基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線的製作方法
2023-06-08 13:36:51
專利名稱：基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻微波信號傳輸領域，尤其涉及一種基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線。
背景技術：
隨著通信技術的不斷發展和社會的不斷進步，未來的通信系統要求實現隨時隨地接入網絡。這就要求未來的無線通信能夠傳輸更高的數據率，覆蓋範圍更廣，尤其在室內、 建築物內等中短距離，對數據帶寬的需求尤為迫切。目前的射頻微波信號大多採用同軸線纜來傳輸，但是同軸線纜的高成本高損耗等缺點卻限制了信號的長距離傳輸，並且增加了系統的體積與功耗，並不是未來通信發展的趨勢。光纖射頻傳輸技術(ROF)充分結合光纖和高頻無線電波傳輸的特點，實現大容量、低成本的射頻信號有線傳輸和寬帶無線接入，為上述問題提供了有效的解決方案。使用光纖射頻傳輸技術，可以更有效地傳輸射頻微波信號，而克服傳統的電子學的如體積大，功耗大，損耗大等缺點。表面等離激元(surface ρlasmon polaritons, SPPs)是在金屬與介質界面上的一種電子和光子混合激發態。SPI^s是一種表面波，它的電磁場被約束在金屬與介質界面的附近範圍內。這種強有力的場約束，一方面使界面局部處的場產生增強效應，同時又使SPI^s 對傳播表面的變化有高度的敏感性。目前，SPPs在納米光學、新型光源(基於增強的非線性效應)、高靈敏的生物和化學傳感等領域顯示出巨大的應用前景。利用光纖光柵技術實現SPI^s的激發正受到越來越多的關注。其基本的原理是光纖光柵將在光纖芯層傳輸的光場模式耦合或洩漏到包層，利用包層模式激發SPI^s，主要的優點有不需要對包層進行剝除，保證了光纖的可靠性，SPPs的共振特徵與光纖的周期有關， 通過改變光柵的周期，能夠調節Sra的共振位置。2007年，Yanina Y. Sievchenko等將傾斜式TOG刻寫在標準的單模通信光纖上，傾斜TOG增強了纖芯模進入包層，如果包層模的傳播常數的軸向分量等於SPP波，則激勵起SPI^s。由於SPI^s的局域性和高度敏感性，它在高性能調製器中也具有非常重要的應用前景。SPI^s可與結合電光材料，構成一個簡單的高速電光調製器。這些調製器中，大都是採用稜鏡耦合來激發SPI^S。基於電光材料的電光效應通過外加電壓改變材料的折射率，從而改變SPP的耦合波長，造成不同波長反射光強的變化。所以通過SPP技術可以將電信號調製到光波上，實現在光波段的長距離傳輸。採用SPP技術相比普通光調製器的優點在於成本低，不受器件帶寬的限制，易於集成。於是，一種集成了同軸射頻波導、光波導以及表面等離激元波導的射頻微波傳輸線便應運而生了，這三者的結合可以實現高帶寬，低損耗，高靈敏度的射頻微波信號傳輸，這將極大地提高RoF系統的效率。
發明內容
本發明的目的是克服傳統射頻微波傳輸線的不足，提供一種基於光纖光柵的新型同軸結構射頻微波傳輸線。
本發明解決技術問題所採取的技術方案為
基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線包括高速光電探測器、光纖、環形器、寬帶光源、同軸表面等離波導和同軸連接器。寬帶光源的輸出端與環形器的1 口光連接，環形器的 2 口與同軸表面等離波導的輸出端光連接，同軸表面等離波導的輸入端與同軸連接器連接， 同軸連接器的輸入端為整個傳輸線的輸入埠，高速光電探測器的光輸入端與環行器的3 口光連接，高速光電探測器的射頻微波信號輸出端為整個傳輸線的輸出埠。所述的同軸表面等離波導包括由內至外的光纖光柵、第一金屬層、電光聚合物層和第二金屬層；其中光纖光柵由傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵串接而成，所述傾斜光纖光柵靠近同軸表面等離波導的輸出端；傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵區域外包覆第一金屬層；第一金屬層與第二金屬層之間設置有電光聚合物層；第一金屬層與第二金屬層構成一個同軸結構的射頻微波波導；第一金屬層與同軸連接器的內導體相連；第二金屬層與同軸連接器的外殼相連。所述的光纖光柵、第一金屬層、電光聚合物層、第二金屬層同軸設置； 所述的傾斜光纖光柵中的光柵長度大於IOmm ；
