[发明专利]一种纤维集成磁光开关及其制作方法

说明书

本发明提供的是一种纤维集成磁光开关及其制作方法。所述的磁光开关包括依次相连的光源1、开关装置以及光电检测装置7。所述的开关装置包括填充有磁流体的毛细管5、封装在毛细管内的D型双芯光纤4、有耦合作用的光纤锥3以及磁场发生装置6。所述的D型光纤由双芯光纤抛磨至其中一根纤芯制成，在光纤锥的作用下，双芯光纤的两个纤芯构成马赫曾德干涉仪。当施加磁场时，磁流体的折射率发生改变，由于磁流体与D型光纤的一根纤芯靠近，因此磁流体折射率的变化会引起该纤芯有效折射率的变化，进而导致输出的光强发生改变，从而实现光开关的功能。本发明的磁光开关具有结构紧凑，响应快，成本低廉，稳定性好等优点，在光纤传感领域有重要应用。

(一)技术领域

本发明涉及一种纤维集成磁光开关及其制作方法，具体涉及一种基于磁流体填充的纤维集成磁光开关，属于光纤传感技术领域。

(二)背景技术

全光开关是全光网络中的光分插复用设备、光交叉连接和光路由器等关键设备的核心器件之一，其性能在一定程度上影响甚至决定着整个全光网络的性能。磁光开关作为一种新近研究的全光开关，其研究对全光网络的发展具有重要的学术价值和良好的应用前景。使用光纤制作成的全光纤调制器普遍具有结构简单、抗电磁干扰能力强、和与光纤通信系统具有良好的匹配性等优点，而通过对光纤结构进行优化设计，可以使全光纤调制器在插入损耗、消光比、光反射损耗等性能参数获得提升。目前，磁光开关及其集成的研究已经成为国内外全光网络和光无源器件的重要研究热点和关键技术难点。国内外许多大学、研究所和厂家竞相开展了磁光开关及其产品的研制。

磁流体是将包裹着表面活性剂的磁性纳米粒均匀稳定地分散在载液中形成的暗黑褐色胶体溶液。其具有磁光效应、磁致折变效应、磁致双折射效应等特性。不仅既具有液体的流动性，能够充分的渗透进微结构当中，还具有超顺磁性和磁化可逆性。磁光开关及其集成的研究已经成为国内外全光网络和光无源器件的重要研究热点和关键技术难点。

目前，较为成熟的磁光开关多以体型器件为主，采用磁光晶体作为核心部件，但其体积大，制作复杂，难以集成，且插入损耗大，难以适应现代全光纤系统。另外，磁光晶体的维尔德系数有限，实现一定的旋光角通常需要外加强磁场，限制了其在磁光器件中的应用。专利CN 101672985 A提出了一种基于法拉第旋光晶体的磁光开关，但其所使用透镜较多，结构较为复杂，集成度低。专利CN 208432822 U提出了一种反射式磁光开关，利用双折射晶体与磁性元件构成了隔离度较高的反射式磁光开关，但其较难与全光纤系统匹配。因而一种一体化、可集成的全光纤磁光开关就显得非常必要。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑，体积小，插入损耗低，稳定性好，无运动件且开关速度快的光纤开关。

本发明的另一目的在于提供一种纤维集成磁光开关的制作方法。

为达到上述目的，本发明采用的方案是：

基于磁流体填充的纤维集成磁光开关，包括依次相连的光源、开关装置以及光电检测装置。所述的开关装置包括填充有磁流体的毛细管、封装在毛细管内的D型双芯光纤、有耦合作用的光纤锥以及磁场发生装置。所述的D型光纤由双芯光纤抛磨至其中一根纤芯制成，随着抛磨剩余包层厚度变小，外界环境对纤芯有效折射率的影响逐渐加大，如图7所示，在光纤锥的作用下，双芯光纤的两个纤芯构成马赫曾德干涉仪。

磁流体在没有外磁场作用的情况下，其纳米颗粒随机分布在载液中，是一种可以长期保持均匀稳定分布状态的胶体溶液。在外磁场作用下，磁流体内部磁性粒子的沿着磁场方向团聚成链，形成有序排列的结构，引起溶液的介电常数不同。由磁流体的介电常数与折射率关系可知介电常数不同会引起磁流体折射率改变。当撤去外磁场时，各向异性的磁流体就会恢复均一稳定的状态，这种没有磁滞现象的性质称为超顺磁性。