[實用新型]一種基于陀螺光纖的PPLN波導耦合結構

有效

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN211454022U
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 姚權;鄭名揚;謝秀平;張強
• 申請（專利權）人: 濟南量子技術研究院
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產(chǎn)權代理有限公司 11678
• 代理人: 于雅潔

本實用新型提出一種基于陀螺光纖的PPLN波導耦合結構，其包括單模或保偏光纖、模式匹配器、陀螺光纖和PPLN波導。其中，模式匹配器用于單模/保偏光纖與陀螺光纖之間的對接；并且，陀螺光纖用于直接與PPLN波導進行耦合。在本實用新型中，通過優(yōu)化陀螺光纖與波導的本征模場匹配程度，提高了關于PPLN波導的光纖耦合效率。

技術領域

本實用新型涉及光通信器件領域，尤其涉及一種基于陀螺光纖實現(xiàn)的用于周期性極化鈮酸鋰(PPLN)波導器件的高效耦合結構。

背景技術

光纖通信的飛速發(fā)展極大推動了光電器件的發(fā)展，在光網(wǎng)絡中光的傳輸是通過低損耗光纖完成，而光信號的處理則由光電器件完成，因此各種光器件必須插入到光網(wǎng)絡中才能實現(xiàn)相應功能，這就引入了插入損耗。波導器件-光纖所引起的耦合損耗一般是影響整個光網(wǎng)絡插入損耗的主要因素。周期性極化鈮酸鋰(PPLN)波導是量子通信的核心關鍵器件之一，利用PPLN波導可實現(xiàn)通信波段光子到可見光波段的頻率轉換，然后使用商用硅探測器進行探測，可以解決通信波段單光子探測效率偏低的問題。基于逆向質子交換的PPLN波導因其折射率變化適中、光斑模式可控以及易于實現(xiàn)長芯片的制程優(yōu)勢，使得其具有傳輸和耦合損耗低、轉化效率高等優(yōu)點。

在現(xiàn)有的光纖-PPLN波導耦合技術方案中，通常采用單模光纖或者保偏光纖與PPLN波導直接耦合的方式，如圖1所示。

光纖和PPLN波導器件的直接耦合會引入插入損耗問題，其中包括對準偏差損耗、菲涅爾反射引入的損耗(兩端面多次反射損耗)以及光纖與波導的模場不匹配引起的模場失配損耗。其中，對準偏差損耗可以通過高精度調整架對準的方式來盡量消除，由端面反射所造成的菲涅耳反射損耗可以通過在表面鍍增透膜來消除，因此光纖與波導的模場失配損耗成了插入損耗的主要因素。

在現(xiàn)有技術中，通常采用單模(保偏)光纖與PPLN波導直接對準耦合方式實現(xiàn)，信號從光纖進入PPLN波導通過模場匹配完成。對于SM-28e的標準單模光纖，其纖芯和包層對應的直徑分別為9μm和 125μm，對于1550nm光波長，纖芯和包層對應的折射率分別為1.468和1.4627。經(jīng)FDTD(Finite-Difference Time-Domain)模擬計算得到其模場直徑(光強降低到最大光強的1/e^2處的兩點距離)為10.1 μm。

因此，為了更高效地實現(xiàn)從光纖到PPLN波導的耦合，現(xiàn)有技術在PPLN波導的入射端設計了錐形的模式過濾器，單根波導結構如圖2 所示。其中，模式過濾器是通過氫離子置換方法實現(xiàn)，通過離子擴散方程得到模式過濾器的折射率分布，并通過FDTD仿真計算其模場分布。

然而，由于標準單模光纖和PPLN波導的模場匹配不夠完美，其耦合帶來的損耗約為1dB，降低了PPLN波導的頻率轉換效率。

實用新型內容

針對現(xiàn)有的耦合技術缺陷，本實用新型提出一種新的基于陀螺光纖的用于PPLN波導的耦合結構，其中通過優(yōu)化陀螺光纖與波導的本征模場匹配程度，提高了關于PPLN波導的光纖耦合效率。

具體而言，本實用新型的耦合結構可以包括單模或保偏光纖、模式匹配器、陀螺光纖和PPLN波導。其中，所述模式匹配器用于所述單模/保偏光纖與陀螺光纖之間的對接；并且，所述陀螺光纖用于直接與所述PPLN波導進行耦合。

優(yōu)選的，所述PPLN波導與所述陀螺光纖的接觸端面通過膠接的方式實現(xiàn)連接。其中，所述膠接可以是通過使紫外固化膠固化來實現(xiàn)的。

優(yōu)選地，所述PPLN波導的端面可以鍍有增透膜。

優(yōu)選地，所述陀螺光纖與所述PPLN波導之間借助六維調節(jié)架來進行對準。

優(yōu)選地，所述陀螺光纖的參數(shù)可以基于本征模場仿真計算的陀螺光纖-PPLN波導耦合效率與陀螺光纖模場直徑的關系曲線來確定。其中，所述參數(shù)可以包括工作波長、模場直徑、包層直徑和/或涂覆層直徑。