[发明专利]应用小型弯曲的光纤马赫－策恩德干涉仪

说明书

本发明涉及光纤马赫—策恩德(Mach—Zehnder)干涉仪领域。具体而言，本发明针对在一条或多条干涉臂中具有小型弯曲的一种光纤Mach—Zehnder干涉仪。

运用跨过一对笔直的平行光纤的两个耦合器形成一种不平衡Mach—Zehnder干涉仪是众所周知的。图1示出一种典型的现有技术的光纤Mach—Zehnder干涉仪10。干涉仪10包括第一和第二细长的光纤12和14，它们在第一和第二光耦合器22和24处光耦合。每条光纤12和14分别限定一条干涉臂，它们在耦合器22与24之间延伸。应用已知的一些方法(诸如使一条干涉臂比另一条干涉臂做得更长、采用不同传播常数的光纤或这些方法的组合等)，可将干涉臂16和18配置成具有不等的光程。这些相敏干涉臂光路长度不平衡的量值确定了干涉仪的波长灵敏度。

如果两个相敏段在光路长度上是完全平衡的，那么射入光纤12的光在耦合器22处与光纤14耦合并在耦合器24处发生干涉，从而所有从光纤12出射的光通过耦合器24。如果相敏段16和18不平衡，那么根据光波长和光路长度的不平衡量值，光将以各种不同的比率从光纤12和14出射通过耦合器24。一般情况下，随着波长增大，光在顶部与底部光纤之间振荡。光路长度不平衡越大，波长变化越小，这导致光从一条光纤至另一条光纤的传递。

然而，难以做成在物理上具有不同长度而不带来损耗的光纤段，或者构造变得冗长而难做。再者，如图1所示，干涉仪10做成的结构具有沿相反方向伸出的光纤，因而在以后的封装期间，必须有额外的空间容纳光纤两端的弯曲半径。

然而，对光纤给予超小型弯曲从而减小其最小曲率半径也是已知的。正如授予Stowe等人的共同转让的美国专利No．5，138，676所揭示的(在本申请中通过参照而引用于此)，可将光纤的透光纤心拉制成大大减小的直径，可以弯曲减小的纤心然后退火，以提供呈现出极低光功率损耗的光纤中的弯曲。可以形成各种半径小于0．5毫米且衰减不大、内应力较小的小型弯曲。例如，在小于2．0毫米直径、8．0毫米长的封装内，该技术可形成低损耗的180°弯曲。这些低损耗弯曲可以在单模与多模光纤中形成。

通过将光纤弄尖，以化学方法除去一些包层玻璃或这些技术的组合，一般可减小直径。对于单模器件，对于光纤进行处理，从而使原始光纤的基模绝热地演变成改进的光纤的基模而避免光损耗。可把弯曲装在各种封装件里，只要材料不与处理区中的光纤接触就行。

因此，对于在其组成光纤中包括小型弯曲的光学Mach—Zehnder干涉仪有需求，从而将干涉仪尺寸、热敏性和振动灵敏性减至最小。

本发明提供了一种光纤Mach—Zehnder干涉仪，它具有第一与第二细长的光纤(每条光纤都具有纤心与包层)以及第一与第二耦合器，其中所述第一光纤的包层耦合至第二光纤的包层。本发明的Mach—Zehnder干涉仪还包括第一与第二细干涉臂，第一干涉臂由第一光纤在第一与第二耦合器之间延伸的部分形成，第二干涉臂包括在第一与第二耦合器之间延伸的第二光纤。另外，第一干涉臂包括至少一个在其中形成的小型弯曲。第二干涉臂也可包括一个在其中形成的小型弯曲。在本发明的一个实施例中，第一干涉臂的小型弯曲套在第二干涉臂里。

此外，本发明的Mach—Zehnder干涉仪可以包括预封装的小型弯曲或不封装的小型弯曲。干涉臂可用环氧树脂粘合剂，或在采用不封装的小型弯曲时用粘合胶粘合到支承基板上。考虑到两条不等长干涉臂之间的温度造成不同的总长度变化，通过选用不同热膨胀系数的光纤，本发明的Mach—Zehnder干涉仪可进一步呈现出减小的热敏性。

图1示出笔直的Mach—Zehnder干涉仪的示意图。

图2示出本发明的在干涉臂中具有小型弯曲的Mach—Zehnder干涉仪的示意图。

图3示出一条干涉臂中具有小型弯曲的干涉臂的示意图。

图4提供本发明具有3毫米光程差的不平衡型Mach—Zehnder干涉仪耦合输出的曲线图。

图5示出在干涉臂中采用90°小型弯曲的本发明Mach—Zehnder干涉仪的另一实施例。

图6示出采用预封装小型弯曲的本发明的折叠式Mach—Zehnder干涉仪。

图7示出在干涉臂中采用90°预封装小型弯曲的本发明Mach—Zehnder干涉仪的另一实施例。

图8和9示出采用不封装小型弯曲的本发明的Mach—Zehnder干涉仪的再一个实施例。