CN103033882B - 一种双芯光纤微环谐振器的制作方法 - Google Patents

一种双芯光纤微环谐振器的制作方法 Download PDF

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一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，涉及光纤通信、光纤传感、光学信号处理、微波光子、光滤波器、光开关技术。其制作方法是使用微加工激光器（5）对包含了第一纤芯（11）和第二纤芯（12）的双芯光纤的内包层（21）进行切割，切割成所需要形状的微腔（3）。在微腔（3）周围的内包层（21）以及第一纤芯（11）和第二纤芯（12）构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯（11）为微环谐振器的上通道，第二纤芯（12）为微环谐振器的下通道。本发明全部采用标准光通信器材，具有结构简单、性价比高、性能稳定、与现有光通信系统兼容性好等优点。

Description

一种双芯光纤微环谐振器的制作方法
技术领域
本发明是一种全光纤微环谐振器的制作方法，涉及光纤通信、光纤传感、光学信号处理、微波光子、光滤波器、光开关技术，具体地讲就是一种双芯光纤微环谐振器的制作方法。
背景技术
随着人类进入高度信息化的社会，光纤通信技术为大容量的信息传输提供了坚实的基础。在光纤通信系统当中，除了光源、光纤、光探测器、光放大器等关键核心器件之外，还要有光滤波器、光开关、光波分复用器、光分插复用器等器件。当今光纤通信系统发展的一个方向就是光器件的微型化、集成化和规模化。基于这一需求，微环谐振器一经提出，立刻引起了广大研究学者的极大兴趣。
微环谐振器在1969年作为滤波器件被提出，就受到了很大的关注。微环谐振器，可以作为一种通用设备用于实现通信与信号处理中的所有一般功能，比如滤波、复用/解复用、调制、开关、延时、门电路、路由、传感和放大等。小尺寸的微环有优异的特性：宽带宽、高精细度。这些特性非常有利于光纤通信系统中的应用。高的精细度意味着环中高的存储能量，而且可以通过进一步减小模场面积再次提高，并且不牺牲带宽。
制作微环谐振器可以采用不同的材料，如氧化物、半导体材料、III-V族材料、高分子材料、等离子体材料等。其中，由于半导体材料加工工艺成熟，因此，基于半导体材料的微环谐振器得到了广泛的应用。微环谐振器一般采用平面工艺制作。半导体环形波导的制作工艺一般采用化学汽相沉积法、火焰沉积法、离子交换法、分子束外延生长法等；光路微加工制作工艺一般采用光刻、电子束曝光、全息曝光、同步辐射、化学刻蚀、等离子刻蚀等。目前，采用平面工艺法已经可以制作出小于50微米的微环，在一定程度上提高了器件的集成度。但是，这种基于平面工艺制作的微环谐振器工艺方法操作复杂、成本较高、也不能灵活改变微环的大小。另外基于半导体材料的微环谐振器具有较高的损耗。此外，这种微环谐振器应用于光通信系统时，会存在和光纤的耦合困难、以及耦合效率低的问题，导致与现有光通信系统匹配性比较低。因此全光微环谐振器的设计与制作就显得非常重要。
到目前为止，人们提出了一些全光微环谐振器的制作方案。2007年，董小伟等人在《光学学报》发表文章《全光纤型微环谐振器的研制》，提出使用微细光纤来制作微环谐振器。首先使用普通单模光纤进行拉锥形成微细光纤，然后再把微细光纤缠绕成微环谐振器。但这种方法制作的微环谐振器一方面尺寸较大（微环半径500微米），不利于集成；另一方面，制作工艺粗糙，在制作工程中不能精细控制。中国发明专利《一种灵活的全光纤谐振器的制作方法》（申请号：201010559180.9）利用激光器照射的方法，通过改变双芯光纤两个纤芯之间包层的折射率，来制作微环谐振器。这种方案制作的微环谐振器，其内部光波导是直角，因此光很难通过这些直角光波导，造成损耗很大。此外，当激光器对光纤光纤照射时，很难精确控制照射时间，使得照射位置的折射率和纤芯的折射率变得完全相同。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种双芯光纤微环谐振器的制作方法。使用微加工激光器在双芯光纤之间的包层上切割出不同形状，形成不同形状的微腔，该微腔和两个纤芯构成微环谐振器。
本发明的技术方案：
一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，该制作方法包括以下几个步骤：
步骤一：取一根长度为1毫米以上的双芯光纤，第一纤芯和第二纤芯之间的距离为10微米到100微米之间；
步骤二：配置一台微加工激光器，用来对双芯光纤的内包层切割；
步骤三：在双芯光纤上任意找一点为切割开始位置，根据所要求切割形状的尺寸大小，在双芯光纤上确定切割结束位置；
步骤四：使用微加工激光器在内包层切割出所需要形状的微腔。在微腔周围的内包层以及第一纤芯和第二纤芯构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯为微环谐振器的上通道，第二纤芯为微环谐振器的下通道。
本发明的有益效果具体如下：
本发明提出的一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，采用微加工激光器切割的方法，可以精确控制切割的形状和尺寸大小，可以灵活制作不同微腔形状的微环谐振器。由于采用双芯光纤，因此制作的微环谐振器具有与现有光纤通信系统兼容性好的特点。本发明仅使用一段双芯光纤就可以制作微环谐振器，使用的是标准商用光通信器材，具有价格便宜、结构简单、性价比高、熔接方便的优点。
附图说明
图1 一种双芯光纤微环谐振器的制作方法示意图；
图2 图1的A-A横截面图；
图3 圆形微腔双芯光纤微环谐振器的制作方法示意图；
图4 跑道形微腔双芯光纤微环谐振器的制作方法示意图；
图5 矩形微腔双芯光纤微环谐振器的制作方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至5，对一种双芯光纤微环谐振器的制作方法作进一步描述。
实施例一
一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，如图3，该制作方法包括以下几个步骤：
步骤一：取一根长度为1毫米的双芯光纤，第一纤芯11和第二纤芯12轴线之间的距离为10微米，第一纤芯11和第二纤芯12的半径均为4微米，第一纤芯11和第二纤芯12的折射率均为1.44902，内包层21和外包层22的折射率均为1.44402，并且第一纤芯11和第二纤芯12在双芯光纤轴线两侧对称分布；
步骤二：配置一台微加工激光器5，用来对双芯光纤的内包层21切割，本实例采用准分子激光器；
步骤三：在双芯光纤上任意找一点为切割开始位置41，在距离切割开始位置41有8微米处为切割结束位置42；
步骤四：使用微加工激光器5在内包层21开始切割，切割出来的微腔3形状为圆形，圆心位于双芯光纤轴线上，半径为4微米。在微腔3周围的内包层21以及第一纤芯11和第二纤芯12构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯11为微环谐振器的上通道，第二纤芯12为微环谐振器的下通道。
实施例二
一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，如图4，该制作方法包括以下几个步骤：
步骤一：取一根长度为5毫米的双芯光纤，第一纤芯11和第二纤芯12轴线之间的距离为10微米，第一纤芯11和第二纤芯12的半径均为4微米，第一纤芯11和第二纤芯12的折射率均为1.44902，内包层21和外包层22的折射率均为1.44402，并且第一纤芯11和第二纤芯12在双芯光纤轴线两侧对称分布；
步骤二：配置一台微加工激光器5，用来对双芯光纤的内包层21切割，本实例采用准分子激光器；
步骤三：在双芯光纤上任意找一点为切割开始位置41，在距离切割开始位置41有2000微米处为切割结束位置42；
步骤四：使用微加工激光器5在内包层21开始切割，切割出来的微腔3形状为矩形，该矩形以双芯光纤轴线为对称轴，宽为8微米，长为2000微米。在微腔3周围的内包层21以及第一纤芯11和第二纤芯12构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯11为微环谐振器的上通道，第二纤芯12为微环谐振器的下通道。
实施例三
一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，如图5，该制作方法包括以下几个步骤：
步骤一：取一根长度为10毫米的双芯光纤，第一纤芯11和第二纤芯12轴线之间的距离为10微米，第一纤芯11和第二纤芯12的半径均为4微米，第一纤芯11和第二纤芯12的折射率均为1.44902，内包层21和外包层22的折射率均为1.44402，并且第一纤芯11和第二纤芯12在双芯光纤轴线两侧对称分布；
步骤二：配置一台微加工激光器5，用来对双芯光纤的内包层21切割，本实例采用准分子激光器；
步骤三：在双芯光纤上任意找一点为切割开始位置41，在距离切割开始位置41有5000微米处为切割结束位置42；
步骤四：使用微加工激光器5在内包层21开始切割，切割出来的微腔3形状为跑道形，该跑道形以双芯光纤轴线为对称轴，跑道形两端为半径为4微米的半圆，中间部分为宽8微米、长4992微米的矩形。在微腔3周围的内包层21以及第一纤芯11和第二纤芯12构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯11为微环谐振器的上通道，第二纤芯12为微环谐振器的下通道。

