應用小型彎曲的光纖馬赫－策恩德幹涉儀的製作方法
2023-06-16 21:10:06
專利名稱：應用小型彎曲的光纖馬赫－策恩德幹涉儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖馬赫—策恩德(Mach—Zehnder)幹涉儀領域。具體而言，本發明針對在一條或多條幹涉臂中具有小型彎曲的一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀。
運用跨過一對筆直的平行光纖的兩個耦合器形成一種不平衡Mach—Zehnder幹涉儀是眾所周知的。
圖1示出一種典型的現有技術的光纖Mach—Zehnder幹涉儀10。幹涉儀10包括第一和第二細長的光纖12和14，它們在第一和第二光耦合器22和24處光耦合。每條光纖12和14分別限定一條幹涉臂，它們在耦合器22與24之間延伸。應用已知的一些方法(諸如使一條幹涉臂比另一條幹涉臂做得更長、採用不同傳播常數的光纖或這些方法的組合等)，可將幹涉臂16和18配置成具有不等的光程。這些相敏幹涉臂光路長度不平衡的量值確定了幹涉儀的波長靈敏度。
如果兩個相敏段在光路長度上是完全平衡的，那麼射入光纖12的光在耦合器22處與光纖14耦合併在耦合器24處發生幹涉，從而所有從光纖12出射的光通過耦合器24。如果相敏段16和18不平衡，那麼根據光波長和光路長度的不平衡量值，光將以各種不同的比率從光纖12和14出射通過耦合器24。一般情況下，隨著波長增大，光在頂部與底部光纖之間振蕩。光路長度不平衡越大，波長變化越小，這導致光從一條光纖至另一條光纖的傳遞。
然而，難以做成在物理上具有不同長度而不帶來損耗的光纖段，或者構造變得冗長而難做。再者，如圖1所示，幹涉儀10做成的結構具有沿相反方向伸出的光纖，因而在以後的封裝期間，必須有額外的空間容納光纖兩端的彎曲半徑。
然而，對光纖給予超小型彎曲從而減小其最小曲率半徑也是已知的。正如授予Stowe等人的共同轉讓的美國專利No．5，138，676所揭示的(在本申請中通過參照而引用於此)，可將光纖的透光纖心拉製成大大減小的直徑，可以彎曲減小的纖心然後退火，以提供呈現出極低光功率損耗的光纖中的彎曲。可以形成各種半徑小於0．5毫米且衰減不大、內應力較小的小型彎曲。例如，在小於2．0毫米直徑、8．0毫米長的封裝內，該技術可形成低損耗的180°彎曲。這些低損耗彎曲可以在單模與多模光纖中形成。
通過將光纖弄尖，以化學方法除去一些包層玻璃或這些技術的組合，一般可減小直徑。對於單模器件，對於光纖進行處理，從而使原始光纖的基模絕熱地演變成改進的光纖的基模而避免光損耗。可把彎曲裝在各種封裝件裡，只要材料不與處理區中的光纖接觸就行。
因此，對於在其組成光纖中包括小型彎曲的光學Mach—Zehnder幹涉儀有需求，從而將幹涉儀尺寸、熱敏性和振動靈敏性減至最小。
本發明提供了一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀，它具有第一與第二細長的光纖(每條光纖都具有纖心與包層)以及第一與第二耦合器，其中所述第一光纖的包層耦合至第二光纖的包層。本發明的Mach—Zehnder幹涉儀還包括第一與第二細幹涉臂，第一幹涉臂由第一光纖在第一與第二耦合器之間延伸的部分形成，第二幹涉臂包括在第一與第二耦合器之間延伸的第二光纖。另外，第一幹涉臂包括至少一個在其中形成的小型彎曲。第二幹涉臂也可包括一個在其中形成的小型彎曲。在本發明的一個實施例中，第一幹涉臂的小型彎曲套在第二幹涉臂裡。
此外，本發明的Mach—Zehnder幹涉儀可以包括預封裝的小型彎曲或不封裝的小型彎曲。幹涉臂可用環氧樹脂粘合劑，或在採用不封裝的小型彎曲時用粘合膠粘合到支承基板上。考慮到兩條不等長幹涉臂之間的溫度造成不同的總長度變化，通過選用不同熱膨脹係數的光纖，本發明的Mach—Zehnder幹涉儀可進一步呈現出減小的熱敏性。
圖1示出筆直的Mach—Zehnder幹涉儀的示意圖。
圖2示出本發明的在幹涉臂中具有小型彎曲的Mach—Zehnder幹涉儀的示意圖。
圖3示出一條幹涉臂中具有小型彎曲的幹涉臂的示意圖。
圖4提供本發明具有3毫米光程差的不平衡型Mach—Zehnder幹涉儀耦合輸出的曲線圖。
