專利名稱：一種光開關及其光路控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光開關領域，尤其涉及一種光開關及其光路控制系統(tǒng)。
背景技術：
光開關作為一種重要的光無源器件，在光網(wǎng)絡系統(tǒng)中可以對光信號起到通斷和轉換的作用。在光通信和光計算等相關領域中，結構簡單和性能可靠的光開關是決定全光網(wǎng)絡能否應用于實踐的關鍵技 術之一。依據(jù)不同的開關原理，光開關分為機械式光開關和非機械式光開關兩種。機械式光開關主要采用機械方式和電磁方式調整不同光纖端口的耦合，從而實現(xiàn)不同光路的通斷轉換。非機械光開關主要包括磁光開關、熱光開關、電光開關和聲光開關等。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在以下缺點和不足傳統(tǒng)的光開關依賴于MEMS (微機電系統(tǒng))、光電轉換系統(tǒng)和偏振控制系統(tǒng)等，結構復雜，需要光電轉換以及成本較高等弱點。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種光開關及其光路控制系統(tǒng)，本發(fā)明設計的光開關結構簡單、設計靈活、成本低廉且易于應用于實踐，詳見下文描述一種光開關，所述光開關包括折射率導引型光子晶體光纖，所述折射率導引型光子晶體光纖的包層直徑為125微米，由均勻三角排列的空氣孔構成；所述空氣孔的直徑為6微米，間距為6. 4微米，共8層；所述折射率導引型光子晶體光纖的纖芯區(qū)域由缺失兩層空氣孔的純石英構成；在所述包層內填充甲苯和乙醇的混合溶液，通過對所述混合溶液的溫度調節(jié)，控制所述折射率導引型光子晶體光纖的波導，實現(xiàn)通-斷的轉換；通過對所述混合溶液配比的調節(jié)，選擇不同溫度躍變點。所述在所述包層內填充甲苯和乙醇的混合溶液具體為采用毛細現(xiàn)象或真空抽壓的方式將甲苯和乙醇的混合溶液填充進所述折射率導引型光子晶體光纖的包層內。一種光路控制系統(tǒng)，所述光路控制系統(tǒng)包括光開關和溫度控制裝置，所述溫度控制裝置調節(jié)所述光開關內的混合溶液溫度，所述光開關的兩端通過適配器或熔接的方式耦合到單模光纖跳線，所述單模光纖跳線的一端連接半導體激光光源，另一端連接功率計，所述半導體激光光源發(fā)出的光信號通過所述單模光纖跳線耦合至所述光開關，所述功率計探測最終的輸出信號。所述單模光纖跳線具體為1550nm的單模光纖跳線，相應地，所述半導體激光光源具體為1550nm的半導體激光光源。本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種光開關及其光路控制系統(tǒng)，通過采用光子晶體光纖全光光路取代傳統(tǒng)光開關結構，避免了 MEMS控制過程和光電轉換過程，使得光開關結構簡單、設計靈活、不需要光電轉換、成本低廉以及適合工業(yè)現(xiàn)場或實驗室現(xiàn)場靈活使用；該種光開關通-斷溫度跳變范圍達到2°C，且通過適當調節(jié)溶液配比，可以調整光開關溫度躍變點，使其具有更為廣泛的應用前景；溫控控制裝置調節(jié)內部充滿混合溶液的光開關，通過溫度調諧控制光開關的損耗，從而實現(xiàn)功率計探測強度的通斷響應。
圖Ia為本發(fā)明提供的一種光開關的結構示意圖；圖Ib為本發(fā)明提供的大占空比全內反射型光子晶體光纖結構參數(shù)；圖2為本發(fā)明提供的不同甲苯-乙醇體積比條件下的混合液體折射率同光子晶體光纖背景材料的溫度變化關系示意圖；
圖3a為本發(fā)明提供的溶液體積比為7 3時光開關在不同溫度條件下的躍變情況；圖3b為本發(fā)明提供的溶液體積比為8:2時光開關在不同溫度條件下的躍變情況；圖4為本發(fā)明提供的光開關溫度躍變點與混合液體中乙醇體積比的函數(shù)關系示意圖；
