[發(fā)明專利]一種光子晶體光纖耦合器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310482796.4
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103499855A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊遠(yuǎn)洪;代文;楊明偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G02B6/25
• 分類號: G02B6/25;G02B6/255
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光子晶體光纖應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種光子晶體光纖耦合器及其制備方法。

背景技術(shù)

光子晶體光纖（PCF）是在純石英光纖中沿軸向周期性均勻排列著波長量級的空氣孔從而構(gòu)成微結(jié)構(gòu)包層，屬二維光子晶體。由于光子晶體光纖具有無截止單模傳輸、大模場面積、高非線性、可控色散等優(yōu)越的光學(xué)特性，基于光子晶體光纖的理論分析、實驗研究以及器件研制等，已經(jīng)成為當(dāng)前光學(xué)領(lǐng)域最炙手可熱的研究課題。

光子晶體光纖耦合器（PCFC）是光子晶體光纖應(yīng)用中的重要器件，目前PCFC按制作技術(shù)可以分為三類：熔錐型光子晶體光纖耦合器、側(cè)面打磨型光子晶體光纖耦合器、雙芯或多芯光子晶體光纖耦合器。熔融拉錐法是將幾根光子晶體光纖進(jìn)行火焰加熱或激光加熱拉錐，但會使光子晶體光纖的空氣孔塌縮，破壞其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生較大的損耗。2002年Byeong?Ha?Lee在OPTICS?LETTERS雜志的“Photonic?crystal?fiber?coupler”2002，V.27，NO.10，812-814文章公開了熔融拉錐法制作PCFC，但其插入損耗高達(dá)20dB；其后關(guān)于熔融拉錐法制作PCFC報道中，耦合器插入損耗也在10dB以上。多芯光子晶體光纖依靠雙芯光子晶體光纖的雙芯之間存在的功率轉(zhuǎn)換實現(xiàn)耦合，雖然有多樣而可控的耦合特性，但這類實驗都是通過激光直接射入、成像設(shè)備直接檢測輸出，大大限制了其應(yīng)用范圍。目前常用的PCFC制作技術(shù)是側(cè)面打磨型光子晶體光纖耦合器。2004年OPTICS?LETTERS雜志，Hokyung?Kim等人題為“Tunable?photonic?crystal?fiber?coupler?based?on?aside-polishing?technique”2004，V.29，NO.11，1194-1196的文章公開了一種利用光子晶體光纖側(cè)邊打磨的方法制作光子晶體光纖耦合器，并通過調(diào)整拋磨面的匹配角度實現(xiàn)分光比調(diào)節(jié)，其插入損耗大于3dB。該方法執(zhí)行簡單，但結(jié)構(gòu)靈活性差；同時為保證足夠強(qiáng)的耦合現(xiàn)象，光子晶體光纖的拋磨深度必須足夠大，這就改變了光纖拋磨區(qū)內(nèi)光束的等效折射率，引起較大的輻射模損耗，此外耦合器中耦合比對波長的敏感也影響PCF的帶寬平坦性。2009年OPTICS?LETTERS刊登了Joo?Beom?Eom題為“2×2photonic?crystal?fiber?splitter?based?on?silica-based?planar?lightwave?circuits”2009，V.34，NO.23，3737-3739的文章，公開了一種通過平面光波導(dǎo)(PLC)分束器實現(xiàn)光子晶體光纖分束耦合的方法，但是由于采用了平面光波導(dǎo)分束器，光子晶體光纖與波導(dǎo)連接點非常多，接續(xù)損耗大，極大影響了光子晶體光纖耦合器的耦合效率。

為克服上述側(cè)面打磨型光子晶體光纖耦合器存在的問題，本發(fā)明提供了一種分支光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的全光子晶體光纖耦合器設(shè)計方案。本發(fā)明的光子晶體光纖耦合器以分波陣面的形式實現(xiàn)分光：光束傳播至光纖分支點時波陣面被平緩分割為兩部分并進(jìn)入各自的分支光纖，分開的兩束光具有相同的相位，振幅則與分支處各光纖纖芯所占的面積以及傾斜角度相關(guān)。該方案打破了常規(guī)光子晶體光纖耦合原理，有效的避免了因光子晶體光纖結(jié)構(gòu)破壞引入的泄露模損耗，具有良好實用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新的光子晶體光纖耦合器及其制作方法。根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的光子晶體光纖耦合器具有結(jié)構(gòu)簡單、組裝靈活、損耗低等優(yōu)點，具有分光比與波長無關(guān)等耦合特性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光子晶體光纖耦合器，包括一個Y分支光子晶體光纖與一個單根光纖，或者兩個Y分支光子晶體光纖，將兩根相同光子晶體光纖側(cè)邊拋磨掉一半并貼合拋磨面，形成Y分支結(jié)構(gòu)光子晶體光纖，Y分支光子晶體光纖的頂點端面與單根光子晶體光纖的端面相同，將Y分支光子晶體光纖頂點與單根光纖或另一個Y分支光子晶體光纖頂點熔接或?qū)?，形成光子晶體光纖耦合器。

根據(jù)本發(fā)明的光子晶體光纖耦合器，其中，所述的光子晶體光纖為實芯光子晶體光纖或空芯光子晶體光纖，包括保偏和非保偏光子晶體光纖。

根據(jù)本發(fā)明的光子晶體光纖耦合器，其中，將Y分支光子晶體光纖頂點與單根光纖連接可獲得1×2光子晶體光纖耦合器；將Y分支光子晶體光纖與另一個Y分支光子晶體光纖頂點連接可獲得2×2光子晶體光纖耦合器。熔接/對接過程中，在耦合器一側(cè)打光，并在另一側(cè)的兩根光子晶體光纖端口用光功率計監(jiān)測光功率，以達(dá)到最低接續(xù)損耗。