圖5示出在幹涉臂中採用90°小型彎曲的本發明Mach—Zehnder幹涉儀的另一實施例。
圖6示出採用預封裝小型彎曲的本發明的摺疊式Mach—Zehnder幹涉儀。
圖7示出在幹涉臂中採用90°預封裝小型彎曲的本發明Mach—Zehnder幹涉儀的另一實施例。
圖8和9示出採用不封裝小型彎曲的本發明的Mach—Zehnder幹涉儀的再一個實施例。
圖10示出在幹涉臂中採用90°小型彎曲的Mach—Zehnder幹涉儀的本發明的另一實施例。
本發明揭示，可以構成將小型彎曲形成在其相敏區域中的光纖Mach—Zehnder幹涉儀。小型彎曲可用來縮短幹涉儀長度，減少幹涉儀直徑，或建立一種不平衡型幹涉儀。本發明的Mach—Zehnder幹涉儀在允許設計者修改組成光纖的物理外形以適應給定工作空間的尺寸限制方面有其獨特性。此外，通過以物理方法調節幹涉儀的臂，可以均衡幹涉臂對極化的依賴性。
圖2示出本發明的一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀110。幹涉儀110由第一與第二細長的光纖112和114形成，每條光纖都具有內纖心與外包層。光纖112與114在耦合器116與118處接合。光纖112提供在耦合器116與118之間延伸的第一幹涉臂120，而光纖114提供在耦合器116與118之間延伸的第二幹涉臂122。另外，每條幹涉臂120與122分別包括一個位於中央的小型彎曲124與126，彎曲的彎折部分約180°。最好將幹涉臂120與小型彎曲124套入幹涉臂122與小型彎曲126裡面。在整個本申請中，術語「套入」(nest)是指一條幹涉臂及其相關聯的小型彎曲為第二幹涉臂及其相關聯的小型彎曲所限。術語「套入」並不特地規定一個小型彎曲位於在第二小型彎曲相對兩端之間限定的某一段內。
因此，通過在至少一條幹涉臂中應用小型彎曲，本發明提供了尺寸大大減小的幹涉儀。在常規光纖中，包層相對於纖心更低的折射率建立了各種沿光纖傳播而損耗可忽略的模式，可認為光由纖心／包層界面處的全內反射導引。運用小型彎曲技術，光纖直徑在彎曲區中減小了，形成一種光在其中主要靠周圍空氣導引的結構，周圍空氣起著包層的作用，而直徑減小區中的光纖起著纖心的作用。由於周圍空氣的折射率接近1，所以與非改進光纖的折射率差0．003相比，彎曲區內有效的纖心／包層折射率差約為0．46。因此，光被更緊緊地限制在彎曲區內，並能夠持更小的彎曲半徑而不耦合至輻射模式。
儘管有極小的180°轉彎，小型彎曲的光損耗在整個1260～1650納米光譜段範圍內是極小的，例如，通常在該光譜段兩端的最大損耗小於0．2dB。結果，遍及1300與1550納米處的通信窗口都可使用該彎曲。由於彎曲處於一平面內，所以可認為雙折射很小，但測得的依賴於極化的損耗小於0．003dB。
圖3示出本發明的另一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀210，幹涉儀210由第一與第二細長的光纖212與214形成，每條光纖都具有內纖心與外包層。光纖212與214在耦合器216與218處接合。光纖212提供在耦合器216與218之間延伸的第一幹涉臂220，而光纖214提供在耦合器216與218之間延伸的第二幹涉臂222。另外，幹涉臂220包括在其中形成的第一與第二小型彎曲224與228。每個小型彎曲224與228各提供一約120°的彎折的彎曲部分，雖然也可用其它彎折角度來重新對準光纖212與214相對的兩端。幹涉臂222形成得基本上筆直。幹涉儀210通過控制兩條幹涉臂的光路長度之差來控制MZI(馬赫—策恩德幹涉儀)的波長響應特性。圖4示出了本發明幹涉儀計算得到的光譜響應，其中兩臂之間的光路長度差約為3毫米。
現在參照圖5，對於要求引線相互成直角引出的短小器件的應用，也可將不平衡型Mach—Zehnder幹涉儀410構造成具有90°小型彎曲的新穎結構。幹涉儀410包括安裝到直角基板416的光纖412與414。每條光纖412和414都包括透光的纖心418與同心的包層420。第一光纖412限定第一幹涉臂423，第二光纖414限定第二幹涉臂425，幹涉臂都在第一與第二耦合器422與424之間延伸。幹涉臂423包括在耦合器422與424之間的第一90°小型彎曲430，而光纖414同樣包括在耦合器422與424之間的第二90°小型彎曲432。小型彎曲430套在小型彎曲432內。在此情況下，通過對小型彎曲430與432應用不同曲率半徑的彎曲，在光纖之間形成光路長度差。
