集成式光學耦合器和具有該集成式光學耦合器的光纖系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成式光學耦合器以及具有這種集成式光學耦合器的光纖系統。
【背景技術】
[0002]例如在導航系統或用于分析和控制物體的移動或位置的系統中所使用的用于測量角速度的傳感器還可以包括干涉式光纖陀螺(interferometric fiberopticgyroscope)(也被稱為光纖維陀螺(fiberoptic gyroscope)或光纖陀螺(fibergyroscope))，來代替機械陀螺。這些干涉式光纖陀螺對螺旋形光波導中以相反的方向行進的兩個光束的干涉進行分析，其中，由于以相反的方向行進的波列所引起的不同的傳輸時間，因此該干涉是光波導繞與該波導所配置的平面垂直的軸的轉動的結果。該干涉的強度是針對陀螺的轉動速率的量度。
[0003]這種光纖陀螺大體包括:光源，用于生成循環光束并且經由尾纖光波導(pigtailoptical wave guide)來提供這些循環光束；螺旋形光波導；光學裝置，用于將方向相反的光束射入螺旋形光波導的兩端并且用于從相反的方向接收穿過了螺旋形光波導的光束；以及檢測器，用于測定以相反的方向行進的波列的干涉。如果在分離的裝置中實現光源和檢測器，則光學耦合器是附加使用的，該光學耦合器將光束從光源引導至光學裝置(引導至螺旋形光波導)、或者從光學裝置(從螺旋形光波導)引導至檢測器。光學耦合器可以被實施為集成式光學耦合器，其中在該集成式光學耦合器中，經由平面波導來引導并使光束分支。此外，分別根據所使用的光源的類型以及尾纖導和光波導所使用的光纖的類型，可能需要諸如接頭或消偏器等的其它組件。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種被配置為減少光纖陀螺中所需的組件的數量以及被配置為節約制造成本的集成式光學耦合器。本發明的另一目的是提供一種具有這種集成式光學耦合器的光纖系統。
[0005]該目的由獨立權利要求的主題所解決。在從屬權利要求中提供優選實施例。
[0006]根據本發明的集成式光學耦合器包括:基板；至少兩個平面波導，其配置在所述基板上或所述基板中，并且由具有大致各向同性的折射率的材料制成；以及至少三個單模光纖，其耦合至所述平面波導。所述平面波導和所述單模光纖被配置為傳輸光束或光波。為此，所耦合的至少三個單模光纖中的一個單模光纖是保偏光纖，而所耦合的至少三個單模光纖中的其它單模光纖是非保偏光纖。
[0007]優選地，不設置保偏方向的取向，這可以簡化制造過程。
[0008]集成式光學耦合器的平面波導的材料關于該材料對傳播方向的依賴性和所引導的光的偏振具有幾乎完全各向同性的折射率。表述“大致各向同性的折射率”是指折射率的各向異性(Λ η)小于10 6。根據實施例，該材料是玻璃。此外，雙折射率很小的玻璃具有很小的波導衰減。例如，平面波導可以是各向同性的波導并且可以被設置為非結晶玻璃基板中的摻雜區域，其中波導可以具有圓形或大致圓形的形狀。例如可以通過摻雜物的擴散并且通過利用支持場的離子交換將摻雜物集成到基板材料中來生成這種嵌入式波導。
[0009]集成式光學親合器可以包括兩個輸入和一個輸出(2X 1親合器)、或者兩個輸入和兩個輸出(2父2親合器)。
[0010]根據實施例，集成式光學耦合器的所耦合的單模光纖中的至少一個可以在與平面波導相對的光纖的端部處包括插頭(尾纖(pigtail))，這例如使得能夠與另一光纖裝置耦入口 ο
[0011]根據本發明的光纖系統包括:根據本發明的集成式光學耦合器；光源，其被配置為生成光束；以及第一尾纖光纖，其中所述第一尾纖光纖的一個端部連接至所述光源并且所述第一尾纖光纖的另一端部連接至所述集成式光學耦合器的保偏光纖。
[0012]第一尾纖光纖也可以是保偏光纖。
[0013]如果第一尾纖光纖與集成式光學耦合器的第一單模光纖均為保偏光纖，則第一尾纖光纖可以以使得第一單模光纖的特性方向或張力方向和第一尾纖光纖的特性方向或張力方向彼此呈45°角的方式連接至集成式光學耦合器的第一單模光纖。例如，這可以由45°接頭來實現。
