CN101694536A - 一种光子晶体光纤耦合器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的光子晶体光纤耦合器的制作方法，步骤包括：根据耦合器的耦合比确定引入光子晶体光纤缺陷的个数及位置，根据耦合器的大小确定所需光子晶体光纤硅管的长度和个数；制作单模光纤预制棒；将所有硅管堆积成六边形棱柱，其中在缺陷位置用单模光纤预制棒，单模光纤预制棒的前、后硅段伸出六边形棱柱，在单模光纤预制棒与相邻硅管的空隙处填充折射率匹配胶；然后在外表面涂覆光纤保护层；在六边形棱柱外加上套管，拉锥。本发明制作工艺简单，易于实现，根据引入缺陷的个数可以制作不同分束比和耦合比的耦合器，制得的光子晶体光纤耦合器性能稳定，适于小型化集成化，为实现全光子晶体光纤通信和传感奠定了基础。

Description

一种光子晶体光纤耦合器的制作方法

技术领域

本发明涉及光子晶体光纤耦合器的制作方法。

背景技术

光子晶体光纤(PCF，photonic crystal fiber)是一种基于光子晶体技术发展起来的新型光波导。它由单一介质构成(通常为熔融硅或聚合物)，包层由一些在横截面上周期性排列而在纵向保持不变的空气孔组成，又称微结构光纤或多孔光纤，根据导光机制的不同可分为：折射率导光型和带隙导光型。同时可以灵活设计光子晶体光纤的结构从而实现很多独特的性质。例如无尽单模传输特性，大的模场面积，高非线性，也可实现光在多芯间耦合传输，尤其是带隙导光型光子晶体光纤可以将光束缚在空气孔中传播，打破了现在光纤的损耗极限(吸收损耗)吸引了众多研究者。

光子晶体光纤独特的性能使其在光通信和传感等领域有很大的潜力，由于光子晶体光纤和普通光纤存在模场的失配且熔接损耗很大，为实现全光子晶体光纤传感或通信，基本的光子晶体光纤器件是必须研制的。耦合器是一种重要的光纤器件，可以实现光的分路和合路尤其在干涉型光纤传感中有很重要的作用，因此研究光子晶体光纤耦合器是光子晶体光纤应用于光通信和传感领域所必须的。

目前广泛采用的制作光子晶体光纤耦合器的方法有：

1、采用侧面抛光方法

这种方法与传统的光纤耦合器的制作方法相同，都是采用将光子晶体光纤粘结在支撑石英块上加工出弧形凹槽，整体打磨并侧面抛光，两个经过相同工序的石英块通过折射率匹配胶拼合在一起，实现耦合。这种方法对于光子晶体光纤而言由于空气孔的存在，折射率匹配胶会进入空气孔中带来不必要的损耗导致耦合失败。如果不使用折射率匹配胶，两个石英块中也会有空气缝的存在，且理论最高耦合比只能达到92.5％。[Vol.32 No.21 Optic letters.2007]

2、熔锥方法

这种方法对于锥形区的空气孔会由于高温引起坍塌，也不便于操作，且耦合比也不理想。[Optics letters vol.27，No.10 2002]

发明内容

本发明的目的是提供一种简单的且耦合性能稳定的光子晶体光纤耦合器的制作方法。

本发明的光子晶体光纤耦合器的制作方法，包括以下步骤：

1)根据耦合器的耦合比确定引入光子晶体光纤缺陷的个数及位置，根据耦合器的大小确定所需光子晶体光纤硅管的长度和个数；

2)制作单模光纤预制棒，单模光纤预制棒中间硅段的长度和直径与光子晶体光纤硅管的长度和直径相等，在中间硅段的两端分别焊接上由纤芯和包层形成的前硅段和后硅段，前硅段和后硅段长度相等；

3)将1)中所述数量的硅管堆积成六边形棱柱，其中在缺陷位置用单模光纤预制棒，单模光纤预制棒的前硅段和后硅段伸出六边形棱柱，在单模光纤预制棒与相邻硅管的空隙处填充折射率匹配胶；