圖5為本發(fā)明提供的光路控制系統(tǒng)的結構示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下I :光開關；2 :單模光纖跳線；3 :溫度控制裝置；4 :半導體激光光源；5 :功率計。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。光子晶體光纖是一種新型的光纖，本發(fā)明實施例以折射率導引型光子晶體為例進行說明。折射率導引型光子晶體光纖包層中存在的空氣孔使得包層的有效折射率低于纖芯，從而通過類似于傳統(tǒng)階躍光纖全反射原理進行導光。這種光纖可以向空氣孔內填充不同材料獲得不同的光學特性，尤其是填充熱敏液體，可以實現(xiàn)良好的熱光開關效應。該器件具有結構簡單、設計靈活、價格低廉等優(yōu)點，在全光功能器件方面具有十分廣泛的應用前景。目前尚未有利用混合液體填充的可調諧光子晶體光纖熱敏光開關的設計方案。為了實現(xiàn)光開關結構簡單、設計靈活、成本低廉且易于應用于實踐，本發(fā)明實施例提供了一種光開關，參見圖Ia和圖lb，詳見下文描述一種光開關1，包括折射率導引型光子晶體光纖，折射率導引型光子晶體光纖的包層直徑為125微米，由均勻三角排列的空氣孔構成；空氣孔的直徑為6微米，間距為6. 4微米，共8層；折射率導引型光子晶體光纖的纖芯區(qū)域由缺失兩層空氣孔的純石英構成；在包層內填充甲苯-乙醇的混合溶液，通過對混合溶液的溫度調節(jié)，控制折射率導引型光子晶體光纖的波導，實現(xiàn)通-斷的轉換；通過對混合溶液配比的調節(jié)，選擇不同溫度躍變點。由于空氣孔的直徑為6微米，間距為6. 4微米，為此該折射率導引型光子晶體光纖具有較大的占空比。其中，在包層內填充甲苯-乙醇的混合溶液具體為采用毛細現(xiàn)象或真空抽壓的方式將甲苯-乙醇的混合溶液填充進折射率導引型光子晶體光纖的包層內。其中，甲苯和乙醇都是溫度敏感液體，熱敏系數(shù)分別為-5. 273X 10_4/K和-3. 940Χ 10_4/Κ，比折射率導引型光子晶體光纖的背景材料純石英高出兩個數(shù)量級。其中，當光開關I較長時，例如大于等于I米時，可以采用盤繞的方式減小器件的體積，提聞集成度。其中，本發(fā)明實施例采用毛細現(xiàn)象或真空抽壓的方法將甲苯-乙醇混合溶液填充進折射率導引型光子晶體光纖，通過溫度影響混合液體折射率，控制折射率導引型光子晶 體光纖的波導條件。溫度降低時，包層有效折射率增大，逐步接近純石英纖芯折射率，當包層折射率與纖芯折射率近似相等時，折射率導引型光子晶體光纖轉化成為非理想光波導，纖芯-包層折射率差為零，無法保證光能量的有效傳輸，從而切斷了光信號，實現(xiàn)通-斷的轉換。混合溶液的不同配比對應于光開關的不同通斷臨界溫度的躍變點，可以根據(jù)實際需求選擇不同溫度躍變點。參見圖2，對于體積比為甲苯乙醇=7:3的混合溶液而言，在13°C左右溶液折射率接近石英背景材料的折射率，此時折射率導引型光子晶體光纖纖芯-包層折射率差為0，不滿足波導條件；同理，對于體積比為甲苯乙醇=8:2的混合溶液而言，在39°C左右不滿足波導條件。參見圖3a和圖3b，當甲苯與乙醇溶液體積比為7:3時，光開關透過率在16°C-14°C范圍內由I跳變到0，實現(xiàn)通斷躍變；當甲苯與乙醇溶液體積比為8:2時，光開關在41°C -39°C范圍內由I跳變到0，實現(xiàn)通斷躍變。參見圖4，通過改變乙醇在混合液體中的體積比例，可以調諧光開關的溫度躍變范圍，從而制作出可調諧光開關。一種光路控制系統(tǒng)，參見圖5，包括光開關I和溫度控制裝置3，溫度控制裝置3調節(jié)光開關I內的混合溶液溫度，光開關I的兩端通過適配器或熔接的方式耦合到單模光纖跳線2，單模光纖跳線2的一端連接半導體激光光源4，另一端連接功率計5，半導體激光光源4發(fā)出的光信號通過單模光纖跳線2耦合至光開關1，功率計5探測最終的輸出信號。具體實現(xiàn)時，溫控控制裝置3調節(jié)內部充滿混合溶液的光開關1，通過溫度調諧控制光開關I的損耗，從而實現(xiàn)功率計5探測強度的通斷響應。