CN203275707U - 光折变长周期波导光栅耦合器 - Google Patents
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Abstract
一种光折变长周期波导光栅耦合器，包括输入尾纤、第一输出尾纤和第二输出尾纤，所述光折变长周期波导光栅耦合器还包括两条完全相同的光折变长周期波导光栅，所述两条完全相同的光折变长周期波导光栅中的波导均为单模波导，分别为第一波导和第二波导,且第一波导和第二波导之间的距离为d，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤连接。本实用新型简化结构、制作方便、高度集成、材料重复利用率较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成光学领域与光通信无源器件领域，尤其涉及光折变长周期波导光栅耦合器。
背景技术
光耦合器是一种用于传送和分配光信号的光无源器件，是实现大容量、高速率光网络的关键节点器件，在波分复用系统中有着广泛的应用。集成化是光耦合器未来发展的必然趋势，因为基于集成器件的光耦合器具有体积小、易于大批量生产、分光比控制精确、易调谐等特点。
集成耦合器主要基于集成光栅。按照光栅的周期可分为布拉格光栅耦合器和长周期光栅耦合器。布拉格光栅耦合器具有较低的传输损耗，适合构成窄带滤波器，在高功率传输中有着广泛的应用。但布拉格光栅耦合器需要添加其他装置来解决后向散射的问题，且回波损耗较大。与布拉格光栅耦合器相比，长周期光栅耦合器不仅制作更加简单、隔离度高、而且具有无后向散射、无需加环行器等前置器件等优点，更适合未来全光网和光接入网发展的需要。
基于长周期光栅的耦合器根据材料的不同可以分为长周期光纤光栅耦合器和长周期波导光栅耦合器。但光纤型长周期耦合器在封装上要保持两光纤严格的平行是非常困难的，而这个问题可以通过波导很容易地解决。相对于光纤，波导几何形状的多样性和材料的可利用性，使得波导型耦合器在设计上具有更大的灵活性。此外，波导型耦合器不依赖于任何瞬逝场耦合，不仅能够有效的减小长周期带来的旁瓣效应，同时对两波导的中心分开距离有很好的容差性，从而使得整个器件的体积较小，结构更加紧凑。
目前已经通过在半导体材料、玻璃、光学晶体和聚合物等基底材料上制作波导和光栅来实现长周期波导光栅耦合器。基于半导体材料和光学晶体的长周期耦合器，两者的优点都是可实现高程度的集成，缺点是要制备出良好性能的器件非常困难。基于聚合物和玻璃材料的长周期光栅耦合器，可以通过激光直写、蚀刻和光刻等方法来制作长周期光栅，但玻璃和聚合物材料的环境稳定性差。
以上方法制作的光栅都不可擦除。为了使光栅可以擦除，研制出了热光长周期波导光栅耦合器，即利用热光效应来实现光栅的重复建立，但该方法需在波导上加装繁琐的加热电极等装置，使整个器件的结构变得十分复杂。
针对目前长周期波导光栅耦合器中，光栅制作困难、光栅不可擦除和基底材料重复利用率低等缺点，我们设计了一种光折变长周期波导光栅耦合器。利用铌酸锂晶体的光折变效应，采用双光束干涉形成的干涉条纹使晶体表面的折射率发生调制，形成光折变光栅，用均匀光强照射后光栅又可擦除，使光栅的使用变得十分灵活。既解决了长周期光纤光栅耦合器中光纤难以封装的问题，也避免了利用蚀刻等复杂方法制作光栅，使得制造技术简单，材料利用率高。
发明内容
针对目前长周期波导光栅耦合器中，光栅制作困难、光栅不可擦除和基底材料重复利用率低等缺点，本实用新型提供一种光栅制作简单、基底材料重复利用率高、装置简单、易于封装的光折变长周期波导光栅耦合器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光折变长周期波导光栅耦合器，包括输入尾纤、第一输出尾纤和第二输出尾纤，所述光折变长周期波导光栅耦合器还包括两条完全相同的光折变长周期波导光栅，所述两条完全相同的光折变长周期波导光栅中的波导均为单模波导，分别为第一波导和第二波导,且第一波导和第二波导之间的距离为d，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤连接。
进一步，所述光折变长周期波导光栅包括基底，所述基底为X或Y切Z传的LiNbO3晶体；所述基底上设置包层；所述包层中设置Z向布置的单模波导；所述单模波导上包括光折变光栅。
更进一步，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤粘合固定连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤粘合固定连接。
或者是，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤通过夹具固定连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤通过夹具固定连接。
本实用新型的技术构思为：用双光束干涉方法制作光折变长周期波导光栅耦合器，装置和工艺简单，而且利用光折变光栅在暗条件下可保持数年的特性，方便使用且性能可靠。另外，利用铌酸锂晶体中光折变光栅可以擦除和再建立的特点，通过改变记录角度，就可以得到新的光栅周期，达到对不同波长信号选择的目的，从而提高材料的重复利用率。
本实用新型的有益效果主要体现在：1、只需利用双光束干涉就可制作光折变长周期波导光栅，不需要在铌酸锂晶体上加装电极等复杂结构，也避免了利用刻蚀等复杂的集成光学工艺制作光栅，使得制造技术简单；2、微结构制备在同一基板上，便于集成；3、光折变光栅可以擦除和再建立，可以改变分插复用器选择的波长，从而提高材料的重复利用率。
