CN110954992A - 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法 - Google Patents

基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110954992A
CN110954992A CN201911286504.3A CN201911286504A CN110954992A CN 110954992 A CN110954992 A CN 110954992A CN 201911286504 A CN201911286504 A CN 201911286504A CN 110954992 A CN110954992 A CN 110954992A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
microsphere
optical waveguide
resonant cavity
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911286504.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110954992B (zh
Inventor
尹金德
闫培光
周泽文
陈浩
于洋
阮双琛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201911286504.3A priority Critical patent/CN110954992B/zh
Publication of CN110954992A publication Critical patent/CN110954992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110954992B publication Critical patent/CN110954992B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法，由中空微结构光纤和全光纤微球谐振腔分组成；所述中空微结构光纤由光纤包层(1)、高掺锗光波导阵列以及用于支撑高掺锗光波导阵列的光波导支撑微管阵列构成，所述光波导支撑微管阵列将掺锗光波导阵列与光纤包层(1)隔离开，所述微球(4)填充在中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；入射光沿高掺锗光波导阵列传播到与微球(4)的相切点处，耦合到微球(4)的光在与高掺锗光波导阵列相切的微球赤道面(7)内产生光学振荡，构成多通道空分复用的全光纤微球谐振腔。本发明实现了全光纤结构，解决了机械稳定性和高功率宽光谱光耦合的难题。

