CN203981922U - 基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，包括：波导芯片，用于与波导芯片的输入端进行耦合的光纤跳线一，用于与波导芯片的输出端进行耦合的光纤跳线二；光纤跳线一和光纤跳线二分别与波导芯片通过玻璃套管连接，光纤跳线的纤芯嵌于玻璃套管的中心，在所述波导芯片输入和输出端靠近玻璃套管位置处的正上方分别粘接用于加固波导芯片的铌酸锂晶片一，在玻璃套管与铌酸锂晶片一的上表面粘接用于进一步加固玻璃套管与波导芯片连接的铌酸锂晶片二。本实用新型可以在大幅度提高耦合效率，减少耦合损耗的同时，将周期极化铌酸锂波导封装成紧凑型全光纤器件，利于该波导器件的产品化，便于波导产品在使用环境中的快速接入。
Description
技术领域
本实用新型涉及光波导器件领域，尤其是一种基于双端光纤耦合的逆向质子交换周期极化铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)波导器件。
背景技术
基于逆向质子交换的PPLN波导因其折射率变化适中、光斑模式可控以及易于实现长芯片的制成优势，造就其传输及耦合损耗低、转化效率高的性能特点。该类型PPLN波导可以为量子通信网络提供核心频率转换器件，如高探测效率低噪声近红外单光子探测器、星-地自由空间量子通信频率转换接口、高重复频率通信波段纠缠光源等。除此之外，PPLN波导可以为激光显示提供高品质灵巧型RGB光源，为全光光纤通信提供如光开关、光交换、光逻辑器件等诸多核心器件。由于PPLN波导芯片在经典和量子通信领域具有广泛的应用前景，将其产品化具有十分重要的意义。
目前，基于逆向质子交换的PPLN波导基本上用于科学研究领域。在应用平台上，波导输入端采用自由空间-波导耦合方式，输出端通过透镜准直的方式将输出光处理成目标光束。这种输入-输出方式需在光学实验平台上搭建输入和输出端光路，造成PPLN波导器件的使用架构体积大、器件多、成本高，而且光路调节较为困难，不利于其模块化、产品化。PPLN波导芯片需要在高效率的光纤耦合技术的配合下才能实现模块化，便于快速接入及系统维护。
传统的波导器件多采用自由空间-波导芯片-自由空间连接方式，具有以下缺点：
1.采用该连接方式，经过了波导芯片前端和后端光束调制，需要配套相关的自由空间光路调节设备，体积大、器件多、成本高。
2.采用该连接方式，波导芯片的前端和后端光路调节较为复杂，对使用者进行相关技术培训费时费力。
3.采用该连接方式，光路装置易受到外界环境影响，不利于系统维护。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，该波导器件用单模或保偏光纤与波导芯片入射端面、单模或多模光纤与波导芯片出射端面通过紫外胶固化的方式粘接，从而实现高效耦合的紧凑型全光纤PPLN波导器件，解决了周期极化铌酸锂波导信号输入输出问题，避免了传统的自由空间-波导芯片-自由空间连接方式的诸多劣势，便于波导产品在使用环境中的快速接入。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，包括：波导芯片，用于与波导芯片的输入端进行耦合的光纤跳线一，用于与波导芯片的输出端进行耦合的光纤跳线二；
所述光纤跳线一和光纤跳线二分别与波导芯片通过玻璃套管连接，光纤跳线的纤芯嵌于玻璃套管的中心，在所述波导芯片输入和输出端靠近玻璃套管位置处的正上方分别粘接用于加固波导芯片的铌酸锂晶片一，在玻璃套管与铌酸锂晶片一的上表面粘接用于进一步加固玻璃套管与波导芯片连接的铌酸锂晶片二；
所述光纤跳线一和光纤跳线二远离波导芯片的一端分别设置光纤输入和输出接口。
所述光纤跳线一为单模或保偏光纤跳线。
所述光纤跳线二为单模或多模光纤跳线。
所述玻璃套管为长方形或圆柱形，玻璃套管端面经0°角抛光并镀有减反膜。
所述铌酸锂晶片一与波导芯片的连接用紫外胶进行固定。
所述铌酸锂晶片二与玻璃套管和铌酸锂晶片一的连接用紫外胶进行固定。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用单模(保偏)光纤-波导芯片-单模(多模)连接方式，用户不需要搭建波导芯片前端和后端光路，而是直接将波导作为全光纤器件接入使用环境中；不要求用户具备相关的光路调节技术，利于PPLN波导的推广和大范围使用；便于波导产品更换使用平台，而且作为全光纤器件，技术参数稳定，系统维护简单便捷。
2、双端光纤耦合的方式可以将PPLN波导芯片封装成全光纤器件，利于波导芯片的模块化，便于波导器件与使用环境的快速连接，为PPLN波导的实用化奠定基础。
3、采用两片铌酸锂晶片，保证了玻璃套管与波导芯片间连接的牢固。在波导芯片输入和输出端的正上方粘接铌酸锂晶片一，增大了玻璃套管与波导芯片端面的接触面积；在玻璃套管与铌酸锂晶片一的上表面粘接铌酸锂晶片二，进一步加固了玻璃套管与波导芯片间的连接。
4、对于波导芯片出射端来说，如果对于输出模式没有要求，采用多模光纤耦合可以大幅度提高耦合效率，减少耦合损耗。
5、本实用新型提出用单模或保偏光纤与波导芯片入射端面、单模或多模光纤与波导芯片出射端面通过紫外胶固化的方式粘接。由于基于逆向质子交换的PPLN波导是偏振敏感型器件，使用保偏光纤可以减少入射端的偏振调节。
附图说明
图1为本实用新型基于双端光纤耦合的PPLN波导器件侧视图；
图2为本实用新型基于双端光纤耦合的PPLN波导器件俯视图；
图3为粘接铌酸锂晶片一后PPLN波导芯片俯视图；
图4为粘接铌酸锂晶片一后PPLN波导芯片侧视图。
其中，1、波导芯片，2、铌酸锂晶片一，3、紫外胶，4、铌酸锂晶片二，5、玻璃套管，6、光纤跳线一，7、光纤输入端接口，8、光纤跳线二，9、光纤输出端接口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
如图1-2所示，一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，包括：波导芯片1，用于与波导芯片1的输入端进行耦合的光纤跳线一6，光纤跳线一6为单模或保偏光纤，用于与波导芯片的输出端进行耦合的光纤跳线二8，光纤跳线二8为单模或多模光纤。
光纤跳线一6和光纤跳线二8分别与波导芯片1通过玻璃套管5连接，光纤跳线的纤芯嵌于玻璃套管5的中心，在波导芯片1输入和输出端靠近玻璃套管5位置处的正上方分别用紫外胶3粘接用于加固波导芯片1的铌酸锂晶片一2。粘接铌酸锂晶片一2用于增大玻璃套管5与波导芯片1端面的接触面积。为了保证铌酸锂晶片一2与波导芯片1端面充分对齐，粘接后需要对端面进行抛光。铌酸锂晶片一2的粘接示意图如图3-4所示。
在玻璃套管5与铌酸锂晶片一2的上表面粘接用于进一步加固玻璃套管5与波导芯片1连接的铌酸锂晶片二4。
所述光纤跳线一6和光纤跳线二8远离波导芯片1的一端分别设置光纤输入端接口7和光纤输出端接口9。接口的类型由系统决定。
玻璃套管5端面做0°角抛光后镀减反膜，减反膜参数根据通光波长以及经固化后紫外胶3的折射率确定。
具体实现方法如下：
1)设计波导芯片1输入端单模或保偏光纤6输入输出接口结构，光纤输入端接口7类型由系统决定。单模或保偏光纤6输出端与波导芯片1输入端接口为长方形或圆柱形玻璃套管5。玻璃套管5端面做0°角抛光后需要镀减反膜。减反膜参数需根据通光波长以及粘接所用紫外胶3固化后折射率来设计。
2)设计波导芯片1输出端单模或多模光纤8输入输出接口结构，光纤输出端接口9类型由系统决定。单模或多模光纤8输入端与波导芯片1输出端接口为长方形或圆柱形玻璃套管5。玻璃套管5端面做0°角抛光后需要镀减反膜。减反膜参数需根据通光波长以及粘接所用紫外胶3固化后折射率来设计。
3)在波导芯片1入射和出射端面的正上方用紫外胶3粘接与芯片等宽、长度1-5mm的铌酸锂晶片一2，粘接面为波导所在的一面。经紫外灯照射固化后，将两个端面做0°角抛光。端面抛光完成后需要镀减反膜，减反膜参数需根据通光波长以及粘接所用紫外胶3固化后折射率来设计。
4)将玻璃套管5中的光纤与芯片中的波导对准，通过六维调整架调节玻璃套管5与波导芯片1的相对位置和角度，将信号光透过率优化到最大后，在玻璃套管5与波导芯片1连接处滴上紫外胶3，滴胶后等待紫外胶3渗透到二者抛光面。再次优化光纤与波导的对准，完成二次优化后用紫外灯照射紫外胶3至完全固化。
5)为了进一步加固玻璃套管5与波导芯片1端面的接触，用一片长3-10mm，宽1-3mm的长方形铌酸锂晶片二4横跨玻璃套管5与铌酸锂晶片一2，同时粘接到玻璃套管5和铌酸锂晶片一2的上表面，如此可以起到进一步加固的作用。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，包括：波导芯片，用于与波导芯片的输入端进行耦合的光纤跳线一，用于与波导芯片的输出端进行耦合的光纤跳线二；
所述光纤跳线一和光纤跳线二分别与波导芯片通过玻璃套管连接，光纤跳线的纤芯嵌于玻璃套管的中心，在所述波导芯片输入和输出端靠近玻璃套管位置处的正上方分别粘接用于加固波导芯片的铌酸锂晶片一，在玻璃套管与铌酸锂晶片一的上表面粘接用于进一步加固玻璃套管与波导芯片连接的铌酸锂晶片二；
所述光纤跳线一和光纤跳线二远离波导芯片的一端分别设置光纤输入和输出接口。
2.如权利要求1所述的一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，所述光纤跳线一为单模或保偏光纤。
3.如权利要求1所述的一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，所述光纤跳线二为单模或多模光纤。
4.如权利要求1所述的一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，所述玻璃套管为长方形或圆柱形，玻璃套管端面经0°角抛光并镀有减反膜。
5.如权利要求1所述的一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，所述铌酸锂晶片一与波导芯片的连接用紫外胶进行固定。
6.如权利要求1所述的一种基于双端光纤耦合的周期极化铌酸锂波导器件，其特征是，所述铌酸锂晶片二与玻璃套管和铌酸锂晶片一的连接用紫外胶进行固定。
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