[发明专利]多芯光纤光互联结构

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种多芯光纤光互联结构。

背景技术

随着通信容量需求的逐步提升，在单位路径中传输的光信号越来越多，波分复用等技术已无法满足要求，多芯光纤技术因而得到重视。多芯光纤是在共同的包层区中存在多个纤芯的光纤，能够减少光纤的数量，对于体积要求很高的数据通信，有很好的应用前景。一般来说，光通信器件的阵列端在一条直线上，而多芯光纤的纤芯分布不在一条直线上，目前，将光信号从光通信器件的阵列端耦合进多芯光纤的常规方法是：采用自由空间光耦合器，将光通信器件阵列端的光信号耦合进入多芯光纤，采用熔融拉锥工艺制作，工艺非常复杂，体积较大，集成度较低，成本较高，不适合大规模生产，而且阵列端的端口分布必须与多芯光纤纤芯分布相似，在一定程度上限制了器件设计的自由度。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种多芯光纤光互联结构，工艺简单，成本较低，非常适合大规模生产，集成度较高，体积较小，提高了与多芯光纤互联的阵列器件摆放的自由度，使电路版设计变得更加简单。

本发明提供的多芯光纤光互联结构包括阵列端和多芯光纤，阵列端的端口分布入射的光通信器件阵列分布一致，呈一条直线，还包括光波导和用于将射入的光的方向改变90°的垂直耦合器，垂直耦合器的端口分布与多芯光纤的纤芯分布一致，光波导的一端与阵列端相连，另一端与垂直耦合器相连，多芯光纤垂直于光波导放置在垂直耦合器的上方；从阵列端入射的光信号沿光波导传播至垂直耦合器，垂直耦合器将光波导中光的传播方向改变90°，变为垂直于光波导的方向，耦合进垂直于光波导放置的多芯光纤相对应的纤芯中；从多芯光纤入射的光信号，经由垂直耦合器，传播方向改变90°，变为沿光波导方向传播的光束，并耦合进入光波导，光信号经由光波导导引，耦合进入阵列端的光电探测器阵列。 

在上述技术方案中，所述垂直耦合器为反射斜面，从阵列端入射的光信号沿光波导传播到反射斜面，经过反射斜面的全反射，变为沿垂直于光波导的方向传播的光，进入垂直于光波导放置的多芯光纤相对应的纤芯中。

在上述技术方案中，所述反射斜面的倾斜角为40~60度。

在上述技术方案中，所述反射斜面采用聚焦离子束刻蚀、灰度掩膜或压印工艺制成。

在上述技术方案中，所述垂直耦合器的出射端口的长度≤多芯光纤的纤芯直径，宽度≤多芯光纤的纤芯直径，具体尺寸根据实际应用时的器件损耗要求设计：器件损耗包括光波导的传输损耗和垂直耦合器与多芯光纤纤芯之间的耦合损耗，通过波束传播法计算光波导的传输损耗，通过计算模场的重叠因子，得到垂直耦合器与多芯光纤纤芯之间的耦合损耗。

在上述技术方案中，所述垂直耦合器为垂直耦合光栅，从多芯光纤入射的光信号，经由垂直耦合光栅，在垂直耦合光栅的衍射作用下，变为沿光波导方向传播的光束，并耦合进入光波导，光信号经由光波导导引，耦合进入阵列端的光电探测器阵列。

在上述技术方案中，所述垂直耦合器的出射端口的长度≥多芯光纤的纤芯直径，宽度≥多芯光纤的纤芯直径，具体尺寸根据实际应用时的器件损耗要求设计：器件损耗包括光波导的传输损耗和垂直耦合器与多芯光纤纤芯之间的耦合损耗，通过波束传播法计算光波导的传输损耗，通过计算模场的重叠因子，得到垂直耦合器与多芯光纤纤芯之间的耦合损耗。

在上述技术方案中，所述垂直耦合器与多芯光纤纤芯之间放置有聚焦透镜或准直透镜和聚焦透镜组成的准直聚焦透镜系统。

在上述技术方案中，所述光波导连接阵列端的一端宽度与阵列端端口宽度相等，光波导的宽度沿着光波导逐渐变化，光波导连接垂直耦合器的一端宽度与垂直耦合器端口宽度相等。

在上述技术方案中，所述多芯光纤光互联结构还包括晶圆衬底，所述阵列端、光波导、垂直耦合器均制作在晶圆衬底上。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）本发明采用光波导器件，将光信号从阵列端耦合进多芯光纤，工艺简单，成本较低，非常适合大规模生产，克服了采用自由空间的光耦合器带来的工艺复杂、成本较高、不适合大规模生产的缺陷。

（2）光波导器件采用微纳工艺在半导体或聚合物材料上制作，可与其他器件（例如阵列端光源）集成，与使用自由空间光渐变耦合器相比，具有集成度较高、体积较小的优点。

（3）本发明降低了对阵列端光源位置分布的要求，阵列端的分布不需要与多芯光纤纤芯分布一致，只需在一条直线上即可，与使用自由空间光渐变耦合器相比，本发明提高了器件设计的自由度，电路版设计变得更加简单。