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1、10申请公布号CN102012566A43申请公布日20110413CN102012566ACN102012566A21申请号201010291085522申请日20100921G02B27/28200601G02B6/26200601G05D23/2020060171申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号72发明人邹是桓宋英雄叶家骏魏林林如俭李迎春74专利代理机构上海上大专利事务所普通合伙31205代理人何文欣54发明名称保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪57摘要本发明涉及一种保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪。本光干涉仪由起偏器、。
2、22的保偏光纤耦合器构成，并配以保证其稳定性的温控电路。本发明采用了两个保偏光纤耦合器，利用保偏光纤耦合器的保偏尾纤来形成两支臂差并且设计制作了高精度的温控电路来稳定光干涉仪的性能，确保不同环境温度下MACHZEHNDER光干涉仪的FSR保持不变。在FSR10GHZ，MZ01NS，两支臂的长度差超过20MM的情况下，MACHZEHNDER光干涉仪的消光比达到了17DB，获得了很好的效果。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页CN102012571A1/1页21一种保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪构造原理，包括一个激。
3、光器1和一个起偏器2，其特征在于所述的激光器1与起偏器2相连，所述的起偏器2和一个22的保偏光纤耦合器3的一个输入端通过保偏的尾纤相连；而所述的这个22保偏光纤耦合器3的两个输出端与另一个22保偏光纤耦合器6的两个输入端通过保偏尾纤4、5相连；这两段由保偏尾纤4和5构成的传导分支的长度是不同的，它们的长度差就是MACHZEHNDER光干涉仪的两支臂的长度差，光信号经过两个干涉臂会产生不同的延时，最后在输出端叠加。2根据权利要求1所述的保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪，其特征在于所述激光器1、起偏器2、22保偏光纤耦合器3、6安装在一个铝盒9内固定，并在铝盒9中紧贴上一个。
4、用于温度控制和监测的温度传感器7和一个热敏电阻8，并配以温控电路；由于使用了保偏耦合器3、6和通过温控电路的控制，克服在短周期，两支臂的长度差很大的情况下，由于光纤中偏振态和环境温度的变化，使光干涉效果差而不稳的问题，得到良好的干涉效果。3根据权利要求2所述的保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪，其特征在于所述温控电路的结构是模拟电路部分供电的电源AVDD通过一个稳压芯片L7812CVU1为模拟电路部分提供一个稳定的12V电源电压；一个1PPM/低噪声的参考电压芯片MAX6350U2输出的5V基准电压被一个电阻R4和一个滑动变阻器RP2分压，分压后的电压值是用来设定所要控制。
5、MACHZEHNDER光干涉仪具体稳定在多少度，并将该电压值输入一个运放LM311U4的正端；一个精密温度传感器LM335U5的输出经过一个滑动变阻器RP1的校调之后，得到一个表示实际温度的电压值，该电压值经过一个作为电压跟随器的低温漂运放MAX4239U3后输入一个运放LM311U4的负端；如果所述运放LM311U4的负端电压小于正端电压，即实际温度比设定的温度低时，运放输出高电压使一个三极管9013Q1导通，该三极管9013Q1又驱动一个达林顿管TIP132Q2导通，这样就有电流流过一个电热丝HEATER对MACHZEHNDER光干涉仪进行加热；反之如果运放LM311U4的负端电压大于正端。
