[發明專利]基于流體光波導的可調諧光波分束器

有效

• 申請號: 201410037648.6
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103869477A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 樂孜純;孫運利;王昌輝;付明磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B27/12
• 分類號: G02B27/12;G02B6/10
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及一種集成型光學器件，尤其是一種集成型的可調諧光波分束器。

背景技術

光束的整形技術包括了對光束的聚焦、準直、偏轉、分束、耦合等調控，通常調控光學介質的折射率分布就可以方便地實現對入射光束的聚焦、準直、偏轉、分束等控制。近年來快速發展的微流控光學技術為我們提供了光束整形的新方法，其原理是通過控制流體流動來實現對光線微觀尺度的控制。鑒于此，微流控技術和系統可以被引入可控折射率流體光波分束器的設計和制作中。首先利用一種折射率較高的流體在折射率較低的流體中的擴散和對流，形成一種可調控折射率分布的流體光波導，然后通過動態調控流體光波導的折射率分布來調諧光波分束器的分光比。

現有的光波分束器從器件構架上分，主要包括集成器件型和分立器件型兩種；而從器件功能上分，主要包括固定分光比型光波分束器和可調諧分光比型光波分束器。近年來光學器件小型化、高集成度的應用需求，使得終端用戶越來越青睞集成型的光波分束器，因此基于玻璃基底材料和Si基底材料的平面光波導型光波分束器得到了比較快的發展（比如，實用新型專利CN201477227U和CN2625917Y），主要應用于光通信和光傳感領域。另一方面，光通信和光傳感網的發展，越來越需要光波分束器具有動態地調諧分束器分光比的功能，以便滿足網絡靈活性和快速響應用戶需求的要求，目前見于報道的可調諧光波分束器主要采用偏振分束技術，通過改變波片等器件的相位延遲來調諧分光比，屬于分立器件型，器件結構十分復雜（參見中國發明專利CN102645707A和CN1529425A）。迄今為止，尚未有集成型的、可調諧光波分束器見于報道，為滿足應用領域的迫切需求，本發明提出一種結合了集成型和可調諧功能的新型光波分束器，即基于流體光波導的可調諧光波分束器。

發明內容

為了克服已有光波分束器的結構復雜、制作困難、調控靈活性差、集成度不高的不足，本發明提供一種可動態調諧、集成度高、結構簡單、制作方便、成本低廉的基于流體光波導的可調諧光波分束器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于流體光波導的可調諧光波分束器，包括流體光波導、入射激光器、光束接收面和流出流體貯存器，所述流體光波導上開有用于承載微流體的流道，所述流道包括一個芯層流體入口、兩個對稱的包層流體入口、流體微腔和兩個對稱的流體出口，所述芯層流體入口、包層流體入口均與所述流體微腔的入口側連通，所述流體微腔的出口側與兩個流體出口連接，所述流體出口與流出流體貯存器連通，所述入射激光器和所述光束接收面同軸布置，所述入射激光器和所述光束接收面的軸線與流體流動方向垂直，所述芯層流體入口和包層流體入口內安裝用以調節流體速度的流速調節設備，所述流速調節設備與控制芯層流體和包層流體流速以便實現光波分束和分光比控制的分束控制模塊連接；

所述芯層流體和包層流體彼此之間只存在擴散和對流運動，包層流體環繞著芯層流體，所述芯層流體和包層流體是具有不同折射率的兩種流體，所述芯層流體和包層流體在流體微腔中流動，共同構成流體光波導。

進一步，所述流速調節設備為注入流體的蠕動泵，當然，也可以采用其他的流速調節設備。

再進一步，所述包層流體折射率高于所述芯層流體折射率。

本發明的技術構思為：利用構成流體光波導的芯層和包層兩種流體的擴散和對流過程動態調控波導折射率，影響兩種流體擴散與對流過程并進而影響流體光波導折射率分布的主要因素包括芯層和包層流體的流速以及不同折射率微流體的選擇。在有限長的微溝道中如果流體流速比較低，則擴散效應明顯，此時無論是微腔的橫截面方向還是沿著流體流動方向都要考慮擴散效應對濃度梯度的影響，而芯層流體在包層流體中的擴散正是漸變折射率流體光波導能夠實現的理論基礎。進一步地，與以往基于微流控光學技術的漸變折射率透鏡不同，讓包層流體折射率高于芯層流體折射率，形成折射率分布中心凹陷，并以此來進行光波分束。因此，通過控制芯層流體和包層流體的流速和流體種類不僅可以有效控制流體擴散濃度以及折射率的空間分布，還可以控制光波的分束和分光比。