其中，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例優(yōu)選單模光纖跳線2為1550nm的單模光纖跳線，相應的，半導體激光光源4優(yōu)選為1550nm的半導體激光光源。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種光開關及其光路控制系統(tǒng)，通過采用光子晶體光纖全光光路取代傳統(tǒng)光開關結構，避免了 MEMS控制過程和光電轉換過程，使得光開關結構簡單、設計靈活、不需要光電轉換、成本低廉以及適合工業(yè)現(xiàn)場或實驗室現(xiàn)場靈活使用；該種光開關通-斷溫度跳變范圍達到2°C，且通過適當調節(jié)溶液配比，可以調整光開關溫度躍變點，使其具有更為廣泛的應用前景；溫控控制裝置調節(jié)內部充滿混合溶液的光開關，通過溫度調諧控制光開關的損耗，從而實現(xiàn)功率計探測強度的通斷響應。本領域技術人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種光開關，其特征在于，所述光開關包括折射率導引型光子晶體光纖，所述折射率導引型光子晶體光纖的包層直徑為125微米，由均勻三角排列的空氣孔構成；所述空氣孔的直徑為6微米，間距為6. 4微米，共8層；所述折射率導引型光子晶體光纖的纖芯區(qū)域由缺失兩層空氣孔的純石英構成；在所述包層內填充甲苯和乙醇的混合溶液，通過對所述混合溶液的溫度調節(jié)，控制所述折射率導引型光子晶體光纖的波導，實現(xiàn)通-斷的轉換；通過對所述混合溶液配比的調節(jié)，選擇不同溫度躍變點。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種光開關，其特征在于，所述在所述包層內填充甲苯和乙醇的混合溶液具體為 采用毛細現(xiàn)象或真空抽壓的方式將甲苯和乙醇的混合溶液填充進所述折射率導引型光子晶體光纖的包層內。
3.一種光路控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光路控制系統(tǒng)包括光開關和溫度控制裝置， 所述溫度控制裝置調節(jié)所述光開關內的混合溶液溫度，所述光開關的兩端通過適配器或熔接的方式耦合到單模光纖跳線，所述單模光纖跳線的一端連接半導體激光光源，另一端連接功率計，所述半導體激光光源發(fā)出的光信號通過所述單模光纖跳線耦合至所述光開關，所述功率計探測最終的輸出信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種光路控制系統(tǒng)，其特征在于，所述單模光纖跳線具體為1550nm的單模光纖跳線，相應地， 所述半導體激光光源具體為1550nm的半導體激光光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光開關及其光路控制系統(tǒng)，所述光開關包括折射率導引型光子晶體光纖，所述折射率導引型光子晶體光纖的包層直徑為125微米，由均勻三角排列的空氣孔構成；所述空氣孔的直徑為6微米，間距為6.4微米，共8層；所述折射率導引型光子晶體光纖的纖芯區(qū)域由缺失兩層空氣孔的純石英構成；在所述包層內填充甲苯和乙醇的混合溶液，通過對所述混合溶液的溫度調節(jié)，控制所述折射率導引型光子晶體光纖的波導，實現(xiàn)通-斷的轉換；通過對所述混合溶液配比的調節(jié)，選擇不同溫度躍變點。通過采用光子晶體光纖全光光路取代傳統(tǒng)光開關結構，避免了MEMS控制過程和光電轉換過程，使得光開關結構簡單、設計靈活、不需要光電轉換以及成本低廉。
文檔編號G02B6/02GK102721997SQ20121017905
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權日2012年6月1日
發(fā)明者姚建銓, 景磊, 王然, 苗銀萍, 趙曉蕾, 陸穎 申請人:天津大學