6、电压，即实际温度比设定的温度高时，运放便输出低电压，三极管9013Q1和达林顿管TIP132Q2都不会导通，电热丝HEATER停止加热；为避免电热丝HRATER加热时，大电流对其他器件的干扰，电热丝HEATER由独立的电源PVDD供电。这样就可以使MACHZEHNDER光干涉仪不受环境温度的影响，保持温度稳定，精度可以达到01。权利要求书CN102012566ACN102012571A1/5页3保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪技术领域0001本发明涉及一种保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪。本发明的核心思想是为了构造小FSR的MACHZEHNDER。
7、光干涉仪，解决由于光纤中偏振态和环境温度的变化而造成的光干涉效果差而不稳定的这个技术难题。采用了两个保偏光纤耦合器，利用保偏光纤耦合器的保偏尾纤来形成两支臂差L，并用保偏光纤熔接机来进行熔接，确保了被熔接的两段光纤的偏振方向在熔点是重合的。为了确保输入光波是线偏振光，在光波进入保偏光纤耦合器之前还加了一个起偏器，并且设计制作了高精度的温控电路来稳定光干涉仪的性能，确保不同环境温度下MACHZEHNDER光干涉仪的FSR保持不变。在FSR10GHZ，MZ01NS，两支臂的长度差超过20MM的情况下，MACHZEHNDER光干涉仪的消光比达到了17DB。技术背景0002MACHZHENDER光干涉。
8、仪是一种常用的光学器件，利用两条不同长度的干涉路径来分辨不同波长的干涉仪器，可作为滤波器、复用器和解复用器使用。0003通常的MACHZEHNDER光干涉仪由两个3DB耦合器及两路传导分支组成，其中一个分支比另一个分支更长，以不同的路径延迟来控制光波的相位差。目前，MACHZEHNDER光干涉仪主要是利用集成光学方法来制造，但是这种方法制造的MACHZEHNDER光干涉仪的两支臂的长度差很小，导致延迟差MZ很小，所以FSR1/MZ很大。而为了制造小FSR的MACHZEHNDER光干涉仪，其两支臂的长度差势必很大，由于光纤中光波的偏振态随机械扰动和环境温度的变化，会造成光干涉效果差而且不稳定。发。
9、明内容0004本发明的目的在于解决由于光纤中偏振态和环境温度的变化而造成大L、短周期MACHZEHNDER光干涉仪的光干涉效果变差而且不稳定的问题。提供一种保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪。本发明易于实现，性能稳定，成本低廉，适用于实用产品的开发与推广。0005为达到上述目的，本发明采用下述技术方案0006一种保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪，包括一个激光器和一个起偏器，其特征在于所述的激光器与起偏器相连，所述的起偏器和一个22的保偏光纤耦合器的一个输入端通过保偏尾纤相连；而所述的这个22保偏光纤耦合器的两个输出端与另一个22保偏光纤耦合器的两个。
10、输入端通过保偏尾纤相连；这两段由保偏尾纤构成的传导分支的长度是不同的，它们的长度差就是MACHZEHNDER光干涉仪的两支臂的长度差，光信号经过两个干涉臂会经受不同的时延，最后在输出端叠加。由于采用了保偏光纤耦合器与保偏光纤，使偏振态固定，避免了偏振态变化对干涉效果的影响。说明书CN102012566ACN102012571A2/5页40007将上述的激光器、起偏器、22保偏光纤耦合器安装在一个铝盒内固定，并在铝盒中紧贴上用于温度控制和监测的温度传感器和热敏电阻，再配以温控电路；由于使用了保偏耦合器和温控电路，就可以克服在两支臂的长度差很大的情况下，由于光纤中偏振态和环境温度的变化而使光干涉效。
11、果差而不稳的问题，得到良好的干涉效果。0008上述的温控电路的结构是首先，通过稳压芯片L7812CV为模拟电路提供一个稳定的12V电源电压；由1PPM/低噪声的参考电压芯片MAX6350输出的5V基准电压被一个电阻和一个滑动变阻器分压，分压后的电压值是用来设定MACHZEHNDER光干涉仪具体被稳定在哪一个温度，并将该电压值加到运放LM311的正端；精密温度传感器LM335的输出经过滑动变阻器的校调之后，得到一个表示实际温度的电压值，该电压值经过作为电压跟随器的低温漂运放MAX4239后加到运放LM311的负端；如果运放LM311的负端电压小于正端电压，即实际温度比设定的温度低时，运放输出高电。