像在拋光塊耦合器(polished block coupler)的情況中一樣，本發明也試圖使製造耦合器用的光纖不必非熔合在一起不可。另外，由本發明應用的耦合器可以是對稱的或不對稱的。本發明中耦合器的分功比(splitting ratio)可以不為50％。耦合器的分功比與最大分功比不一定相同，即，不對稱耦合器的分功比可以是40％。再者，本發明的幹涉臂不必非要平衡型不可。因此，可用這種結構來製作波分多路復用器，帶或不帶在每個耦合器附近形成的光纖Bragg光柵。然而，根據序號為09／421，173的共同轉讓的美國專利申請(通過參照將它引用於此)，還試圖將光纖Bragg光柵形成在每個耦合器附近。
本發明的幹涉儀還可用一條或多條光敏光纖製作，此外，每個耦合器可由多於兩條的光纖組成。例如，可以製作1×3耦合器，其中，一條或多條光纖是光敏光纖，而其餘的光纖則是對光不敏感的。
圖示的幹涉儀110與210不帶保護外殼或安裝表面。然而，眾所周知，光纖中的小型彎曲可以裝在各種封裝裡，只要封裝材料不與處理區中的光纖接觸就行。參照圖6，本發明設想了一種應用預封裝小型彎曲的光纖Mach—Zehnder幹涉儀510。幹涉儀510包括固定到細長基板516的第一細長光纖512與第二細長光纖514。每條光纖512和514都包括透光的纖心518與同心的包層520。
第一光纖512套在第一與第二耦合器522與524之間的第二光纖514內。光纖512包括在耦合器522與524之間延伸的第一小型彎曲530。光纖514同樣包括在耦合器522與524之間延伸的第二小型彎曲532。小型彎曲532與534最好以固定的預彎曲結構預封裝在保護外殼536與538內，以便組裝到基板516，並且用於在耦合器522與524處光纖之間的耦合。光纖512與514在第一與第二耦合器522與524處光耦合，並用位於耦合器522與524任一側的第一環氧樹脂粘合片(tack)和第二環氧樹脂粘合片528固定到基板516。環氧樹脂粘合片528最好不觸及小型彎曲530或532的任何部分。
首先製作彎曲530與532，然後把它們封裝在各自的保護外殼536與538中。於是外殼536提供一對由第一光纖512相對端形成的光纖引線512a與512b。類似地，外殼538提供一對由第二光纖514相對端形成的光纖引線514a與514b。於是組合封裝的小型彎曲的引線以形成製作的耦合器522與524。由此由在耦合器522與524之間延伸的光纖限定幹涉儀的相敏區。為避免觸及基板516，最好將耦合器522與524懸置在高於基板516至少一條光纖直徑的距離處，並將小型彎曲530與532懸置在它們各自的外殼536與538內。
通過將一個封裝的小型彎曲放置得比另一個封裝的小型彎曲離耦合器更遠，本發明在兩條幹涉儀臂之間提供任何所需的物理的光路長度差。另外，與現有技術的幹涉儀10相比，當封裝的小型彎曲放置得靠近相敏區中點時，本發明的幹涉儀長度截去了大約一半。而且，所有的光纖引線512a、512b、514a與514b都從幹涉儀一側引出，從而另一端可以封裝得接近壁而不允許有引線。在這種結構中應用封裝的小型彎曲，允許幹涉儀構造得沒有大的橫向偏移(如果把較大的彎曲置於幹涉儀的相敏區中，則要求大的橫向偏移)。
現在參照圖7，對於要求引線相互成直角引出的短小器件的應用場合，也可用具有90°預封裝小型彎曲的新穎結構來構造不平衡型Mach—Zehnder幹涉儀610。幹涉儀610包括安裝到直角基板616的光纖612與614，每條光纖612和614都包括透光的纖心618與同心的包層620。第一光纖612限定了第一幹涉臂623，而第二光纖614限定了第二幹涉臂625，這兩條幹涉臂在第一與第二耦合器622與624之間延伸。幹涉臂623包括位於耦合器622與624中間的第一90°小型彎曲630，而光纖614同樣包括在耦合器622與624中間的第二90°小型彎曲632。小型彎曲630套在小型彎曲632內。在這種情形下，通過對小型彎曲630與632應用不同曲率半徑的彎曲，在光纖之間形成光路長度差。