Description

基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法
技术领域
本发明涉及光学微谐振腔领域，特别是涉及一种多通道空分复用的全光纤微球谐振腔及其制作方法。
背景技术
随着微纳技术的不断发展，新型光学微谐振腔不断取得新的突破，并广泛应用于微纳激光、光传感器、光调制器、光存储器等领域。目前，常见的光学微谐振腔主要包括微球谐振腔、微盘谐振腔、硅基光波导谐振腔三种。
微球谐振腔具有易于制备的优点，但是需要采用微纳光纤作为入射光波导将光耦合到微球谐振腔中，而微纳光纤与微球谐振腔之间的机械稳定性是该类型结构面临的巨大挑战。(B.Sprenger,H.G.L.Schwefel,and L.J.Wang,Whispering-gallery-mode-resonator-stabilized narrow-linewidth fiber loop laser,Opt.Lett.34,3370(2009).)。微盘谐振腔相比于微球谐振腔具有更高的模式体积，因此可以产生更高效率的谐振光波模场。但是，通常采用微纳光纤作为入射光耦合的器件，同样面临着光耦合机械稳定性的难题。(D.Chen,A.Kovach,X.Shen,S.Poust,and A.M.Armani,On-Chip Ultra-High-Q Silicon Oxynitride Optical Resonators,ACS photonics 4,2376(2017).)。硅基光波导谐振腔采用硅基刻蚀技术将入射光波导与微谐振腔制作在硅基表面，具有很高的集成度和机械稳定性，但是，高功率宽光谱入射光耦合是硅基光波导所面临的技术难题。(Y.Liu,Y.Xuan,X.Xue,P.H.Wang,S.Chen,A.J.Metcalf,J.Wang,D.E.Leaird,M.Qi,andA.M.Weiner,Investigation of mode coupling in normal-dispersion siliconnitride microresonators for Kerr frequency comb generation,Optica 1,137(2014).)。
此外，上述光学微谐振腔均只能实现单通道谐振光输出。随着微纳光学技术的进步，如何提高光学微谐振腔复用能力，提高谐振光输出通道已成为该领域一个新的挑战。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出了一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法，采用中空微结构光纤与微球谐振腔相结合形成全光纤微球谐振腔结构，解决了机械稳定性和高功率宽光谱光耦合的难题；同时，利用不同角度上微球赤道面内光学振荡互不相扰的特性，在微球表面产生光学谐振腔的空分复用作用，实现多通道光输出的目标。
本发明提出了一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔，该微谐振腔由中空微结构光纤和全光纤微球谐振腔两部分组成；其中：所述中空微结构光纤由光纤包层1、高掺锗光波导阵列以及用于支撑高掺锗光波导阵列的光波导支撑微管阵列构成，所述光波导支撑微管阵列将掺锗光波导阵列与光纤包层1隔离开，所述微球4填充在中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；入射光沿高掺锗光波导阵列传播到与微球4的相切点处，耦合到微球4的光在与高掺锗光波导阵列相切的微球赤道面7内产生光学振荡，构成全光纤微球谐振腔。
所述微球4从二氧化硅微球、有机高分子微球、硅酸盐玻璃微球、高折射率陶瓷微球或低折射率氟化镁微球中择一设置。
所述中空微结构光纤包含奇数组光传输通道，每一组光传输通道等角度间隔地分布在光纤包层1内壁，每一组所述光传输通道由高掺锗光波导和光波导支撑微管构成。
各个传输通道对应的微球赤道面上产生互不干扰的光学振荡。
本发明的一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔制作方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、中空微结构光纤制备：将光纤包层、光波导支撑微和高掺锗光波导预制棒有序排列，采用光纤拉制系统拉制出中空微结构光纤；
步骤2、全光纤微球谐振腔制备：将微球4分散到高挥发性有机溶剂中，通过的毛细现象将微球填充至中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；有机溶剂挥发祛除后，微球保留在中空微结构光纤内部，构成多通道空分复用全光纤微球谐振腔结构。
相比于传统的光学微谐振腔，本发明的技术方案具有以下的积极效果：
1、本发明在同一微球谐振腔中实现多通道谐振光的输出；
2、将中空微结构光纤与微球谐振腔相结合，实现全光纤结构，解决了机械稳定性和高功率宽光谱光耦合的难题。
附图说明
图1是本发明的3通道空分复用全光纤微球谐振腔三维结构示意图；
图2是本发明的3通道空分复用全光纤微球谐振腔端面结构示意图；
图3是本发明微球谐振腔工作原理示意图，其中(3a)为端面俯视方向局部图；(3b)为侧面俯视方向局部图；
图4是本发明的5通道空分复用全光纤微球谐振腔端面结构示意图；
图5是本发明的7通道空分复用全光纤微球谐振腔端面结构示意图；
图6是本发明中3通道空分复用全光纤微球谐振腔光谱探测实验装置图；
图7是本发明中光传输通道一微球谐振腔输出光谱曲线示意图；
图8是本发明中光传输通道二微球谐振腔输出光谱曲线示意图；
附图标记：1、光纤包层，21、第一光波导支撑微管，31、第一高掺锗光波导，22、第二光波导支撑微管，32、第二高掺锗光波导，23、第三光波导支撑微管，33、第三高掺锗光波导，4、微球，7、微球赤道面，8、入射光，9、出射光，10、光源，11、准直光束，12、聚焦透镜，13、出射光束，14、准直透镜，15、光谱分析仪。
具体实施方式
本发明提出的一种多通道空分复用的全光纤微球谐振腔结构，采用中空微结构光纤与微球谐振腔相结合，实现全光纤微球谐振腔结构；同时，在微球表面形成光学谐振腔的空分复用作用，实现多通道光输出的目标。
以下结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
如图1所示，为本发明的基于空分复用的多通道全光纤微球谐振结构示意图，该结构包括光纤包层1、光波导支撑微管、高掺锗光波导和微球4；高掺锗光波导由光波导支撑微管支撑，将光波导与光纤包层1隔离开，提高光波导的传输效率；三组光波导支撑微管阵列和高掺锗光波导阵列构成三个复用通道；微球4填充到中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导3阵列相切，构成全光纤微球谐振腔。
例如：第一高掺锗光波导31、第二高掺锗光波导支撑微管32和第三高掺锗光波导支撑微管33及用于支撑光波导的第一光波导支撑微管21、第二光波导支撑微管22和第三光波导支撑微管23分别构成三组光传输通道一、二、三。
如图2所示，三对光波导支撑微管21、22、23和高掺锗光波导31、32、33内切于光纤包层1，构成三路光波导传输通道；两两通道之间等角度间隔分布，均呈120°角。因此，在微球4面内，与各个高掺锗光波导相切的微球赤道面7之间亦呈120°角。因此，根据光的波动性可知，在各个不同角度上的微球赤道面7内激发的光学振荡之间不存在交叉干扰，各路光学振荡形成空分复用的效果。
如图3所示，是本发明微球谐振腔工作原理示意图，其中(3a)为端面俯视方向局部图；(3b)为侧面俯视方向局部图3a所示。对于每一个复用通道，高掺锗光波导与微球4内的一个微球赤道面7相切。当入射光8沿着高掺锗光波导入射到相切位置时，由于强烈的倏逝场作用，部分光耦合到微球4中，并沿着微球赤道面7形成光学振荡，同时，部分谐振光从入射光耦合位置再次耦合回到高掺锗光波导中，作为出射光9输出，如图3b所示。由于微球4填充到中空光纤内部，与高掺锗光波导相切，不存在任何的机械移动部件，因此该全光纤谐振腔具有很高的机械稳定性。此外，利用光纤熔接技术，可以实现高功率宽光谱光到高掺锗光波导的耦合。
如图4所示，是本发明的5通道空分复用全光纤微球谐振腔端面结构示意图。五路光波导传输通达与微球4构成五通道空分复用微球谐振腔结构。
图5所示，是本发明的7通道空分复用全光纤微球谐振腔端面结构示意图。该实施例是与图2、图4的3通道和5通道基于相同原理的七通道空分复用微球谐振腔结构。另一个重要的要求是空分复用的通道数需为奇数路，因为奇数路通道等角度间隔排列，任意两个通道之间的角度差不会等于180°。意味着各个通道光学振荡所在的微球赤道面7存在角度差，不会重合，从而避免了各路通道之间的信号串扰问题。
多通道空分复用光学谐振光谱的实验测试：
如图6所示，是本发明中3通道空分复用全光纤微球谐振腔光谱探测实验装置图。光源10发出的宽带准直光束11经过聚焦透镜12入射到三通道微球谐振腔中的其中一个高掺锗光波导，入射光在微球4表面形成光学振荡后，部分光重新耦合回高掺锗光波导，其出射光束13经过准直头经14后形成平行光束入射到光谱分析仪15。
如图7所示，图7是本发明中光传输通道一微球谐振腔输出光谱曲线示意图。为光谱分析仪15采集的谐振光谱，在1100nn到1600nm宽光谱范围内形成具有一定自由光谱范围的谐振光谱序列。
如图8所示，是本发明中光传输通道二微球谐振腔输出光谱曲线示意图。采用相同的方法，将入射光束聚焦到另一个通道内，采集谐振光谱，得到相类似的谐振光谱序列。
实验结果验证了表明本发明提出的多通道空分复用微球谐振腔结构的可行性。