12、压使三极管9013导通，三极管9013又驱动达林顿管TIP132导通，这样就有电流流过电热丝，对MACHZEHNDER光干涉仪进行加热；反之如果运放LM311的负端电压大于正端电压，即实际温度比设定的温度高时，运放便输出低电压，三极管9013和达林顿管TIP132都不会导通，电热丝停止加热；为避免电热丝加热时，大电流对其他器件的干扰，电热丝由独立的电源PVDD供电。这样就可以使MACHZEHNDER光干涉仪不受环境温度的影响，保持温度稳定，精度可以达到01。0009以下对本发明的原理作进一步的说明0010MACHZEHNDER光干涉仪的结构如附图1所示。其中两个干涉臂长度是不同的，所以光信号经。
13、过两个干涉臂会产生不同的延时。两路光信号的延时差其中为干涉臂的长度差，N为材料的折射率，C为真空中的光速。0011输入的光信号首先分成两路，然后两路光信号分别经过不同的延时，最后在输出端叠加。所以MACHZEHNDER光干涉仪的冲击响应HMZT应当为00120013将HMZT进行傅里叶变换后可以得到MACHZEHNDER光干涉仪的传递函数HMZF00140015而MACHZEHNDER光干涉仪的功率传递函数为00160017功率传递函数|HMZF|2的图形如附图4所示，其中F0是滤波器的中心频率，FSR是自由光谱范围00180019从图中可以看出，当输入光信号的频率满足FCF0KFSR时，即延。
14、时差MZ是光信号半周期的偶数倍，则光信号的能量可以全部通过；而当光信号的频率说明书CN102012566ACN102012571A3/5页5时，即MZ是光信号半周期的奇数倍，那么输出光信号的能量为零。制作小FSR的MACHZEHNDER光干涉仪的难点在于FSR小，MZ大，相应的也大。例如本发明所制作的MACHZEHNDER光干涉仪的FSR10GHZ，那么按照公式4可以得出MZ01NS，这么大的两支臂长度差在光纤受到外界的机械扰动和环境温度变化时，会造成光波偏振态的变化和MZ的波动，引起两路干涉效果变差。0020本发明采用两个保偏光纤耦合器，利用保偏光纤耦合器的保偏尾纤来形成两支臂的长度差并用保。
15、偏光纤熔接机来进行熔接，确保了被熔接的两段光纤的偏振方向在熔点是重合的；并且为了确保输入光波是线偏振光，在保偏光纤耦合器之前还加了一个起偏器，这样来使偏振态固定，避免了因偏振态变化而造成的对干涉效果的影响。0021另一方面，为了克服外界环境温度的变化而引起的MACHZEHNDER光干涉仪MZ的波动，设计制作了高精度的温控电路来稳定光干涉仪的温度，确保了在不同环境温度下的MACHZEHNDER光干涉仪的FSR保持不变。温控电路的设计原理在于温度传感器LM335将光干涉仪内部的温度转化为一个电压值VT，该电压值经过滑动变阻器校调，得VT与实际温度的关系为0022VT绝对温标10MV50023即在2。
16、5时为2982V，VT经过作为电压跟随器的低温漂运放MAX4239后输入运放LM311的负端；LM311的正端输入一个由所需设定的温度经公式5转化而来的电压值VS。本发明选定的温度为40，所以VS40273210MV3132V。LM311作为一个比较器，当负端的电压VT小于正端的电压VS，即实际温度比设定的温度低时，运放输出高电压使NPN三极管导通，三极管又驱动达林顿管TIP132导通，这样就有电流流过电热丝，对MACHZEHNDER光干涉仪进行加热。反之，如果负端的电压VT大于正端的电压VS，即实际温度比设定的温度高时，运放便输出低电压，NPN三极管和达林顿管都不会导通，电热丝停止加热。为避。
17、免电热丝加热时，大电流对其他器件的干扰，电热丝由独立的电源供电。通过测量VT的变化，发现平衡后，VT只有1MV的变化，即MACHZEHNDER光干涉仪内部温度只有01的偏差，说明温控精度达到了01。0024实验证明，使用本发明制造的小FSR的MACHZEHNDER光干涉仪在FSR10GHZ，MZ01NS，两支臂的长度差超过20MM的情况下，MACHZEHNDER光干涉仪的消光比达到了17DB，得到良好的干涉效果，并且不受环境温度的干扰。0025本发明与现有技术相比，具有以下突出特点和显著优点1本发明采用的制造原理与方法，可以制造小FSR的MACHZEHNDER光干涉仪。2经过本发明的MACHZ。
