CN111251096A - 在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法 - Google Patents

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王鹏飞
王若凝
田可
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Suzhou Kaiwen Baoni Optoelectronics Technology Co ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/10Single-purpose machines or devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means

Abstract

本发明公开了在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法,包括步骤一、对要加工的光纤进行简要处理;步骤二、抛磨设备的滚轮上安装砂纸;步骤三、设置抛磨设备的抛磨深度与抛磨长度,设置合适的滚轮转速;将光纤固定在光纤夹具上;步骤四、通过CCD实时监测抛磨深度,进行两面抛磨;步骤五、将样品平展地固定在载玻片上。本发明中使用的多模光纤纤芯直径为105μm,包层直径为125μm。本发明所使用的非对称结构构造方法,使用的材料造价不昂贵,加工程序易于掌握,重复性好,可用于量化生产。此外,由于此种方式破坏了光纤原本的圆对称结构,使得此种结构具有一定的偏振依赖性,故其具有潜在的用做偏振控制器件的价值。

Description

在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法
技术领域
本发明涉及一种在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法。
背景技术
目前已有许许多多控制偏振状态的方式,如果从是否利用了特殊材料这个方向来分类,则有两种类型。一种是在波导上覆盖会对偏振态敏感的材料,现有的使用的比较多的材料主要有石墨烯、金属、液晶等。
在2015年,吴强教授及其团队提出了一种放置在银基底上的微米光纤结构。通过仿真结果研究人员发现,当微米光纤中的等离子模式被激发出来时TM模式会表现出比TE模式更大的损耗。实验结果表明TE模式与TM模式之间的消光比可达20 dB,由此,成功通过波导与金属的结合,实现了一种仅TE模式通过的偏振器。同年,Mahros提出了一种以玻璃作为基底,与银等离子光栅结合的TM模式通过TE模式截止的结构。在他们设计的结构中,栅格的边壁呈现出指数拉锥的形状,可以呈现出凹陷,凸起或是直线型。通过仿真分析的方式,研究人员发现,栅格边壁呈现出凸起形状时,该结构可以得到更高的消光比和更小的插入损耗。除此以外,当在空气/银界面的栅格开口宽度比其在银/玻璃界面更大时,TM模式会呈现出更好的透过性。
除了金属以外二维材料石墨烯也被广泛地用于偏振态控制。传统的偏振器可以分为三种主要的操作模式:基于各向异性吸收介质的片状偏振器,基于折射的棱镜偏振器以及基于反射的布鲁斯特角偏振器。然而,以上偏振器的缺点就是这些偏振组件不易于结合到光学光路中。而基于倏逝场与双折射晶体或金属之间的偏振选择性耦合的同轴光纤偏振器由于其可与大多数光纤光纤系统兼容,无疑呈现出更广阔的应用前景。在2011年,研究人员在侧抛的光纤上涂覆超薄的二维碳材料石墨烯薄膜来构造偏振器。该偏振器TE模式与TM模式之间的消光比可达27 dB,由此,成功地构造出了TE模式通过,TM模式截止的石墨烯偏振器。除了以上构造TE模式与TM模式传输损耗的差异,后续有研究人员理论上提出一种以石墨烯的特性为基础,令两种模式呈现出不同频率的偏振器。结构的基底为金属薄膜,上面覆盖一层介电薄膜,最上层是两个正交的条状石墨烯阵列。这种结构可以通过控制金属膜和石墨烯之间施加的电压来控制偏振的方向。
对于石墨烯与金属来说,它们可用于偏振器是由于它们可与其他波导结合激励出等离子激元。而液晶不同于石墨烯和金属,液晶可应用在偏振器里是由于在改变外接电压的情况下,液晶分子会重新排布方向,由此可以调节液晶的偏振依赖性折射率。
利用材料实现偏振控制的优点是便于操作,一般来说进行简单涂覆即可,而缺点在于这种特殊材料的价格通常情况下都很昂贵。
而另一种实现偏振控制的方式就是直接构造出非对称性结构使偏振态在波导中传播时呈现出不同。在结构上构造出一定特性的直接加工的方式比涂覆材料的方式造价相对较低。在现有的可查文献中,研究人员已经向光子晶体光纤、片上硅基系统、双波导耦合中引入了非对称结构用于偏振态的控制。对于光子晶体光纤来说,非对称结构主要是通过改变光纤中的光子带隙来实现的。通过精密的设计,可以使光子晶体光纤对一种偏振态呈现出截止状态,而允许另一种偏振态的通过。而对于片上硅基系统来说,实现非对称结构主要是通过光栅的引入。
通过以上描述可以发现,实现偏振状态控制的方式其实均有一定的缺点存在。对于涂覆材料这种方式,所使用的材料一般来说造价均比较昂贵,这样构造出来的偏振器件很难产品化商业化。而对于直接加工的方式,加工手法又相对复杂。比如对光子晶体光纤来说,要摸索出满足要求的合适的光纤参数,而光纤的材料选择,拉制参数等都需要大量尝试与十分专业的操作。而片上硅基系统一般来说要在很小地硅片上构造,且一般来说需要至少三种不同的材料,从操作上来说也需要比较强的专业性。而本发明提出的加工方式,仅需普通的多模光纤,仅需少量设备与十分简要的步骤即可实现非对称结构,并且该种结构呈现出偏振依赖性,其具有潜在的控制偏振状态的潜能。
发明内容
本发明的目的是使用少量设备,简单材料,便捷加工方式获得非对称的光纤波导结构。
本发明中使用的多模光纤纤芯直径为105μm ,包层直径为125μm 。
样品的制备包括以下步骤:
①对要加工的光纤进行简要处理。首先剥去待加工光纤的涂覆层,然后用无尘纸蘸取少量酒精擦拭掉光纤表面残留的涂覆层碎屑;
②在抛磨设备的滚轮上根据实际需求安装适宜粗糙度的砂纸,应确保滚轮上的砂纸完全展开没有褶皱,以免造成样品抛磨平面的不平整;
③根据实际需求设置抛磨设备的抛磨深度与抛磨长度。根据实际的对抛磨平面的光滑程度要求设置合适的滚轮转速。将光纤固定在光纤夹具上,光纤应尽量处于绷直状态。由于设备会自动探测到两光纤夹具的中点并从中点进行左右两侧加工,因此如需对光纤特定位置进行加工,则应确保待加工部分的中点与两光纤夹具中点重合;
④加工过程中通过CCD实时监测抛磨深度,注意在观察时要擦拭掉抛磨过程中残留在样品上的碎屑以免影响实时影像。一面抛磨完毕后,根据加工需要旋转光纤,重复前面三个步骤完成另一平面的加工;
⑤经过以上步骤即可获得光纤非对称结构,注意需将样品平展地固定在载玻片上避免弯折。
本发明的优点和有益效果在于:
本发明所使用的非对称结构构造方法,使用的材料造价不昂贵,加工程序易于掌握,重复性好,附图一为非对称光纤结构加工完成后的截面图。此外,由于此种方式破坏了光纤原本的圆对称结构,使得此种结构具有一定的偏振依赖性,故其具有潜在的用做偏振分束器的价值。
附图说明
图1为本发明实施例1的实物图(两抛磨平面呈现出锐角)。
图2为本发明实施例1在两种不同模式下的传输光谱对比图(两种模式之间的消光比可达13 dB)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步声明,但不应以此限制本发明的保护范围。
表1 本发明的3个实施例的加工参数以及测试结果。
样品编号 实施例1 实施例2 实施例3
抛磨深度(μm) 20 20 20
抛磨角度(°) 85 65 45
消光比(dB) 13 7.5 4
三个实施例均采用相同的加工方式,其具体制备过程如下:
①对要加工的光纤进行简要处理。首先剥去待加工光纤的涂覆层,然后用无尘纸蘸取少量酒精擦拭掉光纤表面残留的涂覆层碎屑;
②在抛磨设备的滚轮上根据实际需求安装适宜粗糙度的砂纸,应确保滚轮上的砂纸完全展开没有褶皱,以免造成样品抛磨平面的不平整;
③根据实际需求设置抛磨设备的抛磨深度与抛磨长度。根据实际的对抛磨平面的光滑程度要求设置合适的滚轮转速。将光纤固定在光纤夹具上,光纤应尽量处于绷直状态。由于设备会自动探测到两光纤夹具的中点并从中点进行左右两侧加工,因此如需对光纤特定位置进行加工,则应确保待加工部分的中点与两光纤夹具中点重合;
④加工过程中通过CCD实时监测抛磨深度,注意在观察时要擦拭掉抛磨过程中残留在样品上的碎屑以免影响实时影像。一面抛磨完毕后,根据加工需要旋转光纤,重复前面三个步骤完成另一平面的加工;
⑤经过以上步骤即可获得光纤非对称结构,注意需将样品平展地固定在载玻片上避免弯折。
将制备好的样品以平展的状态固定于载玻片上,样品一端与光谱仪连接,另一端与偏振片(用于调节偏振态)和超连续光源串联,观察样品在不同偏振模式下的传输光谱的消光比。从表一中列举的实施例参数以及最终的测量结果可以发现,随着两抛磨面之间角度的减小,消光比也随之减小。由此说明,该结构可以通过抛磨角度的调整来调节偏振依赖性。除此之外,从实施例1的加工参数以及测量数据可以看出,该结构具有潜在的作为偏振器和偏振分束器的价值。