[0014]此外，所述第一尾纖光纖的延遲長度與所述集成式光學耦合器的所述第一單模光纖的延遲長度之間的比為1:2。在這種情況下，第一尾纖光纖和第一單模光纖形成Lyot消偏器，利用該Lyot消偏器，可以省略分開設置的Lyot消偏器。
[0015]根據本發明的系統包括:螺旋形光波導，其能夠繞與所述螺旋形光波導所配置的平面垂直的軸轉動；光學裝置，用于將所述光源所生成的光束以相反的方向射入所述螺旋形光波導的兩端，并且在光束從相反的方向通過了所述螺旋形光波導之后接收光束，其中所述光學裝置連接至所述集成式光學耦合器的第二單模光纖；檢測器，其被配置為測定所述光學裝置所接收到的光束的波列的干涉；以及第二尾纖光纖，其中所述第二尾纖光纖的一個端部連接至所述檢測器并且所述第二尾纖光纖的另一端部連接至所述集成式光學耦合器的第三單模光纖，并且所述第二尾纖光纖被配置為將從所述光學裝置所接收到的光束從所述集成式光學耦合器引導至所述檢測器。這里，該系統構成單軸光纖陀螺。通過設置各個其它組件，還可以實現具有多個軸的光纖陀螺。
[0016]如果第二單模光纖包括插頭(尾纖)，則第二單模光纖可以利用該插頭與例如可以是多功能集成式光學芯片(multifunct1nal integrated optical chip，M10C)的光學裝置相連接，這種光纖陀螺可以被制造成僅具有兩個接頭，即，一個用于將光源的第一尾纖光纖連接至集成式光學耦合器的第一單模光纖以及另一個用于將檢測器的第二尾纖光纖連接至集成式光學耦合器的第三單模光纖。由于附加組件的減少所帶來的制造過程的簡化，以及由于使用價格經濟的組件的實現(即，非保偏光纖)，因此可以成本節約地制造具有中等范圍精度(大約1° /h的偏置剩余誤差)的光纖陀螺。
【附圖說明】
[0017]以下將基于附圖來詳細說明本發明的實施例，其中，類似元件由相同的附圖標記來表示。
[0018]圖1示出根據本發明的實施例的集成式光學耦合器的示意圖。
[0019]圖2示出根據本發明的實施例的光纖系統的示意圖。
[0020]圖3示出根據本發明的其它實施例的光纖系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1所示的集成式光學耦合器1包括:包含基板3的波導芯片2 ;配置在基板3上或基板3中的至少兩個平面波導4;第一輸入5和第二輸入6 ;以及至少一個輸出7。圖1所示的波導芯片的實施例與2X1耦合器相對應。波導芯片2還可以包括其它輸入或輸出以使得還可以實現例如具有兩個輸入和兩個輸出的2X2耦合器等的其它耦合器。這里，術語“輸入”和“輸出”并非限定經由平面波導傳輸的光束的傳播方向。與此相對，可以將光束從輸入傳輸至輸出，反之亦然，即，從輸出傳輸至輸入。平面波導4包括具有大致各向同性的折射率(8卩，折射率的各向異性小于106(厶11〈106))的材料。例如，平面波導4可以由玻璃形成。
[0022]集成式光學耦合器1還包括至少三個單模光纖8、9和10，所述至少三個單模光纖8、9和10在波導芯片2的輸入5和6或者輸出7上耦合至平面波導4。第一單模光纖8例如在第一輸入5處耦合至平面波導4其中之一，而第二單模光纖9在輸出7處連接至平面波導4其中之一，并且第三單模光纖在第二輸入6處連接至平面波導4其中之一。
[0023]平面波導4連同第一單模光纖8、第二單模光纖9和第三單模光纖10被配置為傳輸光束或光波。
[0024]第一單模光纖8 是保偏光纖(polarizat1n-maintaining fiber),而第二單模光纖9和第三單模光纖10可以是不維持偏振的光纖(非保偏光纖(polarizat1n-non-maintaining fiber))。
[0025]保偏光纖(保偏光纖維(PMF或PM光纖))是內部的輸入線性偏振光波的偏振在光纖內部傳播期間不發生變化、或者換句話說內部的光纖的偏振模式之間僅出現較小(或優選沒有)交叉親合的光纖。
[0026]使用不同的處理來生成保偏光纖。通常，通過對包層使用非圓形截面或者通過將其它材料的條嵌入包層來將張力作用在光纖的芯上。
[0027]保偏光纖對供給到具有正確方向的光纖(“定向光纖”)中的線性偏振光的現有偏振進行維持。如果入射光的偏振沒有與光纖的張力的方向對準，則在光纖的輸