附图说明
图1是本实用新型光折变长周期波导光栅耦合器的结构示意图。
图2是利用双光束干涉法制作本实用新型光折变长周期波导光栅耦合器示意图。
图3是本实用新型光折变长周期波导光栅耦合器应用装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步描述。
实施例1
参照图1～图3，一种光折变长周期波导光栅耦合器，包括输入尾纤105、第一输出尾纤107和第二输出尾纤106，所述光折变长周期波导光栅耦合器还包括两条完全相同的光折变长周期波导光栅。所述两条完全相同的光折变长周期波导光栅中的波导均为单模波导，分别为第一波导和第二波导,且第一波导和第二波导之间的距离为d，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤连接。
所述光折变长周期波导光栅包括基底102，所述基底102为X或Y切Z传的LiNbO3晶体，所述基底102上设置包层101，所述包层101上设置Z向布置的第一波导和第二波导。
所述第一波导的两个端面分别与所述输入尾纤105和第一输出尾纤107粘合固定连接，所述第二波导的右端与第二输出尾纤106粘合固定连接。
利用有效折射率法可确定第一波导、第二波导和包层101的几何尺寸、导模参数和有效折射率；利用长周期波导光栅的模式理论，确定消逝场耦合系数趋于0时的两波导间距d；根据耦合系数与耦合长度的公式，确定满足100%耦合时长周期光栅的最小长度Lmin。
根据第一波导、第二波导的有效折射率和包层101的有效折射率，利用长周期波导光栅的相位匹配条件，确定对应不同滤波波长时的光栅周期Λm。
参照图1和图3，耦合器的制作和应用包括以下步骤：
步骤1铌酸锂基底单模波导的制作
参照图1，本实用新型中使用的波导是以铌酸锂晶体102为基底，经过第一次扩钛形成包层101，然后根据两波导的间隔d，再经第二次扩钛分别形成第一波导和第二波导。
步骤2掩模版的制作
参照图2，根据两波导的间隔d，达到100%耦合所需的最小光栅长度Lmin，以及波导片的大小，制作出图2中所示结构的掩模版207。该掩模版207的主要功能是在特定位置形成光折变光栅。
步骤3光折变长周期波导光栅的制作
参照图2，首先将掩模版207完全对齐地覆盖在波导上，这样被掩模版207挡住的地方无法接触到光，没有遮挡的地方可以接收到光。然后利用记录光201，通过分束镜202反射到203上，又经203反射后形成一路干涉光205入射到掩模版207上。而通过分束镜202之后的另一束光经过反射镜204反射之后形成另一路干涉光206也入射到掩模版207表面。干涉光205和206中未被掩模版207遮挡的光在铌酸锂表面四个位置处同时形成干涉条纹，条纹间距为Λm，条纹总长度为Lmin，最后通过光折变效应同时形成光折变长周期波导光栅103和104。
步骤4光耦合器的制作和应用
参照图1，在制作成功的光折变长周期波导光栅的第一波导两端面分别加上输入尾纤105和第一输出尾纤107，第二波导的右端加上第二输出尾纤106，这样就制成了所述的光折变长周期波导光栅耦合器。尾纤105、106和107是直接对准并粘合固定在波导上的。
参照图3，波分复用信号光301输入到输入尾纤105中，使信号光耦合进第一波导，光通过第一波导后，满足谐振条件的波长λ1在长周期光栅103的作用下耦合到整个波导的包层中，然后在长周期光栅104的作用下，耦合到第二波导中，从第二波导输出，并以相同的方法耦合到第二输出尾纤106当中，从而可以在第二输出尾纤106端口处接收到输出光信号波长λ1；另一路波长λ2直接从第一波导输出，并耦合进第一输出尾纤107中。即该器件可实现对特定波长光信号的耦合输出。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：在制作成功的光折变长周期波导光栅的第一波导两端面分别加上输入尾纤105和第一输出尾纤107，第二波导的右端加上第二输出尾纤106，这样就制成了光折变长周期波导光栅耦合器。尾纤105、106和107是通过夹具固定后、直接对准紧贴在波导端面上。本实施例的其他结构和实现方式与实施例1完全相同。
Claims (4)
1.一种光折变长周期波导光栅耦合器，包括输入尾纤、第一输出尾纤和第二输出尾纤，其特征在于：所述光折变长周期波导光栅耦合器还包括两条完全相同的光折变长周期波导光栅，所述两条完全相同的光折变长周期波导光栅中的波导均为单模波导，分别为第一波导和第二波导,且第一波导和第二波导之间的距离为d，所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤连接。
2.如权利要求1所述的光折变长周期波导光栅耦合器，其特征在于：所述光折变长周期波导光栅包括基底，所述基底为X或Y切Z传的LiNbO3晶体；所述基底上设置包层；所述包层中设置Z向布置的单模波导；所述单模波导上包括光折变光栅。
3.如权利要求1或2所述的光折变长周期波导光栅耦合器，其特征在于：所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤粘合固定连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤粘合固定连接。
4.如权利要求1或2所述的光折变长周期波导光栅耦合器，其特征在于：所述第一波导的两端分别与所述的输入和第一输出尾纤通过夹具固定连接，所述第二波导的右端与所述的第二输出尾纤通过夹具固定连接。
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