所述的均勻布拉格光纖光柵中的光柵長度大於IOmm ； 所述的第一金屬層的厚度為20 50nm ； 所述的電光聚合物層的厚度為10 50μπι; 所述的第二金屬層的厚度為100 IOOOnm ； 進一步地說，所述的第一金屬層選用金或銀； 本發明的有益效果
針對射頻微波信號傳輸線的應用，採用新穎同軸結構，將光纖波導、表面等離激元波導和射頻微波波導巧妙地結合起來，利用表面等離激元技術實現了射頻微波信號在光波導上的傳輸，並且使得傳輸的損耗相比傳統的同軸射頻微波信號傳輸線小很多，可以實現遠距離低損耗的傳送，在當前的射頻微波鏈路中具有非常實用的價值。
圖1為本發明的結構示意圖。圖中1、高速光電探測器，2、光纖，3、環形器，4、寬帶光源，5、同軸表面等離波導， 6、同軸連接器。圖2為本發明中同軸表面等離波導與同軸連接器的剖面示意圖； 圖3為本發明中同軸表面等離波導的截面示意圖中7、纖芯，8、包層，9、第一金屬層，10、電光聚合物層，11、第二金屬層，12、傾斜光柵柵區，13、均勻布拉格光柵柵區，14、同軸連接器外殼，15、同軸連接器內導體。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例進一步說明本發明。本發明的原理是採用同軸結構，將光纖波導、等離激元波導和射頻同軸波導巧妙地結合起來。在標準單模光纖中順序寫入傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵，在寫入光柵的單模光纖表面鍍20 50nm的金屬膜，外面塗覆電光聚合物。傾斜光纖光柵增強了纖芯模進入包層，如果包層模的傳播常數的軸向分量等於表面等離激元波的傳播常數，則激勵起SPI^s。由於SPP模、包層模、纖芯模之間的相位匹配，聚合物層介電常數的變化會引起纖芯反射模光譜的變化，而由於反射膜光譜是包層模無法實際測得並且纖芯反射膜的變化會同時引起透射譜的變化，故在傾斜光纖光柵後面加入均勻布拉格光纖光柵將傾斜光閃的透射譜反射回光纖另一端。電光聚合物外再鍍金屬層，內外金屬層就構成了射頻微波同軸線。射頻微波信號經同軸連接器饋入該同軸線，在同軸線上傳輸時引起電光聚合物介電常數的變化，產生表面等離子體效應從而將射頻微波信號傳遞到光波上，而光波在光纖中的傳輸損耗是非常低的，所以就可以實現長距離的傳輸，然後在輸出端通過高速光電探測器將射頻微波信號還原後輸出。參照圖1，新型同軸射頻微波傳輸線包括高速光電探測器1、光纖2、環形器3、寬帶光源4、同軸表面等離波導5、同軸連接器6。新型同軸射頻傳輸線包括高速光電探測器、 光纖、環形器、寬帶光源、同軸表面等離波導、同軸連接器。寬帶光源的輸出端與環形器的1 口光連接，環形器的2 口與光纖的一端光連接，光纖的另一端與同軸表面等離波導的輸出端光連接，同軸表面等離波導的輸入端與同軸連接器連接，同軸連接器的輸入端為整個傳輸線的輸入埠，高速光電探測器的光輸入端與環行器的3 口光連接，高速光電探測器的射頻微波信號輸出端為整個傳輸線的輸出埠。傳輸線工作時，射頻微波信號由同軸連接器的輸入端輸入，高速光電探測器的輸出端輸出，調節中間光纖的長度，就可以控制傳輸距離，實現真正的低損耗長距離傳輸。參考圖2和圖3，同軸表面等離激元波導包括由內至外的光纖光柵、第一金屬層9、 電光聚合物層10、第二金屬層11 ；光纖光柵由傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵串接而成，光纖光柵由單模光纖刻寫而成，單模光纖的纖芯7刻有長度均大於IOmm的傾斜光柵柵區12和均勻布拉格光柵柵區13，纖芯7外有包層8 ；單模光纖外包覆第一金屬層；第一金屬層與第二金屬層之間設置有電光聚合物層；第一金屬層與第二金屬層構成一個同軸結構的射頻微波波導；第一金屬層與同軸連接器內導體15相連；第二金屬層與同軸連接器外殼14 相連。