Claims (2)

1.在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、对要加工的光纤进行简要处理,首先剥去待加工光纤的涂覆层,然后用无尘纸蘸取少量酒精擦拭掉光纤表面残留的涂覆层碎屑;
步骤二、在抛磨设备的滚轮上根据实际需求安装适宜粗糙度的砂纸,应确保滚轮上的砂纸完全展开没有褶皱,以免造成样品抛磨平面的不平整;
步骤三、根据实际需求设置抛磨设备的抛磨深度与抛磨长度,根据实际的对抛磨平面的光滑程度要求设置合适的滚轮转速;将光纤固定在光纤夹具上,光纤应尽量处于绷直状态;由于设备会自动探测到两光纤夹具的中点并从中点进行左右两侧加工,因此如需对光纤特定位置进行加工,则应确保待加工部分的中点与两光纤夹具中点重合;
步骤四、加工过程中通过CCD实时监测抛磨深度,注意在观察时要擦拭掉抛磨过程中残留在样品上的碎屑以免影响实时影像;一面抛磨完毕后,根据加工需要旋转光纤,重复前面三个步骤完成另一平面的加工;
步骤五、经过以上步骤即可获得光纤非对称结构,注意需将样品平展地固定在载玻片上避免弯折。
2.根据权利要求1所述的在光纤上进行加工以获得非对称波导结构的加工方法,其特征在于,该结构具有偏振依赖性。
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