[发明专利]一种光子晶体光纤耦合器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体光纤应用领域，涉及一种光子晶体光纤耦合器及其制备方法。

背景技术

光子晶体光纤（PCF）是在纯石英光纤中沿轴向周期性均匀排列着波长量级的空气孔从而构成微结构包层，属二维光子晶体。由于光子晶体光纤具有无截止单模传输、大模场面积、高非线性、可控色散等优越的光学特性，基于光子晶体光纤的理论分析、实验研究以及器件研制等，已经成为当前光学领域最炙手可热的研究课题。

光子晶体光纤耦合器（PCFC）是光子晶体光纤应用中的重要器件，目前PCFC按制作技术可以分为三类：熔锥型光子晶体光纤耦合器、侧面打磨型光子晶体光纤耦合器、双芯或多芯光子晶体光纤耦合器。熔融拉锥法是将几根光子晶体光纤进行火焰加热或激光加热拉锥，但会使光子晶体光纤的空气孔塌缩，破坏其波导结构，从而产生较大的损耗。2002年Byeong Ha Lee在OPTICS LETTERS杂志的“Photonic crystal fiber coupler”2002，V.27，NO.10，812-814文章公开了熔融拉锥法制作PCFC，但其插入损耗高达20dB；其后关于熔融拉锥法制作PCFC报道中，耦合器插入损耗也在10dB以上。多芯光子晶体光纤依靠双芯光子晶体光纤的双芯之间存在的功率转换实现耦合，虽然有多样而可控的耦合特性，但这类实验都是通过激光直接射入、成像设备直接检测输出，大大限制了其应用范围。目前常用的PCFC制作技术是侧面打磨型光子晶体光纤耦合器。2004年OPTICS LETTERS杂志，Hokyung Kim等人题为“Tunable photonic crystal fiber coupler based on aside-polishing technique”2004，V.29，NO.11，1194-1196的文章公开了一种利用光子晶体光纤侧边打磨的方法制作光子晶体光纤耦合器，并通过调整抛磨面的匹配角度实现分光比调节，其插入损耗大于3dB。该方法执行简单，但结构灵活性差；同时为保证足够强的耦合现象，光子晶体光纤的抛磨深度必须足够大，这就改变了光纤抛磨区内光束的等效折射率，引起较大的辐射模损耗，此外耦合器中耦合比对波长的敏感也影响PCF的带宽平坦性。2009年OPTICS LETTERS刊登了Joo Beom Eom题为“2×2photonic crystal fiber splitter based on silica-based planar lightwave circuits”2009，V.34，NO.23，3737-3739的文章，公开了一种通过平面光波导(PLC)分束器实现光子晶体光纤分束耦合的方法，但是由于采用了平面光波导分束器，光子晶体光纤与波导连接点非常多，接续损耗大，极大影响了光子晶体光纤耦合器的耦合效率。

为克服上述侧面打磨型光子晶体光纤耦合器存在的问题，本发明提供了一种分支光波导结构的全光子晶体光纤耦合器设计方案。本发明的光子晶体光纤耦合器以分波阵面的形式实现分光：光束传播至光纤分支点时波阵面被平缓分割为两部分并进入各自的分支光纤，分开的两束光具有相同的相位，振幅则与分支处各光纤纤芯所占的面积以及倾斜角度相关。该方案打破了常规光子晶体光纤耦合原理，有效的避免了因光子晶体光纤结构破坏引入的泄露模损耗，具有良好实用价值。

发明内容

本发明提供了一种新的光子晶体光纤耦合器及其制作方法。根据本发明产生的光子晶体光纤耦合器具有结构简单、组装灵活、损耗低等优点，具有分光比与波长无关等耦合特性。

本发明采用的技术方案为：一种光子晶体光纤耦合器，包括一个Y分支光子晶体光纤与一个单根光纤，或者两个Y分支光子晶体光纤，将两根相同光子晶体光纤侧边抛磨掉一半并贴合抛磨面，形成Y分支结构光子晶体光纤，Y分支光子晶体光纤的顶点端面与单根光子晶体光纤的端面相同，将Y分支光子晶体光纤顶点与单根光纤或另一个Y分支光子晶体光纤顶点熔接或对接，形成光子晶体光纤耦合器。

根据本发明的光子晶体光纤耦合器，其中，所述的光子晶体光纤为实芯光子晶体光纤或空芯光子晶体光纤，包括保偏和非保偏光子晶体光纤。

根据本发明的光子晶体光纤耦合器，其中，将Y分支光子晶体光纤顶点与单根光纤连接可获得1×2光子晶体光纤耦合器；将Y分支光子晶体光纤与另一个Y分支光子晶体光纤顶点连接可获得2×2光子晶体光纤耦合器。熔接/对接过程中，在耦合器一侧打光，并在另一侧的两根光子晶体光纤端口用光功率计监测光功率，以达到最低接续损耗。