Claims (4)

1.一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，其特征在于，该制作方法包括如下步骤：
步骤一：取一根长度为1毫米以上的双芯光纤，第一纤芯(11)和第二纤芯(12)之间的距离为10微米；
步骤二：配置一台微加工激光器(5)，用来对双芯光纤的内包层(21)切割；
步骤三：在双芯光纤上任意找一点为切割开始位置(41)，根据所要求切割形状的尺寸大小，在双芯光纤上确定切割结束位置(42)；
步骤四：使用微加工激光器在内包层(21)切割出所需要形状的微腔(3)；在微腔(3)周围的内包层(21)以及第一纤芯(11)和第二纤芯(12)构成环形波导，形成了一种微环谐振器，第一纤芯(11)为微环谐振器的上通道，第二纤芯(12)为微环谐振器的下通道；
微腔(3)的横截面形状可以为圆形，其半径为4微米；或微腔(3)的横截面形状可以为矩形，其宽度为8微米；或微腔(3)的横截面形状可以为跑道型，其矩形部分的宽度为8微米，半圆部分的半径为4微米。
2.根据权利1所述的一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，其特征在于：步骤一中的双芯光纤的第一纤芯(11)和第二纤芯(12)可以关于双芯光纤轴线对称，也可以关于双芯轴线不对称。
3.根据权利1所述的一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，其特征在于：步骤一中的双芯光纤的第一纤芯(11)和第二纤芯(12)的纤芯半径和折射率可以相同也可以不相同。
4.根据权利1所述的一种双芯光纤微环谐振器的制作方法，其特征在于：步骤二中的微加工激光器(5)包括准分子激光器、二氧化碳激光器、光纤激光器。
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