CN110873926B - 光纤阵列和光测量装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光纤阵列和光测量装置。一种光纤阵列，包括：支撑件；单模光纤和多模光纤，该单模光纤和该多个多模光纤被布置在支撑件上；以及偏振板，该偏振板被设置在所述支撑件的端面，其中，单模光纤具有偏振保持特性，单模光纤的端面和多模光纤的端面面向该支撑件的端面，并且该偏振板覆盖多模光纤的端面。

Description

光纤阵列和光测量装置
技术领域
本发明涉及一种光纤阵列和光测量装置。
背景技术
日本专利申请公开No.H07-199002公开了一种用于将多模光纤阵列连接到单模光纤阵列的边缘的技术。
发明内容
在一些情况下，测量从光调制装置发射的光等的强度。在这种情况下，具有特定偏振平面和单模的激光进入光调制装置，并且将从光调制装置发射的光中具有特定偏振平面的激光传输到测量仪器。然而，在上述多模光纤中，偏振波和模式可能共存，并且因此，光在进行测量时难以进入和离开光调制装置。鉴于此，本发明实现具有特定偏振平面和单模的光的传播，并且提供了其中能够传播具有特定偏振平面的光的光纤阵列和光测量装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种光纤阵列，包括：支撑件；单模光纤和多个多模光纤，该单模光纤和多模光纤被布置在支撑件上；以及偏振板，该偏振板被设置在所述支撑件的端面上，其中，所述单模光纤具有偏振保持特性，所述单模光纤的端面和所述多模光纤的端面面向所述支撑件的端面，并且所述偏振板覆盖所述多模光纤的端面。
根据本发明的另一方面，提供一种光测量装置，包括：上述光纤阵列；距离调节单元，该距离调制单元调节光纤阵列的端面与光调制装置之间的距离；激光源，该激光源被连接到光纤阵列的单模光纤；以及强度测量单元，该强度测量单元连接到所述光纤阵列的所述多模光纤，并且该强度测量单元测量从光调制装置发射的光的强度，其中，从激光源发射的激光通过所述单模光纤进入所述光调制装置，从光调制装置发射的激光通过光纤阵列的偏光板和多模光纤进入强度测量单元。
附图说明
图1是示出光测量装置的示例的框图；
图2A是光纤阵列和光调制装置的示例的平面视图；
图2B是光纤阵列的示例的前视图；
图3A是示出距离D1和光强度之间关系的曲线图；以及
图3B是示出距光纤的中心距离与耦合损耗之间的关系的曲线图。
具体实施方式
本发明的实施例的描述
首先，将会列出和描述本发明实施例的内容。
本发明是(1)一种光纤阵列，包括：支撑件；单模光纤和多个多模光纤，该单模光纤和多模光纤被布置在支撑件上；以及偏振板，该偏振板被设置在所述支撑件的端面上，其中，单模光纤具有偏振保持特性，单模光纤的端面和多模光纤的端面面向支撑件的端面，并且偏振板覆盖多模光纤的端面。利用单模光纤，可以能够发送具有特定偏振平面的光和单模光。并且，穿过偏振板的光进入多模光纤。因此，可以通过能够经由多模光纤发送具有特定偏振平面的光。
(2)多模光纤的芯直径可以不必小于100μm且不大于500μm。因为将偏振板设置在光纤阵列的端面上，所以光纤阵列与光调制装置间隔开。使用芯直径大于单模光纤的芯直径的多模光纤以接收从光调制装置散射的发射光。因此，耦合损耗减少。
(3)多模光纤的端面可以位于与支撑件的端面相同的平面中。因为多模光纤接收进入其端面的光，耦合损耗减少。因为偏振板被设置在支撑件的端面上，能够改变光的偏振条件。
(4)单模光纤可以是透镜光纤，单模光纤的端面可以从支撑件的端面向外突出。因为单模光纤收集光并且端面更靠近于光调制装置，所以耦合损耗减少。
(5)多模光纤中的至少两个可以被设置在单模光纤的任一侧上。利用该结构，能够接收从光调制装置发射的多个光。
(6)偏振板的厚度不必小于100μm且不大于400μm。能够在光纤阵列和外部装置之间设置偏振板。
(7)一种光测量装置，包括：上述光纤阵列；距离调节单元，该距离调制单元调节光纤阵列的端面与光调制装置之间的距离；激光源，该激光源被连接到光纤阵列的单模光纤；以及强度测量单元，该强度测量单元连接到所述光纤阵列的所述多模光纤，并且该强度测量单元测量从光调制装置发射的光的强度，其中，从激光源发射的激光通过所述单模光纤进入所述光调制装置，从光调制装置发射的激光通过光纤阵列的偏光板和多模光纤进入强度测量单元。光调制装置能够经由单模光纤接收入射光。并且多模光纤能够提取光调制装置发射的光。
[本发明的实施例的详细内容]
将结合附图给出本发明实施例的光调制装置的实施例的描述。本发明不限于具体公开的实施例和变型，而是在不脱离本发明的范围的情况下可以包括其它实施例和变型。
[第一实施例]
(光测量装置)
图1是示出光测量装置100的示例的框图。如图1所示，光测量装置100包括光纤阵列10、对准台30、温度调节台40、角度调节台42、相机44、监视器46、温度控制器50、对准控制器52、波长可调激光源54、四个光功率计56、电流/电压源58、以及控制装置60。
光测量装置100是通过将激光发射到光调制装置20上并提取由光调制装置20调制的光来评估光调制装置20的装置。如稍后将参照图2A描述的，在光调制装置20的一个表面中设置入口端口和出口端口。因此，使光纤阵列10面向光调制装置20的表面，然后传输激光。
将具有特定偏振平面的单模激光发射到光调制装置20上。还测量从光调制装置20发射的光中具有特定偏振平面的光。由光纤阵列10传导光发射和反射。
(光纤阵列10)
图2A是光纤阵列10和光调制装置20的示例的平面视图。图2B是光纤阵列10的示例的前视图。如图2A所示，光纤阵列10和光调制装置20彼此面向。光纤阵列10包括基板11(支撑件)、光纤12a至12d、和光纤14。例如，基板11的长度L1不小于3mm且不大于30mm。宽度W1例如不小于3mm且不大于8mm。
如图2B所示，在基板11的上表面中形成四个V形槽13和一个V形槽15。槽13和15在相同方向上延伸。在一个槽13中设置光纤12a至12d中的一个。在槽15中设置光纤14。光纤14位于基板11的中心附近。在光纤14的一侧上设置光纤12a和12b，并且在另一侧上设置光纤12c和12d。光纤12a至12d以及光纤14在相同方向上延伸。
光纤12a到12d是多模光纤(MMF)。光纤14是单模光纤(SMF)，并且也是具有其被加工成突出形式的尖部的透镜光纤。光纤12a至12d的芯直径大于光纤14的芯直径，并且例如是400μm。光纤14的芯直径例如是8μm，并且玻璃部分的外部直径是125μm。
如图2A所示，光纤阵列10的基板11的表面11a面向光调制装置20。表面11a和光调制装置20之间的距离D1例如是0.4mm，或者可以不小于50μm并且不大于0.5mm。
光纤12a至12d的端面位于与表面11a相同的平面中。两个偏振板16被附着到表面11a。一个偏振板16覆盖光纤12a和12b，并且另一个偏振板16覆盖光纤12c和12d。每个偏振板16的厚度T1例如为0.2mm，或者可以不小于100μm且不大于400μm。同时，光纤14的端面没有被覆盖有偏振板16中的任一个，而是从表面11a朝向光调制装置20突出。光纤14的尖部和每个偏振板16之间的距离D2例如是0.1mm，或者可以不短于100μm并且不长于300μm。为了防止光纤14的尖部与光调制装置20之间的接触，表面11a与光调制装置20之间的距离D1优选地例如不小于0.2mm并且不长于0.5mm。
(光调制装置20)
光调制装置20是例如由GaAs半导体或InP半导体形成的Mach-Zehnder调制器。如图2A所示，光调制装置20包括光波导21以及电极(未示出)。光波导21接合、分支和弯曲。应当注意的是，光波导21未在图1中示出。
入口端口24和四个出口端口22a至22d被设置在光调制装置20的面向光纤阵列10的表面上。入口端口24以及出口端口22a至22d连接到光波导21。入口端口24面向光纤14。出口端口22a至22d分别面向光纤12a至12d。相邻出口端口之间的距离例如为0.7mm。例如，从出口端口22b和22c到入口端口24的距离为1mm。
使激光从具有偏振保持特性的单模光纤14进入光调制装置20的入口端口24。也就是，使具有特定偏振平面的单模入射光进入光调制装置20。
为了减少入射光耦合损耗，光纤14由透镜光纤形成，并且其尖部被设计为从基板11的表面11a朝向光调制装置20突出。如果光调制装置20倾斜到光纤阵列10，则存在光调制装置20将与偏振板16进行接触并被损坏的可能性。光纤14的尖部和偏振板16之间的距离D2设置为例如0.1mm，使得即使当倾斜角为3度时还能够防止接触。
激光在光波导21中传播。例如，当向电极(未示出)施加电压时，激光经受四相相移键控(QPSK)。经受调制的发射光经由偏振板16进入光纤12a到12d。因此，能够提取具有某个偏振平面诸如TE方向的发射光。光纤12a到12d可以在光测量装置100中弯曲，如图1所示。为了使偏振平面在弯曲光纤12a至12d中保持在期望的方向上，将偏振板16设置在表面11a上，并且使发射的光在进入光纤12a至12d之前进入偏振板16。为了***偏振板16，在表面11a和光调制装置20之间保持空间。
将光纤阵列10和光调制装置20之间的距离D1增加到例如几个毫米，使得能够在该空间中***厚的偏振板。然而，从光调制装置20发射的光一旦从出口端口22a至22d释放到空间中就扩散。未被光纤12a到12d接收的光的量变得更大，导致耦合损耗增加。发射的光也在偏振板16中传播，导致耦合损耗增加。为了缩短距离D1并减少耦合损耗，偏振板16优选为在厚度上约为0.2mm的膜型板。
此外，使用芯直径大于光纤14的芯直径的多模光纤12a至12d，使得能够接收在距离D1的空间中扩散的大部分发射光，并能够减少耦合损耗。
进行实验以检查距离D1以及光纤12a到12d的芯直径。图3A是示出距离D1和光强度之间的关系的曲线图。横轴指示距离D1，并且纵轴指示由光纤12a至12d中的一个接收的光的强度。光纤的芯直径为400μm。如图3A所示，当距离D1为500μm或更短时，强度停留在-14dBm附近，但是随着距离D1从500μm增加，强度变得更低。距离D1优选不短于50μm且不长于400μm，使得能够接收具有较高强度的光。
图3B是示出距光纤的中心的距离与耦合损耗之间的关系的曲线图。横坐标轴指示在径向方向上距中心的距离。纵轴指示损耗的量，以及从峰值功率的减少。白色圆圈和白色正方形分别表示其中距离D1为50μm的示例和其中距离D1为100μm的示例。黑色三角形和白色三角形分别表示其中距离D1为200μm的示例和其中距离D1为300μm的示例。黑色圆圈和黑色正方形分别表示其中距离D1为400μm的示例和其中距离D1为500μm的示例。光纤的芯直径为400μm。随着距光纤中心的距离变得更长，损耗的量变得更大。例如，如果距离D1为400μm或更短，则距中心的距离应当为60μm或更短，使得损耗的量变为-0.2dB或更小。也就是，在光纤阵列10中的光纤的对准中或在光纤阵列10和光调制装置20的对准中的误差约为60μm。
接下来，描述图1中示出的光测量装置100的其它部件。控制装置60是诸如个人计算机(PC)的计算机，并且被电连接到温度控制器50、对准控制器52、波长可调激光源54、四个光功率计56、和电流/电压源58。
如图1所示，在对准台30上设置折叠器(folder)32，并且在折叠器32上安装光纤阵列10。光纤阵列10的一个端面与夹具34接触。图1中示出的固定器36从上方按压盖18，以固定光纤。夹具34和固定器36例如由Teflon(注册商标)制成。
对准台30被电连接到对准控制器52。使用控制装置60，操作者控制对准控制器52，以调节光纤阵列10在对准台30上的位置。对准台30和稍后描述的角度调节台42用作调节距离D1的距离调节单元。
光纤阵列10包括四个光纤12a到12d和光纤14，如图2A和图2B所示。光纤14的一个端面向光调制装置20，并且另一端通过连接器53光学连接到波长可调激光源54。涂覆光纤14的玻璃，并且包括涂层的外部直径例如为250μm。例如，在1.53μm到1.57μm范围内的单波长和单模激光在光纤14中传播。
光纤12a至12d中的每一个的一个端面向光调制装置20，另一端通过连接器55光学连接到光功率计56(强度测量单元)。光纤12a至12d中的每一个的长度例如为730μm，并且弯曲半径例如为47mm。
从波长可调激光源54发射的激光通过光纤14进入光调制装置20。光调制装置20调制激光。所调制的激光通过光纤12a到12d进入相应的光功率计56。控制装置60控制要从波长可调激光源54发射的激光的波长，并且获取由光功率计56测量的光强。
在角度调节台42上安装温度调节台40，并且在温度调节台40上安装光调制装置20。温度调节台40包括例如珀尔帖(peltier)器件等，并且电连接到温度控制器50。使用控制装置60，操作者控制要从温度控制器50施加到温度调节台40的电力。以此方式，调节了温度调节台40上的光调制装置20的温度。
光调制装置20经由接合线43电连接到多触点探针41。多触点探针41面向光调制装置20的两侧，并且电连接到电流/电压源58。
电流/电压源58是多通道直流电源，并且经由多触点探针41向光调制装置20的电极施加电压。电流/电压源58还能够测量电极中的电流。操作者通过控制装置60控制电流/电压源58，以将反向偏置电压施加到光调制装置20并检查在光调制装置20中流动的电流。
相机44被设置，使得能够在视场中包括光调制装置20面向光纤阵列10的表面。监视器46连接到相机44，并且显示由相机44捕获的视频图像。监视器46还显示作为用于定位光调制装置20的参考的参考线。
(光调制装置20的评估)
当观察监视器46上的图像时，操作者操作角度调节台42的测微计，使得光调制装置20的端面被调节到监视器46上的基准线。多触点探针41与光调制装置20的电极(未示出)接触。使用电流/电压源58，操作者例如向光调制装置20施加-5V的反向偏置电压。如果电流等于或高于规定值，则断开电流/电压源58。如果电流低于规定值，则执行多触点探针41的定位等，直到获得等于或高于规定值的电流。
光纤阵列10的位置随着对准台30移动，使得光纤14的尖部例如从光调制装置20的入口端口24移动到50μm处的位置。驱动波长可调激光源54，使得例如在1.53μm到1.57μm范围内的单波长激光进入光调制装置20。从光调制装置20发射的光通过光纤12a到12d进入光功率计56。利用对准台30调节光纤阵列10的位置，使得由光功率计56指示的功率最大化。
执行测量程序使得电流/电压源58例如从-11V到-5V扫描反向偏置电压，并且测量从光调制装置20发射的光的强度。以此方式，对光调制装置20进行评估。在结束评估之后，断开波长可调激光源54和电流/电压源58。移动光纤阵列10和多触点探针41远离光调制装置20，并且光调制装置20与温度调节台40间隔开。
根据第一实施例，光纤阵列10的光纤14是具有偏振保持特性的单模光纤。因此，能够使具有特定偏振平面的单模激光传播通过光纤14。光纤12a到12d是多模光纤，并且偏振板16覆盖光纤12a到12d。因此，通过偏振板16偏振的激光能够由光纤12a至12d接收和传输。
为了减少光调制装置20的尺寸，入口端口24以及出口端口22a至22d在光调制装置20的一个端面上对准。光纤12a至12d以及14的端面位于光纤阵列10的表面11a的侧上。在这种布置中，使表面11a面向入口端口24以及出口端口22a至22d，使得能够在使用光纤维阵列10的情况下使光进入和离开光调制装置20。
例如，当在光测量装置100中使用光纤阵列10时，能够使具有特定偏振平面的单模激光从光纤14进入光调制装置20，并且能够使具有特定偏振平面的发射光从光调制装置20传播通过光纤12a到12d到光功率计56。当利用光功率计56测量强度的同时调节距离D1时，能够将光调制装置20设置在适当的位置处并评估光调制装置20。
在光调制装置20的出口端口22a至22d处，发射光的模直径(modediameter)例如大约为1.5μm，但是一旦发射光离开出口端口22a至22d就变得更大。此外，为了将偏振板16设置在光纤阵列10和光调制装置20之间，光纤阵列10和光调制装置20彼此间隔开距离D1。发射光在行进距离D1时扩散。为了减少耦合损耗，光被具有大芯直径的多模光纤12a到12d接收。例如，光纤12a至12d的芯直径优选不小于100μm且不大于500μm。
光纤12a至12d的端面位于与基板11的表面11a相同的平面中。能够使光纤12a到12d更靠近到光调制装置20，并且能够将偏振板16附着到光纤12a到12d。利用这种布置，能够减少从表面11a进入的激光的耦合损耗，并且能够改变偏振状态。
光纤阵列10与光调制装置20之间的距离D1例如为400μm或更短，并且偏振板16能够被设置在长度等于D1的空间中。因此，偏振板16的厚度例如不小于100μm且不大于400μm。偏振板16能够使在TE方向上偏振的光通过，或者可以使在一些其它方向上偏振的光通过。
光纤14是透镜光纤，并且激光被聚集在光纤14的尖部。此外，当光纤14的端面从表面11a向外突出时，激光耦合损耗减少。在光纤14的尖部上执行透镜处理，使得在其中在模直径上为8μm的光进入光纤14的情况下，模直径例如在尖部处变为大约3μm。
光调制装置20在其中心附近具有入口端口24，在入口端口24的一侧上具有出口端口22a和22b，在入口端口24的另一侧上具有出口端口22c和22d。作为响应，光纤阵列10在其中心附近具有光纤14，在光纤14的一侧上具有光纤12a和12b，并且在光纤14的另一侧上具有光纤12c和12d。利用这种布置，激光能够从光调制装置20接收和发射到光调制装置20。
光纤的数量可以根据光调制装置20的端口的数量而改变。在光纤14的任一侧上设置至少两个多模光纤。利用这种布置方式，能够接收多于一条光线。此外，光纤可以具有不同的使用目的。例如，光纤12a和12d被用于监视，同时光纤12b和12c用于测量调制光。
应当注意的是，如果光纤12a至12d和14的弯曲半径增大，则激光从光纤泄漏。因此，光测量装置100的部件布置成使得弯曲半径维持较小。例如，光纤12a至12d的弯曲半径为47mm或更小。

Claims (20)

1.一种光纤阵列，包括：
支撑件；
单模光纤和多个多模光纤，所述单模光纤和所述多模光纤被布置在所述支撑件上；以及
偏振板，所述偏振板被设置在所述支撑件的端面上；
其中，
所述单模光纤具有偏振保持特性，
所述单模光纤的端面和所述多模光纤的端面面向所述支撑件的所述端面，
所述偏振板覆盖所述多模光纤的所述端面，并且
所述单模光纤的所述端面不被所述偏振板覆盖。
2.根据权利要求1所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤的芯直径不小于100μm且不大于500μm。
3.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤的所述端面位于与所述支撑件的所述端面相同的平面内。
4.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，
所述单模光纤是透镜光纤，以及
所述单模光纤的所述端面从所述支撑件的所述端面向外突出。
5.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤中的至少两个被设置在所述单模光纤的任一侧上。
6.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，所述偏振板的厚度不小于100μm且不大于400μm。
7.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，多个槽被形成在所述支撑件的上面中，
所述单模光纤和所述多模光纤被设置在所述槽中。
8.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，还包括：
用于固定所述单模光纤和所述多模光纤的固定器。
9.一种光测量装置，包括：
光纤阵列，其包括：
支撑件；
单模光纤和多个多模光纤，所述单模光纤和所述多模光纤被布置在所述支撑件上；以及
偏振板，所述偏振板被设置在所述支撑件的端面上；
其中，
所述单模光纤具有偏振保持特性，
所述单模光纤的端面和所述多模光纤的端面面向所述支撑件的所述端面，并且
所述偏振板覆盖所述多模光纤的所述端面，
距离调节单元，所述距离调节单元调节所述光纤阵列的所述端面与光调制装置之间的距离；
激光源，所述激光源连接到所述光纤阵列的所述单模光纤；以及
强度测量单元，所述强度测量单元连接到所述光纤阵列的所述多模光纤，并且所述强度测量单元测量从所述光调制装置发射的光的强度，
其中，
从所述激光源发射的激光通过所述单模光纤进入所述光调制装置，以及
从所述光调制装置发射的激光通过所述光纤阵列的所述偏振板和所述多模光纤进入所述强度测量单元。
10.根据权利要求9所述的光测量装置，其中，所述光纤阵列的表面和所述光调制装置之间的距离不短于0.2mm并且不长于0.5mm。
11.根据权利要求9或10所述的光测量装置，其中，所述单模光纤的尖部和所述偏振板之间的距离不短于100μm并且不长于300μm。
12.根据权利要求9所述的光测量装置，其中，所述多模光纤的芯直径不小于100μm且不大于500μm。
13.一种光纤阵列，包括：
支撑件；
单模光纤和多个多模光纤，所述单模光纤和所述多模光纤被布置在所述支撑件上；以及
偏振板，所述偏振板被设置在所述支撑件的端面上；
其中，
所述单模光纤具有偏振保持特性，
所述单模光纤的端面和所述多模光纤的端面面向所述支撑件的所述端面，
所述偏振板覆盖所述多模光纤的所述端面，并且被直接附着到所述多模光纤的所述端面。
14.根据权利要求13所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤的芯直径不小于100μm且不大于500μm。
15.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤的所述端面位于与所述支撑件的所述端面相同的平面内。
16.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，其中，
所述单模光纤是透镜光纤，以及
所述单模光纤的所述端面从所述支撑件的所述端面向外突出。
17.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，其中，所述多模光纤中的至少两个被设置在所述单模光纤的任一侧上。
18.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，其中，所述偏振板的厚度不小于100μm且不大于400μm。
19.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，其中，多个槽被形成在所述支撑件的上面中，
所述单模光纤和所述多模光纤被设置在所述槽中。
20.根据权利要求13或14所述的光纤阵列，还包括：
用于固定所述单模光纤和所述多模光纤的固定器。
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