18、EHNDER光干涉仪内部两支臂的光波的偏振态不变。3本发明的MACHZEHNDER光干涉仪性能不受周围环境温度的影响。4本发明的MACHZEHNDER光干涉仪的响应波长可以通过改变温度来调谐。附图说明0026图1本发明保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪的结构原理框图。0027图2本发明保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪的结构示意说明书CN102012566ACN102012571A4/5页6图。0028图3保证本发明MACHZEHNDER光干涉仪温度稳定的温控电路的原理图。0029图4本发明MACHZEHNDER光干涉仪功率传递函数的图形具体实施方式。
19、0030本发明的优选实施例结合附图说明如下0031实施例一参见图1，本保偏光纤耦合器构造的短周期MACHZEHNDER光干涉仪，包括激光器、起偏器、22保偏光纤耦合器和保偏光纤。0032实施例二本实施例基本与实施例一相同，特别之处如下0033本实施例是一个FSR10GHZ，温度控制在40的MACHZEHNDER光干涉仪的制作参见附图2和附图3MACHZEHNDER光干涉仪的FSR10GHZ，按照公式4可以计算出MZ01NS，温度控制在40，按照公式5可以计算出所需设定的电压值VS40273210MV3132V。根据上述的原理将连接光源的光纤首先与起偏器2相连，这样可以确保输入保偏光纤耦合器的光。
20、波是线偏振光。起偏器2和22保偏光纤耦合器3的一个输入端通过保偏的尾纤相连，用保偏光纤熔接机来进行熔接，确保被熔接的两段光纤的偏振方向在熔点是重合的。而所述的这个22保偏光纤耦合器3的两个输出端与另一个22保偏光纤耦合器6的两个输入端再通过保偏尾纤相连，同样需要用保偏光纤熔接机进行熔接，确保被熔接的两段光纤的偏振方向在熔点是重合的。这两段相连的保偏尾纤的长度差之后将上述的器件安装在一个铝盒9内固定，在铝盒9中紧贴上用于温度控制和监测的温度传感器7和热敏电阻8，并将铝盒9封闭，在周围绕上电热丝，配上温控电路。温控电路中通过稳压芯片L7812CVU1为模拟电路提供一个稳定的12V电源电压；由1PP。
21、M/低噪声的参考电压芯片MAX6350U2输出的5V基准电压被电阻R4和滑动变阻器RP2分压，分压后的电压值VS用来设定MACHZEHNDER光干涉仪被稳定在哪一个温度。由前面的计算得VS3132V，将VS输入运放LM311U4的正端；精密温度传感器LM335U5的输出经过滑动变阻器RP1的校调之后，得到一个表示实际温度的电压值VT，VT经过作为电压跟随器的低温漂运放MAX4239U3后输入运放LM311U4的负端；运放LM311U4作为一个比较器，当负端的电压VT小于正端的电压VS，即实际温度比设定的温度低时，运放LM311U4输出高电压使NPN三极管9013Q1导通，三极管9013Q1又驱。
22、动NPN达林顿管TIP132Q2导通，这样就有电流流过电热丝HEATER对MACHZEHNDER光干涉仪进行加热；反之，如果负端的电压VT大于正端的电压VS，即实际温度比设定的温度高时，运放LM311U4便输出低电压，三极管9013Q1和达林顿管TIP132Q2都不会导通，电热丝HEATER停止加热；为避免电热丝HRATER加热时，大电流对其他器件的干扰，电热丝HEATER由独立的电源PVDD供电。0034由于使用了保偏耦合器，克服了在两支臂的长度差很大的情况下，光纤由于受外界机械扰动而造成的偏振态的变化；由于使用了温控电路使MACHZEHNDER光干涉仪不受环境温度的影响，保持温度稳定，并且经测定精度可以达到01。最终使用本发明制造的小FSRMACHZEHNDER光干涉仪的实物，经测试在FSR10GHZ，MZ01NS，两支臂的长度差超过20MM的情况下，MACHZEHNDER光干涉仪的消光比达到了17DB，得说明书CN102012566ACN102012571A5/5页7到良好的干涉效果，并且不受环境温度的干扰。图4示出本光干涉仪功率传递函数的图形。说明书CN102012566ACN102012571A1/2页8图1图2说明书附图CN102012566ACN102012571A2/2页9图3图4说明书附图CN102012566A。