[發(fā)明專利]一種可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合方法及裝置

有效

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• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN110927887B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐小斌;何程;宋凝芳;高福宇;劉嘉琪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B6/26;G02B6/38
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發(fā)明提供了一種可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合方法及裝置，屬于光纖器件制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的耦合裝置通過耦合連接器在Y波導(dǎo)傳統(tǒng)尾纖與空芯光子帶隙光纖之間設(shè)置漸變折射率透鏡，漸變折射率透鏡的耦合面都是斜切，傳統(tǒng)光纖斜切端面與漸變折射率透鏡的耦合面平行對接，空芯光子帶隙光纖以確定的最佳耦合角度與漸變折射率透鏡的另一耦合面對接。本發(fā)明方法通過建立仿真耦合模型，計(jì)算取得最大耦合效率時(shí)對應(yīng)的最佳耦合角度和最佳耦合間距，利用所述的耦合裝置實(shí)現(xiàn)空芯光子帶隙光纖和傳統(tǒng)光纖的耦合。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖可插拔式低損耗、低背向反射的耦合，并且耦合過程操作簡單，耦合性能可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合方法及裝置。

背景技術(shù)

空芯光子帶隙光纖是一種新型的微結(jié)構(gòu)光纖，基于光子帶隙效應(yīng)導(dǎo)光，包層為周期排列的二維光子晶體，產(chǎn)生光子帶隙，纖芯大空氣孔破壞了包層的周期性結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生缺陷態(tài)，從而限制光在纖芯中傳輸。相較于傳統(tǒng)光纖，空芯光子帶隙光纖具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，運(yùn)用于光纖陀螺中可以改善陀螺性能，目前已實(shí)驗(yàn)證明，空芯光子帶隙光纖陀螺在環(huán)境適應(yīng)性上具有明顯優(yōu)勢，被公認(rèn)為是下一代光纖陀螺。

空芯光子帶隙光纖陀螺中光纖環(huán)與Y波導(dǎo)連接構(gòu)成閉合回路敏感載體轉(zhuǎn)速信息，光纖環(huán)與Y波導(dǎo)的連接質(zhì)量直接影響轉(zhuǎn)速測量精度。目前空芯光子帶隙光纖陀螺中空芯光子帶隙光纖環(huán)與Y波導(dǎo)的連接方式是尾纖熔接，有平切和斜切兩種熔接方式。熔接時(shí)熔點(diǎn)處折射率突變，產(chǎn)生很強(qiáng)的背向反射，背向反射光會(huì)與主光束發(fā)生干涉，影響相位檢測精度。平切熔接方式的背向反射可達(dá)-14dB，無法滿足陀螺需要。熔接時(shí)產(chǎn)生的高溫還會(huì)引起空芯光子帶隙光纖的端面空氣孔塌陷，產(chǎn)生極大熔接損耗。相較于平切熔接，斜切熔接方式在一定程度上可以降低背向反射，但熔接損耗會(huì)大幅度提高，增加陀螺噪聲。另外，由于空芯光子帶隙光纖端面的多孔結(jié)構(gòu)，熔接點(diǎn)的強(qiáng)度極低，導(dǎo)致陀螺可靠性下降。總之，目前空芯光子帶隙光纖與Y波導(dǎo)尾纖熔接方式存在背向反射強(qiáng)、損耗大、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制空芯光子帶隙光纖陀螺的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述目前空芯光子帶隙光纖與Y波導(dǎo)尾纖熔接方式的缺點(diǎn)，提出一種可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合方法及裝置。

本發(fā)明提供的可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合裝置，包括Y波導(dǎo)傳統(tǒng)尾纖、空芯光子帶隙光纖、漸變折射率透鏡和耦合連接器。其中，傳統(tǒng)光纖的耦合端為斜切，空芯光子帶隙光纖的耦合端為平切。漸變折射率透鏡的左右端面都是斜切，斜切角度與傳統(tǒng)光纖的斜切角度相同，漸變折射率透鏡的縱切面為梯形。耦合連接器上設(shè)置有漸變折射率透鏡安裝槽、傳統(tǒng)光纖耦合端的插槽以及空芯光子帶隙光纖適配器的插槽。漸變折射率透鏡安裝在漸變折射率透鏡安裝槽中。傳統(tǒng)光纖耦合端的插槽與空芯光子帶隙光纖適配器的插槽分別設(shè)置在漸變折射率透鏡安裝槽的兩側(cè)。

參與耦合的空芯光子帶隙光纖端夾持于光纖適配器內(nèi)，插入所述的空芯光子帶隙光纖適配器的插槽中并通過螺紋與耦合連接器固定；參與耦合的傳統(tǒng)光纖端為光纖跳線頭，插入所述的傳統(tǒng)光纖耦合端的插槽中并通過螺紋與耦合連接器固定。在固定連接后，傳統(tǒng)光纖的斜切端面與漸變折射率透鏡的左端面平行對接，空芯光子帶隙光纖以最佳耦合角度和最佳耦合間距與漸變折射率透鏡的右端面對接。固定連接后，傳統(tǒng)光纖與空芯光子帶隙光纖的軸線夾角為最佳耦合角度。

傳統(tǒng)光纖斜頭跳線頭沿定位槽插入耦合連接器的傳統(tǒng)光纖耦合端，并通過螺紋固定；剝除空芯光子帶隙光纖一定長度的涂覆層，將裸纖插入光纖適配器并切割端面，然后將光纖適配器沿定位槽插入耦合連接器的空芯光子帶隙光纖耦合端，并通過螺紋固定，完成空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖的耦合。根據(jù)實(shí)際需要，可松開螺紋，將傳統(tǒng)光纖斜頭跳線頭和空芯光子帶隙光纖適配器從耦合連接器內(nèi)拔出。當(dāng)需耦合時(shí)，可再次將傳統(tǒng)光纖斜頭跳線頭和空芯光子帶隙光纖適配器插入耦合連接器兩端，并固定螺紋，實(shí)現(xiàn)一種可插拔式空芯光子帶隙光纖與傳統(tǒng)光纖耦合裝置。

優(yōu)選地，傳統(tǒng)光纖的耦合端為斜8°面，漸變折射率透鏡的左右兩個(gè)端面為斜8°面。