[发明专利]基于平板波导共振耦合的光传感器、调制器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种基于平板波导共振耦合的光传感器、调制器及其制作方法。具体来说，光传感器包括光纤传感器和光波导型传感器，光调制器包括光纤调制器和光波导型调制器。其中，该方法包括：将单模光纤的两端固定，并使所述单模光纤呈拉直状态；在所述单模光纤的一侧沿光纤传输方向上，通过高深宽比结构加工方法沿预设的路径对所述单模光纤的包层进行处理，以去除一部分所述包层形成预设形状的沟槽；在所述沟槽中填充敏感物质，以使所述敏感物质与所述光纤的纤芯形成平板波导共振耦合结构。该发明能够避免长时间的在线监测，简化膜厚控制工艺，且沟槽形状及宽度控制灵活，光纤传感器、调制器结构简单、紧凑且灵敏度高。

技术领域

本发明涉及光纤、光波导器件制备技术领域，尤其涉及一种基于平板波导共振耦合的光传感器、调制器及其制作方法。

背景技术

侧边抛磨光纤是在普通通信光纤上，利用光学微加工技术，在光纤的一段长度上将圆柱形的光纤包层抛磨掉一部分所制成的光纤，其包层抛磨过的那段光纤的横截面相似于大写英文字母D，而在未抛磨过的光纤段，仍是圆柱形。

通常，足够厚度的光纤包层保证了在纤芯中传播的光场，以及在光纤包层中倏逝波场的能量不会泄漏到光纤外面。当用抛磨的方法使光纤的包层厚度减小到倏逝波场存在的区域，也就是距纤芯仅几个微米的区域时，就形成了一个纤芯中传输光的倏逝波场的“泄漏窗口”。在此“窗口”处，人们就有可能利用倏逝场来激发、控制、探测光纤纤芯中光波的传播或泄漏。因为是利用侧边抛磨光纤包层中的倏逝场原理做成器件或传感器，所以制成的器件也称为光纤倏逝场器件。

虽然对波导中倏逝场的利用早已在集成光学波导和D型光纤中实现，但侧边磨抛光纤器件与他们相比较有明显的特长：低廉的成本，特别是与光纤光栅相比；对倏逝场利用的区域可人为控制；器件具有极小的插入功耗<0.5dB；极小的偏振相关性<0.02dB；背向反射极小<-50dB；易于与光纤系统熔接等。这些特点使得利用侧边磨抛光纤制造新型全光纤器件和多功能光纤传感器已成为研究开发的有效途径之一。

单纯的侧边磨抛光纤一般只能实现强度传感，为此侧边磨抛光纤一般需要在抛磨的侧边上覆盖一定厚度的膜，来实现对外界环境传感。传统的侧边磨抛方法，如图1所示，先用刀具在石英块上刻划弧形槽(即图中光纤占的槽)，再在弧形槽3中嵌压光纤并使之与槽块粘好，在光纤两端分别接稳定激光光源和光功率计，其中，光纤包括纤芯1和包层2；在研磨块上放置磨料与合适的溶剂调成膏状，将嵌压光纤的石英槽块3与研磨块相互摩擦，并实时监视光功率，至指定的光功率下降时停止研磨；清洗吹干并作表面处理以降低研磨表面的划痕与微裂纹带来的影响；然后在磨抛表面制作一定厚度的覆盖层4。

传统的侧边磨抛方法有如下缺陷：一方面，传统的磨抛工艺制作前一般需要刀具在石英块上划槽，将光纤嵌压粘在刻划的槽里；研磨过程要求对光纤的输出光功率的变化实时监控来判断剩余纤芯厚度，整个研磨过程中都必须连接着光源与光功率计增加了制造的工序复杂度；而且传统的磨抛工艺环境潮湿，对溶剂有特殊要求。另一方面，传统磨抛工艺制作侧边磨抛光纤时其侧边必须完全磨抛掉，在磨抛掉的侧边覆盖膜较薄时，需要外界环境折射率要接近光纤材料，以使TE、TM模的偏振相关性较小；为了弥补这种缺陷，很多研究者采取增大膜厚的方法即覆盖膜采用厚膜来减小偏振相关性，却又造成传感器的自由谱范围减小，从而限制了器件的应用范围。此外，传统制作过程中覆盖膜的膜厚控制工艺的苛刻复杂，这些因素造成侧边磨抛光纤难以实用化。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于平板波导共振耦合的光传感器、调制器及其制作方法，能够避免现有技术中侧边磨抛方法长时间的在线监测，简化膜厚控制工艺，且沟槽形状及宽度控制灵活，使得填充敏感物质的形状位置可能性大大增加，容易满足不同场合的应用需求。而且本发明在光纤器件上的实现原理可以拓展到波导器件上。

第一方面，本发明提供了一种基于平板波导共振耦合的光传感器的制作方法，所述方法包括：