同軸表面等離激元波導的製作方法包括如下步驟先將一根單模光纖剝掉外面的保護層，並將其置於Iio 140Mpa，130 150°C的條件下載氫48小時。利用波長為M8nm 的KrF雷射器，利用相位掩膜法分別刻寫傾斜光纖光柵與均勻布拉格光柵，其中刻寫傾斜光纖光柵時相位掩膜板與光纖的傾斜角為5 10°，寫好的光纖光柵在130 150°C條件下退火M小時，趕出殘留在光纖中的氫。採用化學鍍在製作好的光纖光柵表面鍍上一層20 50nm厚的金薄膜(也可選用銀薄膜)，然後採用溶液浸漬提拉法在金薄膜的外層包覆一層10 50 μ m厚的電光聚合物。 最後再採用化學鍍的方法在聚合物的外層鍍上一層厚度為100 IOOOnm的金屬薄膜層。
權利要求
1.基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，包括高速光電探測器、光纖、環形器、寬帶光源、同軸表面等離波導和同軸連接器，其特徵在於寬帶光源的輸出端與環形器的1 口光連接，環形器的2 口與同軸表面等離波導的輸出端光連接，同軸表面等離波導的輸入端與同軸連接器連接，同軸連接器的輸入端為整個傳輸線的輸入埠，高速光電探測器的光輸入端與環行器的3 口光連接，高速光電探測器的射頻微波信號輸出端為整個傳輸線的輸出埠 ；所述的同軸表面等離波導包括由內至外的光纖光柵、第一金屬層、電光聚合物層和第二金屬層；其中光纖光柵由傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵串接而成，所述的傾斜光纖光柵靠近同軸表面等離波導的輸出端；傾斜光纖光柵和均勻布拉格光纖光柵區域外包覆第一金屬層；第一金屬層與第二金屬層之間設置有電光聚合物層；第一金屬層與第二金屬層構成一個同軸結構的射頻微波波導；第一金屬層與同軸連接器的內導體相連；第二金屬層與同軸連接器的外殼相連；所述的光纖光柵、第一金屬層、電光聚合物層、第二金屬層同軸設置。
2.根據權利要求1所述的基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，其特徵在於所述的傾斜光纖光柵和勻布拉格光纖光柵中的光柵長度均大於10mm。
3.根據權利要求1所述的基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，其特徵在於所述的第一金屬層的厚度為20 50nm。
4.根據權利要求1所述的基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，其特徵在於所述的電光聚合物層的厚度為10 50 μ m。
5.根據權利要求1所述的基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，其特徵在於所述的第二金屬層的厚度為100 lOOOnm。
6.根據權利要求3所述的基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線，其特徵在於所述的第一金屬層選用金或銀。
全文摘要
本發明涉及一種基於光纖光柵的新型同軸射頻微波傳輸線。現有傳輸線的成本高、損耗高。本發明包括高速光電探測器、光纖、環形器、寬帶光源、同軸表面等離波導和同軸連接器。寬帶光源的輸出端與環形器的1口光連接，環形器的2口與同軸表面等離波導的輸出端光連接，同軸表面等離波導的輸入端與同軸連接器連接，同軸連接器的輸入端為整個傳輸線的輸入埠，高速光電探測器的光輸入端與環行器的3口光連接，高速光電探測器的射頻微波信號輸出端為整個傳輸線的輸出埠。本發明實現了射頻微波信號在光波導上的傳輸，並且使得傳輸的損耗相比傳統的同軸射頻微波信號傳輸線小很多，可以實現遠距離低損耗的傳送。
文檔編號H04B10/12GK102324980SQ20111026931
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者施學良, 池灝, 章獻民, 鄭史烈, 金曉峰 申請人:浙江大學