[发明专利]基于微型压电换能器阵的纤维集成Michelson强度调制器

说明书

本发明提供的是一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Michelson强度调制器。该调制器中纤维集成Michelson干涉结构中采用双芯光纤的两个纤芯作为干涉的两臂，位于双芯光纤的一端制备3dB耦合器，另一端于端面镀反射膜，并在耦合器和反射膜之间双芯光纤表面的合适位置制作微型压电换能器阵。压电换能器挤压双芯光纤导致光纤内两个纤芯通道中传输的光波间产生附加相位差。编码的电压信号输入到微型压电换能器阵，选择性驱动多个压电换能器以及控制各个压电换能器的振动强度，能够使干涉仪两臂光路间相位差产生连续性变化，进而实现干涉仪输出两路通道的光强连续调制。本发明可广泛用于集成光器件及光纤通信领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是光纤集成器件领域，具体涉及一种基于微型压电换能器阵的纤维集成Michelson强度调制器。

(二)背景技术

光纤干涉仪具有的灵敏度高、灵活多样的特点，使其在光纤通信及光纤传感领域有着广泛的应用。基于双芯光纤的光纤干涉仪将光纤中的两个不同纤芯分别作为两个干涉臂，由于两个纤芯共同使用一个包层，且芯的间距较小，因此较传统的采用两根独立光纤作为干涉臂的干涉仪具有更好的稳定性，且易于封装。

基于双芯光纤的集成式Michelson干涉仪，通常于双芯光纤一端的合适位置进行熔融拉锥以制作耦合器，于另一端进行镀膜处理。入射光第一次经过耦合器时实现分束，并分别进入两个纤芯中继续传输，后经端面金属膜的反射实现反向传输，第二次经过耦合器时实现两束光波的干涉。

双芯光纤构成的干涉臂，受到外界应力或温度等因素的扰动时，会引起光纤中折射率的不均匀分布，进而导致传输于两个纤芯中的光波之间产生附加相位差。两路光波经耦合器干涉后，其输出光强根据不同的附加相位差而产生变化。基于此原理，通过对施加在双芯光纤上的外界扰动的有效控制，实现光波间特定相位差的产生，进而实现对输出光强的调制。

专利CN 102207638 B公开的基于挤压式非对称双芯光纤开关中涉及到的Mach-Zehnder干涉仪，通过块状堆叠式压电陶瓷对非对称的双芯光纤的侧向挤压，利用应力作用使得传输于光纤的两个纤芯中的光波产生特定的相位差，进而实现需要的干涉效果。但基于块状堆叠式压电陶瓷的驱动换能器，由于体积较大，不利于光纤器件的集成。同样，考虑到体积因素，此类干涉仪往往采用单块堆叠式压电陶瓷进行驱动，因此其调节能力受到限制，调节方式不够灵活。

专利CN201710896517.7公开的基于电热效应的可调制型纤维集成Michelson干涉仪，于非对称双芯光纤表面制作电热膜阵列，通过电热效应实现光纤内折射率的周期性调制。与先前技术相比，该调制器集成度有明显提高。由于采用了阵列结构，其调制方式更为灵活，通过对单个电热膜结构(厚度及长度)及电热膜阵列(周期长短)的设计，能够实现光强度的调节范围的扩展。但由于电热膜存在热量扩散的问题，将对该器件的调制能力产生影响。

本发明公开的是一种基于微型压电换能器的纤维集成Michelson强度调制器。利用压电陶瓷的微型换能器阵列实现对双芯光纤的侧向挤压，通过引入的外加应力对光纤内传输光信号间相位差进行调制，消除热致光纤折射率变化过程中热量扩散不及时的问题。压电陶瓷的制备，采用了光敏性压电陶瓷墨水的激光固化技术，其制作精度得以保证。微型换能器以周期阵列的形式制备在双芯光纤表面，其结构长度及分布周期在制备过程中根据设计及相应工艺可灵活的进行控制。通过调节输入到阵列电极的电压信号的开断及大小，可以实现输出光强的快速连续性调制。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、易于集成、高精度、强度连续可变的基于微型压电换能器阵的纤维集成Michelson强度调制器。

本发明的目的是这样实现的：