng)電壓低。光纖可以卷曲成光纖圈，磁場(chǎng)利用率相對(duì)提高，所需驅(qū)動(dòng)電壓低、耗能低、溫度穩(wěn)定性相對(duì)提高。


圖1為1×2全光纖磁光開關(guān)在高速磁場(chǎng)的狀態(tài)為“OFF”時(shí)的光路原理圖。
圖2為1×2全光纖磁光開關(guān)在高速磁場(chǎng)的狀態(tài)為“ON”時(shí)的光路原理圖。
圖3為保偏光纖(磁光材料光纖)和保偏光纖接頭的示意圖。
圖4為Y型偏振分束器和偏振合束器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，來自輸入端口1的入射光經(jīng)過偏振分束器PBS1后被分解成兩個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光，并輸出到兩根保偏光纖4、5中。二根保偏光纖4、5分別連接著置于高速磁場(chǎng)H中的YIG光纖6、7。二根YIG光纖6、7分別連接著第2對(duì)偏振分束器PBS2和PBS3。當(dāng)高速磁場(chǎng)H處于“OFF”狀態(tài)時(shí)，偏振分束器PBS2中僅有的P光將與偏振分束器PBS3中僅有的S光輸出到偏振合束器PBC1中進(jìn)行合波，并從輸出端口2輸出。在圖2中，當(dāng)高速磁場(chǎng)H處于“ON”狀態(tài)時(shí)，入射YIG光纖6、7的P光的偏振面將發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)而輸出為S光，入射中的S光相應(yīng)地輸出為P光，于是偏振分束器PBS2中僅有的S光將與偏振分束器PBS3中僅有的P光輸出到偏振合束器PBC2中進(jìn)行合波，并從輸出端口3輸出。
保偏光纖(磁光材料光纖)和光纖偏振合束器或偏振分束器參見圖3和4。在圖3中，2根保偏光纖(磁光材料光纖)的標(biāo)記為4，5，保偏光纖的接頭的標(biāo)記為41，51。在圖4中，左邊為偏振分束器PBS，左邊為偏振合束器PBC。
權(quán)利要求
1.全光纖磁光開關(guān)，其特征在于設(shè)有輸入偏振分束器，其輸入端口外接入射光；2根保偏光纖，其輸入端口經(jīng)保偏光纖接頭分別接偏振分束器的2個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光輸出端口；2根釔鐵石榴石光纖，釔鐵石榴石光纖置于高速磁場(chǎng)中，釔鐵石榴石光纖的輸入端口分別接2根保偏光纖的輸出端口；第2對(duì)偏振分束器，其輸入端口分別接2根釔鐵石榴石光纖的輸出端口；2個(gè)偏振合束器，其輸入端分別接第2對(duì)偏振分束器的各2個(gè)偏振態(tài)正交的P光和S光的輸出端口；2根單模光纖，其輸入端口分別接2個(gè)偏振合束器的合波輸出端，輸出端口輸出偏振合波光束。
2.如權(quán)利要求1所述的全光纖磁光開關(guān)，其特征在于所說的2根保偏光纖選自磁光材料光纖。
3.如權(quán)利要求1所述的全光纖磁光開關(guān)，其特征在于所說的磁光材料光纖選自磁光晶體光纖或磁光玻璃光纖。
全文摘要
全光纖磁光開關(guān)，涉及一種磁光開關(guān)，尤其是涉及一種全光纖磁光開關(guān)。提供一種具備無運(yùn)動(dòng)件、開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電壓低、串?dāng)_小、體積小和易于高度集成等優(yōu)點(diǎn)的全光纖磁光開關(guān)。輸入偏振分束器，輸入端口外接入射光；2根保偏光纖，輸入端口接偏振分束器的2個(gè)偏振態(tài)正交的P、S光輸出端；2根釔鐵石榴石光纖，置于高速磁場(chǎng)中，輸入端口接2根保偏光纖輸出端；第2對(duì)偏振分束器，輸入端接2根釔鐵石榴石光纖輸出端；2個(gè)偏振合束器，輸入端接第2對(duì)偏振分束器各2個(gè)偏振態(tài)正交的P、S光的輸出端；2根單模光纖，其輸入端接2個(gè)偏振合束器的合波輸出端，輸出端口輸出偏振合波光束。
文檔編號(hào)G02F1/09GK1700060SQ20051007452
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者翁梓華, 黃元慶, 陳智敏, 朱赟 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)