[發明專利]一種基于復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合方法及裝置

有效

• 申請號: 201911113193.0
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110865436B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 徐小斌;何程;宋凝芳;高福宇;劉嘉琪;王曉陽;朱云浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/25
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明針對制約空芯光子帶隙光纖陀螺性能的空芯光子帶隙光纖環耦合問題，提出一種基于復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合方法及裝置，屬于光纖器件制造技術領域。裝置包括：具有復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環、夾具以及集成光學芯片。方法包括：步驟1、獲取空芯光子帶隙光纖環的平整端面；步驟2、分別向端面的纖芯大空氣孔和包層小空氣孔內注入高折射率和低折射率光學膠；步驟3、將具有復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合。本發明無需熔接，消除了熔接點對光路互易性影響，通過選擇填充合適的高低折射率光學膠，實現空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片低損耗、低背向反射、高可靠的直接耦合。

技術領域

本發明屬于光纖器件制造技術領域，具體涉及一種基于復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合方法及裝置。

背景技術

空芯光子帶隙光纖基于光子帶隙效應實現導光，其包層為周期性排列的玻璃管，形成高低折射率周期性分布的二維光子晶體，產生光子帶隙，頻率位于光子帶隙內的光無法在其中傳輸，因而不能在包層中傳輸。而纖芯的大空氣孔致使二維光子晶體產生缺陷，光子帶隙產生頻率極窄的缺陷態，該特定頻率的光能在纖芯中傳輸，卻由于光子帶隙無法在包層中傳輸，光被限制在纖芯大空氣孔內，實現導光。與傳統的石英光纖相比，空芯光子帶隙光纖導光時大于95％的光在空氣中傳輸，大幅度減小了環境因素對光纖傳輸性能的影響，具有低彎曲損耗、低非線性度、抗輻射、低磁敏感度、低溫度敏感度等優點，用其替代光纖陀螺中的傳統光纖可以極大的改善光纖陀螺性能。因此，空芯光子帶隙光纖是實現高精度光纖陀螺和深空探測用光纖陀螺的理想選擇。

光纖陀螺結構中集成光學芯片與光纖環連接形成閉合回路，基于Sagnac效應敏感系統的轉速信息，是光纖陀螺的核心部件，因此對于空芯光子帶隙光纖陀螺，空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片的耦合質量對陀螺性能具有重要影響。集成光學芯片是一種集分光、調制、偏振等多功能的集成光波導器件，目前空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片主要是通過尾纖熔接的方法連接，分為平切和斜切兩種熔接方式，由于空芯光子帶隙光纖的多孔結構，熔接點的熔接質量極不可靠，且強度極低。而且熔接點處折射率發生突變，產生很強的背向反射，背向反射光與主光束會發生干涉，對主光束的相位產生影響。相較于平切熔接，斜切熔接在一定程度上降低了背向反射，但熔接難度更大，熔接點質量更難保證。另外，熔接過程中產生的高溫會致使熔接點附近的空芯光子帶隙光纖的空氣孔發生塌陷，產生較大耦合損耗。總之，空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片尾纖熔接連接方式背向反射強、模場失配問題難以解決，導致損耗大，無法實現高效率傳光，而且尾纖熔接點產生的微小非互易相移會破壞光路的互易性和對稱性，對陀螺精度產生重要影響，嚴重阻礙空芯光子帶隙光纖陀螺的發展。

目前，空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合的研究幾乎處于空白，制約著高性能空芯光子帶隙光纖陀螺的發展。

發明內容

本發明針對目前空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片尾纖熔接方式損耗大，背向反射強，熔接點產生的微小非互易相移會破壞光路的互易性和對稱性，對陀螺精度產生重要影響，嚴重阻礙空芯光子帶隙光纖陀螺的發展問題，提出一種基于復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合方法及裝置。

本發明的基于復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合裝置，包括：具有復合導光機制的空芯光子帶隙光纖環、夾具以及集成光學芯片。空芯光子帶隙光纖環通過注入光學膠，將與集成光學芯片出光口相耦合的一端的光纖段的導光機制轉變為全內反射，光纖模場與集成光學芯片上的波導模場最大程度匹配。集成光學芯片的端面采用斜切方式，通過夾具將空芯光子帶隙光纖環的端面固定到集成光學芯片的出光口，空芯光子帶隙光纖的端面與集成光學芯片上的波導直接耦合。