[發明專利]一種具有環境寬適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: 201911367612.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111025487B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 宋凝芳;何程;徐小斌;劉嘉琪;高福宇;朱云浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/36
• 分類號: G02B6/36;G02B6/30
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合裝置，其特征在于，包括：集成光學芯片，空芯光子帶隙光纖環，以及尾纖夾具；所述的集成光學芯片的端面斜切；所述的與集成光學芯片相耦合的空芯光子帶隙光纖環的兩尾纖的端面為平切；

所述的尾纖夾具有與集成光學芯片相配合的兩個安裝面a,b；設一個基準面，基準面與安裝面a相互垂直；安裝面a和安裝面b互相垂直，安裝面b與基準面的夾角為最佳耦合角度θ；所述的尾纖夾具還開有兩個光纖槽a,b，兩個光纖槽的中心軸線位于安裝面a的延伸面內，且兩個光纖槽的中心軸線均垂直于基準面；

將空芯光子帶隙光纖環兩尾纖的涂覆層剝除并分別插入所述的尾纖夾具的兩個光纖槽，當尾纖的端面距離安裝面b的距離為間距Δ時，將尾纖與尾纖夾具固定；將尾纖夾具的兩個安裝面貼合到集成光學芯片上，調節尾纖夾具的位置，當探測到集成光學芯片的輸出光功率最大時，固定尾纖夾具位置，并在尾纖夾具與集成光學芯片的接觸面上涂滿密封膠；所述的間距Δ是指當空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片進行耦合時，耦合端面之間的間距；

所述的尾纖夾具的外型為一個開有缺口的圓柱體，缺口位于圓柱體的前端面處，缺口所形成的兩個面為安裝面a,b，在缺口處挖出一段圓柱腔，圓柱腔與圓柱體同軸，標記靠近前端面的圓柱腔的一面為夾具內表面，圓柱腔內與夾具內表面相對的一面為光纖槽頂端面；光纖槽頂端面距離安裝面b的距離要大于耦合間距Δ；光纖槽a和光纖槽b貫穿圓柱體的后端面和光纖槽頂端面；夾具內表面和夾具前端面的斜面角度都是最佳耦合角度；

最佳耦合角度θ和間距Δ通過仿真計算得到，當空芯光子帶隙光纖環以設置的最佳耦合角度θ與集成光學芯片耦合，且耦合端面之間的間距為最佳耦合間距Δ時，耦合效率最大。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的集成光學芯片的端面具有10°的斜面角度。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的尾纖夾具具有中空的內部，空芯光子帶隙光纖環兩尾纖插入光纖槽后，兩尾纖的端面是懸空的。

4.根據權利要求1所述的裝置的一種空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、確定空芯光子帶隙光纖環尾纖與集成光學芯片的最佳耦合角度和間距；

將集成光學芯片的端面斜切，將空芯光子帶隙光纖環尾纖的端面平切，建立端面斜切的集成光學芯片與端面平切的空芯光子帶隙光纖環尾纖的直接耦合仿真模型；仿真空芯光子帶隙光纖環尾纖與集成光學芯片在不同耦合角度和間距下的耦合效率，確定對應最大耦合效率的最佳耦合角度θ和間距Δ；

步驟2、設計具有密封作用的空芯光子帶隙光纖環尾纖夾具；

所述的尾纖夾具保證在直接耦合裝置安裝時，空芯光子帶隙光纖環尾纖與集成光學芯片以最佳耦合角度θ和間距Δ耦合；

步驟3、制作空芯光子帶隙光纖環尾纖組件；

將空芯光子帶隙光纖環兩尾纖剝除一定長度涂覆層，分別插入尾纖夾具的光纖槽內，當尾纖的端面距離尾纖夾具的安裝面b的距離為間距Δ時，用膠將尾纖與尾纖夾具固定，制成空芯光子帶隙光纖環尾纖組件；

步驟4、將空芯光子帶隙光纖環與集成光學芯片直接耦合；

搭建直接耦合調節光路，通過探測器觀測集成光學芯片的輸出光功率，調節空芯光子帶隙光纖環尾纖組件與集成光學芯片耦合的位置，實時觀察探測器示數，當示數達到最大值時，固定尾纖夾具當前位置，在尾纖夾具與集成光學芯片的接觸面上涂滿密封膠，實現對空芯光子帶隙光纖環端面的局部密封。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的直接耦合仿真模型中，光在集成光學芯片的斜切端面處發生折射，根據折射定律確定光偏離集成光學芯片表面波導軸線的角度，但芯片表面波導的端面與空芯光子帶隙光纖環尾纖的端面間存在間距，光場出射后存在發散角而導致模場變大，耦合角度不同，間距也不同，空芯光子帶隙光纖環尾纖與集成光學芯片的耦合效率也不同。