Claims (5)

1.一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔，其特征在于，该微谐振腔由中空微结构光纤和全光纤微球谐振腔两部分组成；其中：所述中空微结构光纤由光纤包层(1)、高掺锗光波导阵列以及用于支撑高掺锗光波导阵列的光波导支撑微管阵列构成，所述光波导支撑微管阵列将掺锗光波导阵列与光纤包层(1)隔离开，所述微球(4)填充在中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；入射光沿高掺锗光波导阵列传播到与微球(4)的相切点处，耦合到微球(4)的光在与高掺锗光波导阵列相切的微球赤道面(7)内产生光学振荡，构成多通道空分复用的全光纤微球谐振腔。
2.如权利要求1所述的一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔，其特征在于，所述微球(4)从二氧化硅微球、有机高分子微球、硅酸盐玻璃微球、高折射率陶瓷微球或低折射率氟化镁微球中择一设置。
3.如权利要求1所述的一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔，其特征在于，所述中空微结构光纤包含奇数组光传输通道，每一组光传输通道等角度间隔地分布在光纤包层(1)内壁，每一组所述光传输通道由高掺锗光波导和光波导支撑微管构成。
4.如权利要求1所述的基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔，其特征在于，各个传输通道对应的微球赤道面上产生互不干扰的光学振荡。
5.一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、中空微结构光纤制备：将光纤包层、光波导支撑微和高掺锗光波导预制棒有序排列，采用光纤拉制系统拉制出中空微结构光纤；
步骤2、全光纤微球谐振腔制备：将微球(4)分散到高挥发性有机溶剂中，通过的毛细现象将微球填充至中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；有机溶剂挥发祛除后，微球保留在中空微结构光纤内部，构成多通道空分复用全光纤微球谐振腔结构。
CN201911286504.3A 2019-12-13 2019-12-13 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法 Active CN110954992B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911286504.3A CN110954992B (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911286504.3A CN110954992B (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110954992A true CN110954992A (zh) 2020-04-03
CN110954992B CN110954992B (zh) 2021-12-07