小型彎曲632與634最好以固定的預彎曲結構預封裝在保護外殼638與636內，以便組裝到基板616並且用於在耦合器622與624處光纖之間的耦合。首先製作彎曲630與632，然後把它們封裝在各自的保護外殼636與638中。外殼636由此提供一對由第一光纖612的相對端形成的光纖引線612a與612b。類似地，外殼638提供一對由第二光纖614的相對端形成的光纖引線614a與614b。於是，把封裝的小型彎曲的引線加以組合而構成耦合器622與624。於是，幹涉儀的相敏區由在耦合器622與624之間延伸的光纖限定。為避免觸及基板616，通常將耦合器622與624懸置成高於底板616至少一條光纖直徑的矩離，並將小型彎曲630與632懸置在各自的外殼636與638內。
現在參照圖8—10，本發明通過將不封裝的小型彎曲置於相敏區中，還提供了以小型單邊結構形成物理上不平衡的Mach—Zehnder幹涉儀的方法。於是，通過製作跨過四條引線的兩個耦合器，用不封裝小型彎曲的引線形成幹涉儀的相敏區。在這種結構中，由於小型彎曲沒有單獨的封裝，所以耦合器是小型彎曲結構的一個整體部分。由於各個小型彎曲是不封裝的，所以幹涉儀通路中相敏部分的有關質量大大減小了。於是可以選擇基板結構，將尺寸、熱敏性和振動靈敏性減至最小。
參照圖8，本發明提供了光纖Mach—Zehnder幹涉儀310，它包括固定到細長基板316的第一細長光纖312與第二細長光纖314，每條光纖312和314都包括透光的纖心318與同心的包層320。光纖312與314在第一與第二耦合器322與324處光耦合，並用環氧樹脂形成的第一粘合片324和凝膠形成的第二粘合片326固定到基板316，凝膠將光纖312與314平緩地就位於耦合器322與324之間。由於光纖312與314不像用環氧樹脂粘合片324那樣牢固地保持在那裡，所以粘合片326凝膠將幹涉儀的熱敏性減至最小。
第一光纖312套在第一與第二耦合器322與324之間的第二光纖314內。光纖312包括在耦合器322與324之間延伸的第一幹涉臂323。幹涉臂323包括在其中形成的小型彎曲330。光纖314同樣包括在耦合器322與324之間延伸的幹涉臂325。幹涉臂325同樣包括在其中形成的小型彎曲332。小型彎曲330與332最好在形成幹涉儀310之前不封裝，從而將光纖周圍的材料的質量減至最小。把圖示的小型彎曲330與332自由地支承在基板316界線之外。
參照圖9，本發明另外提供了一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀710，它包括固定到細長基板716的第一細長光纖712與第二細長光纖714。每條光纖712和714都包括透光的纖心718與同心的包層720。第一光纖712套在第一與第二耦合器722與724之間的第二光纖714內。光纖712包括在耦合器722與724之間延伸的第一幹涉臂723。幹涉臂723包括形成在其中的小型彎曲730。光纖714同樣包括在耦合器722與724之間延伸的第二幹涉臂725。幹涉臂725同樣包括形成在其中的小型彎曲732。小型彎曲730與732最好在基板716的平面716a的上方以間隔對準方式支承。光纖712與714在第一與第二耦合器722與724處光耦合，並用第一環氧樹脂粘合片726與凝膠粘合片728固定到基板716。環氧樹脂粘合片726置於靠近自由端光纖712與714之處。凝膠粘合片728最好置於鄰近耦合器722與724之處，但不達到小型彎曲730與732。與環氧樹脂粘合片726相比，凝膠粘合片728將幹涉儀的熱敏性減至最小。
幹涉儀710還在基板716上提供薄墊片或墊座740，用於在其上支承幹涉臂723與725。墊座740最好置於靠近凝膠粘合片728之處，以便以間隔對準方式將幹涉臂723與725支承在基板716上方。由於墊座740是處於施加粘合片的合適位置，它還有助於施加的粘合劑定位。而且，凝膠粘合片728與墊座740之間的表面張力有助於凝膠定位，使它不觸及小型彎曲或耦合器的處理區。可以考慮對圖5～10的任一實施例提供墊座740，以支承幹涉臂並使施加的粘性環氧樹脂或凝膠定位。在圖8～10的諸實施例中，通過在一側用粘性環氧樹脂，在另一側用凝膠、粘性環氧樹脂或墊座，可以簡便地將耦合器懸置在基板上方。
現在參照圖10，對要求引線相互成直角引線的短小器件的應用場合，也能以90°不封裝小型彎曲的新穎結構構造一種不平衡型Mach—Zehnder幹涉儀810。幹涉儀810包括安裝於直角基板816的光纖812與814，每條光纖812和814都包括透光的纖心818與同心的包層820。第一光纖812限定第一幹涉臂823，而第二光纖814限定第二幹涉臂825，幹涉臂在第一與第二耦合器822與824之間延伸。幹涉臂823包括在耦合器822與824中間的第一90°小型彎曲830，光纖814同樣包括在兩耦合器中間的第二90°小型彎曲832。彎曲830套在彎曲832內。在此情形中，通過對小型彎曲830和832使用不同曲率半徑的彎曲，在光纖之間形成光路長度差。此外，幹涉儀810提供與光纖812與814相敏區相向的粘合片，由此完全不用粘住相敏區的幹涉臂。
如圖8—10所示，像圖示的幹涉儀510那樣，可以取消在耦合器與小型彎曲之間使用的粘性環氧樹脂片，因為餘下的光纖與彎曲的質量很小。或者，可用凝膠代替幹涉儀510在耦合器與小型彎曲之間採用的環氧樹脂，以使光纖平緩地就位，不會引起與來自粘合劑的應力相關聯的熱敏性。對本發明而言，凝膠是一種合適的封裝劑，因為只需面對光纖相對小的質量和慣性力。因此，由於凝膠具有較小的機械模量，它是合適的粘合劑。而且，做成的結構小巧並易於製作。
再者，由於限制了小型彎曲的周圍的材料，所以大大減少了潛在的由熱引起的應力，還設想過用小應力粘合劑而不用凝膠將光纖連接至基板而不引起異常的熱效應或機械效應。可以在熔合的耦合器與小型彎曲之間的區域中將凝膠或環氧樹脂施加到光纖。然而，如果直接施加到耦合器或彎曲，則環氧樹脂會造成器件的光損耗，因為光纖在這些區域中已被修改，允許在光纖外緣有顯著的光場。
另外，可將相關聯的結構做得十分緊湊，從而不僅改善了幹涉儀的熱穩定性，也縮小了其尺寸。在這種結構中，除了諸如空氣等折射率極低、損耗小的材料以外，實際的耦合器區和小型彎曲區通常不被任何材料接觸。否則，若接觸折射率大於允1．3的材料，會使耦合器或小型彎曲的損耗增大。外封裝(未示出)也可定位在公共基板周圍，從而避免觸及彎曲，從而提供單位幹涉儀封裝。
如圖7—10所示，若將光纖粘附到公共基板，由於使用的基板或粘合劑的熱膨脹，本發明的幹涉儀對熱異常會變得敏感起來，導致對光纖施加物理應變。因而，粘合劑是潛在的熱敏性與相位不穩定性的來源。在幹涉儀中，施加給幹涉儀中耦合器之間光纖相敏部分的任何力，都會在兩段中光傳播之間引起差分相移。可以由差分光路長度的物理變化導致這種差分相移，而差分光路長度由長度變化或彎曲造成，或者它們可能由該段光纖與另一段光纖的折射率的差分變化而造成。
折射率差可以通過光纖的應力—光學性質而與施加的應力有關。由於粘合劑施加的應力通常隨溫度而變化，所以可以在光纖中產生長度與折射率的變化。作為這種熱敏性的結果，與相敏區中的光纖接觸的任何環氧樹脂或粘合劑都會在透射過光纖的光中造成差分相移。
通過選擇光纖的熱膨脹係數和它們在耦合器之間的設計長度，可將本發明的幹涉儀做得具有很小的熱敏性。耦合器之間不平衡的結構必然在物理上造成較長臂較之較短臂隨溫度有更大的熱膨脹。一般，諸如光纖等材料的膨脹可表示為a)Delta L=a*L*Delta T其中的Delta L是耦合器之間光纖段的物理長度的增大，a是熱膨脹係數，L是耦合器之間光纖段的長度，而Delta T是溫度變化。差分膨脹引起幹涉儀隨溫度變化的波長相依性的變化。這種波長相依性取決於通過耦合器之間光纖段的光的相位。相位由下式給出b)相位=2*PI*n*L／Lambda其中的PI為常數，n是光纖段的折射率，L是光纖段長度，而Lambda是波長。為保持幹涉儀隨溫度有恆定的波長相依性，第一段與第二段的相位變化必須相等，即c)相位1=相位2一般而言，集成幹涉儀不滿足這種相位穩定性。因此，這類集成器件可能呈現出某些因長度與折射率隨溫度變化而導致的殘留的溫度敏感性。
本發明通過合適地選擇耦合器之間光纖段的長度與折射率，提供能做成對熱不敏感的集成不平衡摺疊型Mach—Zehnder幹涉儀。為使相位關係式c)與溫度無關，就要遵循d)n1*dL1／dT+L1*dn1／dT=n2*dL2／dT+L2*dn2／dT其中的d／dT表示對溫度的導數。
因此，通過選擇光纖段的折射率與長度以及它們根據關係式d)的熱導數，本發明提供一種熱穩定的幹涉儀。通過對各個項作近似，可以簡化這一關係式。利用公式a)和近似地使n1=n2，可把關係式d)近似為e)n1*aL1+L1*dn1／dT=n2*aL2+L2*dn2／dT，或f)n1*a*(L1—L2)=L2*dn2／dT—L1*dn1／dT通過使用不同的光纖，可選用服從這些關係式的光纖，以增強熱穩定性。一般而言，由於一條臂必須比另一條臂長以提供所需的相位失配，所以這條較長臂由於這段在物理上細長而具有較大的相位變化。因此，將較短臂的折射率做成有較大的熱相依性，可實現最佳匹配。於是，通過較短臂折射率較大的熱相依性被較長臂較大的相移所補償，實現了溫度的不敏感性。應當指出，只是耦合器之間的光纖段才對相位的熱相依性作出大的貢獻，因為這是光在這兩條光纖中傳播的區域，造成在第二光纖中的幹涉。
雖然示出並描述了本發明的特定的實施例，但是本領域的技術人員將明白，可以作出更改和變型而不背離本發明的原理。上面描述的內容和提供的附圖僅是作為示例而不是作為限制。當基於現有技術作正確的審視時，本發明的實用範圍應由下述的權利要求書限定。
權利要求
1．一種光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，包括具有纖心與包層的第一與第二細長光纖；第一與第二耦合器，其中，所述第一光纖的所述包層耦合至所述第二光纖的所述包層；包括在所述第一與第二耦合器之間延伸的所述第一光纖的第一細長幹涉臂，其中，所述第一幹涉臂包括形成在其中的小型彎曲；以及包括在所述第一與第二耦合器之間延伸的所述第二光纖的第二細長幹涉臂。
2．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一幹涉臂包括一個以上的形成在其中小型彎曲。
3．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第二幹涉臂包括一個形成在其中的小型彎曲。
4．如權利要求3所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一幹涉臂的所述小型彎曲套在所述第二幹涉臂的所述小型彎曲內。
5．如權利要求4所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二光纖的所述小型彎曲是預封裝的小型彎曲，其中，將每個所述小型彎曲支承在保護外殼內，使每條所述光纖的所述相對端從所述保護外殼伸出，由此以所述第一與第二預封裝小型彎曲的所述外殼之間的縱向間隔選擇所述第一與第二耦合器的位置。
6．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二光纖安裝到細長的基板。
7．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二光纖的所述第一與第二端延伸超過所述基板的一端。
8．如權利要求4所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一光纖的所述小型彎曲將所述第一光纖彎曲約180度。
9．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二光纖的所述第一端延伸超過所述基板的一端，而所述第一與第二光纖的所述第二端延伸超過所述基板的第二邊緣，所述基板的所述第一邊緣不與所述基板的所述第二邊緣相向。
10．如權利要求4所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一光纖的所述小型彎曲將所述第一光纖彎曲約90度。
11．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一光纖的所述小型彎曲將所述第一光纖彎曲成比所述第二光纖的所述小型彎曲具有更大的曲率半徑。
12．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二光纖粘附到所述基板上的從所述相敏區與所述第一與第二耦合器相向的位置，其中，將所述第一光纖套在所述第一與第二耦合器之間的所述第二光纖內。
13．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，用粘性凝膠將所述第一與第二光纖沿所述相敏區粘附到所述基板上的某一位置。
14．如權利要求6所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述相敏區內的至少一條光纖延伸超過所述基板的某一邊緣。
15．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一細長光纖呈現第一熱膨脹係數；所述第二細長光纖呈現第二熱膨脹係數，所述第一熱膨脹係數大於所述第二熱膨脹係數；其中，所述第一光纖套在所述第一與第二耦合器之間的所述第二光纖內。
16．如權利要求15所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，根據下述公式選擇所述第一與第二光纖及幹涉臂n1*dL1／dT+L1*dn1／dT=n2*dL2／dT+L2*dn2／dT其中d／dT表示對溫度的導數，n1表示所述第一幹涉臂的折射率，L1表示所述第一幹涉臂的長度，n2表示所述第二幹涉臂的折射率，而L2表示所述第二幹涉臂的長度。
17．如權利要求15所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，根據下式選擇所述第一與第二光纖及幹涉臂n1*a*(L1—L2)=L2*dn2／dT—L1*dn1／dT其中n1表示所述第一與第二光纖的折射率，a近似於所述光纖的熱膨脹係數，L1是所述第一幹涉臂的長度，L2是所述第二幹涉臂的長度，d／dT表示對溫度的導數，n1表示所述第一幹涉臂的折射率，而n2表示所述第二幹涉臂的折射率。
18．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二耦合器是非對稱的。
19．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二耦合器是對稱的。
20．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於還包括第三光纖，其中，在所述第一、第二和第三光纖中至少有一條是光敏的。
21．如權利要求20所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一、第二和第三光纖中至少有一條是對光不敏感的。
22．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一耦合器呈現約為0．5的分功比。
23．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一耦合器呈現高達0．4的分功比。
24．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二耦合器呈現不等的分功比。
25．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，所述第一與第二幹涉臂是不平衡的。
26．如權利要求1所述的光纖Mach—Zehnder幹涉儀，其特徵在於，還包括鄰近每個所述第一與第二耦合器的光纖Bragg光柵。
全文摘要
一種光纖Mach－Zehnder幹涉儀,包括具有纖心與包層的第一與第二細長光纖及第一與第二耦合器,其中,第一與第二光纖的包層相耦合。第一光纖包括第一細長幹涉臂,第一光纖在第一和第二耦合器間延伸。第一幹涉臂包括做在其中的小型彎曲。第二光纖包括在第一和第二耦合器間延伸的第二幹涉臂,還包括做在其中的小型彎曲。小型彎曲可封裝或不封裝。光纖可呈現不同的熱膨脹係數,以保持幹涉臂的光路長度差。
文檔編號G01J3/26GK1279395SQ00119339
公開日2001年1月10日 申請日期2000年6月23日 優先權日1999年6月23日
發明者T·R·伯頓, C·V·克裡安, S·達裡奧提斯, M·C·曼蒂, D·W·斯託 申請人:託馬斯及貝茨國際股份有限公司