4)在六边形棱柱以及单模光纤预制棒的前硅段和后硅段的外表面涂覆光纤保护层；

5)在六边形棱柱外加上套管，然后拉锥，得到光子晶体光纤耦合器。

为了保证光低损耗的传入耦合器，可采用单模光纤光纤预制棒的前硅段、后硅段的纤芯和中间硅段都为纯硅，包层的折射率低于纤芯折射率。

本发明公开的方法制作工艺简单易于实现，结合现有成熟的堆积、拉锥工艺，克服了已公开的制作光子晶体光纤耦合器方法中由于侧面打磨或者拉锥锥形区空气孔坍塌的影响，可方便地制作不同分束比和耦合比的耦合器，根据引入缺陷的个数可以实现n×m的耦合器。制得的光子晶体光纤耦合器，利用多芯光子晶体光纤稳定的芯间耦合特性，性能稳定；基于光子晶体光纤微米量级的结构参数，其耦合长度很小，可打破现有制作工艺的极限尺寸，适于小型化集成化，为实现全光子晶体光纤通信和传感奠定了基础。

附图说明

图1为单模光纤预制棒示意图，其中A为侧面图，B为截面图；

图2为硅管与单模光纤预制棒堆积后的横截面示意图；

图3为耦合器的示意图；

图4为制作的光子晶体光纤耦合器的耦合仿真图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步说明本发明。

以制作2×2的耦合器作为例子。

光子晶体光纤耦合器的制作方法，包括以下步骤：

1)根据耦合器的分束比2×2确定引入光子晶体光纤缺陷的个数及位置，根据耦合器的大小确定所需光子晶体光纤硅管的长度和个数；本例引入光子晶体光纤缺陷的个数为2，位置关于中心硅管对称，光子晶体光纤硅管长度为1.5mm×拉锥前后比，硅管个数堆积有六层。

2)制作单模光纤预制棒(如图1所示)，单模光纤预制棒中间硅段2的长度和直径与光子晶体光纤硅管的长度和直径相等，在中间硅段2的两端分别焊接上由纤芯4和包层5形成的前硅段1和后硅段3，前硅段和后硅段长度相等，包层5的折射率低于纤芯4折射率；

3)将1)中所述数量的硅管堆积成六边形棱柱(如图2所示)，其中在缺陷位置6，7用单模光纤预制棒，单模光纤预制棒的前硅段1和后硅段3伸出六边形棱柱，在单模光纤预制棒与相邻硅管的空隙处填充折射率匹配胶8，然后在外表面涂覆光纤保护层；在六边形棱柱外加上套管9，拉锥，得到如图3所示的光子晶体光纤耦合器。图中10，11分别为由两根单模光纤预制棒形成的耦合器的入射光纤和耦合光纤。

图4为制作的光子晶体光纤耦合器的耦合仿真图，由图可见，光从入射光纤入射，传输1.5mm的长度后，完全耦合进耦合光纤中，理论耦合比可达100％，并且耦合性能稳定。

Claims (2)

1.一种光子晶体光纤耦合器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据耦合器的耦合比确定引入光子晶体光纤缺陷的个数及位置，根据耦合器的大小确定所需光子晶体光纤硅管的长度和个数；

2)制作单模光纤预制棒，单模光纤预制棒中间硅段(2)的长度和直径与光子晶体光纤硅管的长度和直径相等，在中间硅段(2)的两端分别焊接上由纤芯(4)和包层(5)形成的前硅段(1)和后硅段(3)，前硅段(1)和后硅段(3)长度相等；

3)将1)中所述数量的硅管堆积成六边形棱柱，其中在缺陷位置用单模光纤预制棒，单模光纤预制棒的前硅段(1)和后硅段(3)伸出六边形棱柱，在单模光纤预制棒与相邻硅管的空隙处填充折射率匹配胶(8)；

4)在六边形棱柱以及单模光纤预制棒的前硅段(1)和后硅段(3)的外表面涂覆光纤保护层；

5)在六边形棱柱外加上套管(9)，然后拉锥，得到光子晶体光纤耦合器。

2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤耦合器的制作方法，其特征在于：前硅段(1)、后硅段(3)的纤芯(4)和中间硅段(2)都为纯硅，包层(5)的折射率低于纤芯折射率。

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