Family

ID=69981603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911286504.3A Active CN110954992B (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110954992B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102349013A (zh) * 2009-01-09 2012-02-08 惠普开发有限公司 用于点对点通信的光学引擎
US8437591B1 (en) * 2011-06-21 2013-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Reusable biochemical agent sensor and method using optical micro-resonator grid arrays
CN105044847A (zh) * 2015-05-20 2015-11-11 哈尔滨工程大学 基于液滴耦合的光纤分路器
CN105549156A (zh) * 2016-01-12 2016-05-04 哈尔滨工程大学 一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102349013A (zh) * 2009-01-09 2012-02-08 惠普开发有限公司 用于点对点通信的光学引擎
US8437591B1 (en) * 2011-06-21 2013-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Reusable biochemical agent sensor and method using optical micro-resonator grid arrays
CN105044847A (zh) * 2015-05-20 2015-11-11 哈尔滨工程大学 基于液滴耦合的光纤分路器
CN105549156A (zh) * 2016-01-12 2016-05-04 哈尔滨工程大学 一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110954992B (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marchetti et al. Coupling strategies for silicon photonics integrated chips
CN109683249B (zh) 含集成光子光模场转换器的光纤连接件、光纤线缆和方法
Kopp et al. Chiral fibers: microformed optical waveguides for polarization control, sensing, coupling, amplification, and switching
Spuhler et al. A very short planar silica spot-size converter using a nonperiodic segmented waveguide
US10484094B2 (en) Optical signal transmission system, a method for transmitting a plurality of optical signals, and a method for making a photonic device
CN110673264B (zh) 一种基于微结构光纤的轨道角动量模式复用解复用耦合器
CN104459881A (zh) 偏振不敏感的波分复用型硅基光接收芯片
Kopp et al. Two-dimensional, 37-channel, high-bandwidth, ultra-dense silicon photonics optical interface
CN102200613B (zh) 一种利用弯曲波导实现偏振分束器和慢光器件集成的实现方法
JP6130290B2 (ja) モード結合器
JP5880209B2 (ja) 光素子
JP2015114548A (ja) 光合分波器および光通信システム
Ismaeel et al. Removing the directional degeneracy of $ LP_ {11} $ mode in a fused-type mode selective coupler
CN114739376A (zh) 基于二氧化硅波导偏振分束器的空芯光子晶体光纤陀螺
CN114879305A (zh) 一种硅基分模器及其制备方法
CN113296188B (zh) 光子集成芯片上的轨道角动量滤波器实现方法
KR100916659B1 (ko) 광자쌍 생성장치
CN110954992B (zh) 基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法
US11747566B2 (en) Coupling multiple optical channels using a z-block
Chen et al. Low-loss, high-purity, and ultrabroadband all-fiber LP 41 mode converter employing a mode-selective photonic lantern
CN113970812A (zh) 一种少模光纤光栅选择性滤波器
CN112596166A (zh) 一种基于时间-模式交错复用的光学信号采样脉冲发生器
Guan et al. On-chip multi-dimensional multiplexing communication using tapered adiabatic micro-ring resonators
KR101481148B1 (ko) 어레이형 광도파로 콜리메이터
JP2011247913A (ja) 波長変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant