[發(fā)明專利]多芯光纖與平面光波導(dǎo)耦合用的3D變換器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN102819066A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文;趙建宜;張曉吟;王磊;劉衛(wèi)華;陳鑫;楊燕
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢郵電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G02B6/26
• 分類號(hào): G02B6/26;G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光波導(dǎo)器件領(lǐng)域，特別是涉及一種多芯光纖與平面光波導(dǎo)耦合用的3D變換器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著通信系統(tǒng)容量需求的快速提高，對光纖通信鏈路的傳輸容量要求越來越大，波分復(fù)用等技術(shù)已無法滿足，因此，基于多芯光纖的多路徑空分復(fù)用技術(shù)，作為下一代光纖通信系統(tǒng)傳輸鏈路物理媒質(zhì)的有力候選者，在特種功能領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用前景，已成為全世界各國研發(fā)人員的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

目前廣泛使用的普通單模光纖是由一個(gè)纖芯區(qū)和圍繞它的包層區(qū)構(gòu)成的。而多芯光纖則具有在一個(gè)共同的包層區(qū)中存在多個(gè)纖芯的新型結(jié)構(gòu)。依多芯纖芯的用途和芯間間距離不同，可將多芯光纖分為兩類：一類是纖芯間隔較大，即多芯之間不產(chǎn)生光耦合的結(jié)構(gòu)，該種類型的多芯光纖，可以制成具有多個(gè)纖芯的柱形或帶狀光纜，能提高傳輸線路的單位面積的集成密度，可大幅提高系統(tǒng)傳輸速率；另一類是芯間間隔較近時(shí)，纖芯之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的光耦合，可實(shí)現(xiàn)模分復(fù)用、大功率傳輸?shù)炔煌猛尽?/p>

隨著集成技術(shù)的進(jìn)步，由于平面光波導(dǎo)集成技術(shù)具有體積小，調(diào)試簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的光有源或無源器件使用平面光波導(dǎo)集成技術(shù)。傳統(tǒng)的平面光波導(dǎo)器件的輸出端位于同一條直線上，而多芯光纖的纖芯通常沿軸向呈中心對稱分布，因此使用常規(guī)方法很難將平面光波導(dǎo)器件輸出的光信號(hào)耦合進(jìn)入多芯光纖。

目前的兩種解決方式：一種是采用自由空間光耦合的方式，使用透鏡組將光波導(dǎo)器件的輸出光通過透鏡聚焦到光纖端面上相應(yīng)的位置與相應(yīng)的纖芯耦合。這種方式裝置復(fù)雜，器件體積大，耦合效率低下，成本高昂，不適合大規(guī)模的應(yīng)用于器件中；另一種是采用飛秒激光器，采用激光全息加工的方式，在硅基或者鈮酸鋰中制造光波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)三維光波導(dǎo)互聯(lián)，這種方式對工藝要求很高，加工成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種多芯光纖與平面光波導(dǎo)耦合用的3D變換器及其制備方法，能將多芯光纖中不在同一直線上的端口通過空間傾斜的光波導(dǎo)連接到平面光波導(dǎo)器件端面呈直線分布的端口，實(shí)現(xiàn)兩者的耦合互聯(lián)，設(shè)計(jì)靈活性較好，體積較小，成本較低，耦合效率較高，工藝成熟，成品率高，且易于大批量生產(chǎn)。

本發(fā)明提供的多芯光纖與平面光波導(dǎo)耦合用的3D變換器，包括若干傾斜一定角度的光波導(dǎo)及其兩端的端口，其一端的端口分布與多芯光纖的端口分布對應(yīng)，呈中心對稱分布，另一端的端口分布與平面光波導(dǎo)的端口分布對應(yīng)，呈一條直線分布。

在上述技術(shù)方案中，所述若干傾斜一定角度的光波導(dǎo)在空間中分布形成上、中間、下三個(gè)波導(dǎo)層，上波導(dǎo)層所在平面與中間波導(dǎo)層所在平面的夾角小于45度，下波導(dǎo)層所在平面與中間波導(dǎo)層所在平面的夾角也小于45度。

在上述技術(shù)方案中，所述光波導(dǎo)采用硅、硅基二氧化硅、III-V族半導(dǎo)體或聚合物材料制成。

在上述技術(shù)方案中，所述光波導(dǎo)采用離子注入工藝或者質(zhì)子交換工藝制作。

在上述技術(shù)方案中，采用斜面拋光或者灰度掩膜刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)傾斜一定角度。

在上述技術(shù)方案中，所述平面光波導(dǎo)為陣列波導(dǎo)光柵、多模干涉器件、光纖陣列或者激光器陣列。

在上述技術(shù)方案中，包括第一上波導(dǎo)、第二上波導(dǎo)、第一中間波導(dǎo)、第二中間波導(dǎo)、第三中間波導(dǎo)、第一下波導(dǎo)、第二下波導(dǎo)、在一條直線上順次排列的7個(gè)端口a、b、c、d、e、f、g、呈中心對稱分布且與七芯光纖端口分布對應(yīng)的端口a′、b′、c′、d′、e′、f′、g′，其中，端口a′和g′關(guān)于d′中心對稱，端口b′和e′關(guān)于d′中心對稱，端口c′和f′關(guān)于d′中心對稱，端口a′、d′、g′位于同一直線上，端口b′、f′位于該直線上方，端口c′、e′位于該直線下方，端口b′、f′所在直線與該直線平行，端口c′、e′所在直線也與該直線平行，端口b′、f′所在直線、端口c′、e′所在直線與該直線之間的間距相等。

在上述技術(shù)方案中，所述第一上波導(dǎo)、第二上波導(dǎo)構(gòu)成上波導(dǎo)層，第一中間波導(dǎo)、第二中間波導(dǎo)、第三中間波導(dǎo)位于同一平面，構(gòu)成中間波導(dǎo)層，第一下波導(dǎo)和第二下波導(dǎo)構(gòu)成下波導(dǎo)層，上波導(dǎo)層所在平面與中間波導(dǎo)層所在平面的夾角小于45度，下波導(dǎo)層所在平面與中間波導(dǎo)層所在平面的夾角也小于45度；第一上波導(dǎo)連接端口b和b′，第二上波導(dǎo)連接端口f和f′，第一中波導(dǎo)連接端口a和a′，第二中波導(dǎo)連接端口d和d′，第三中波導(dǎo)連接端口g和g′，第一下波導(dǎo)連接端口c和c′，第二下波導(dǎo)連接端口e和e′。