[发明专利]一种光子晶体光纤耦合器

说明书

本发明公开了一种光子晶体光纤耦合器，包括5个完全相同的纤芯，依次标号为C1～C5，纤芯C2和纤芯C4关于纤芯C1在竖直方向对称排列，纤芯C3和纤芯C5关于纤芯C1在水平方向对称排列；所述纤芯位于由基底材料中周期性排布的圆柱体形成的排列方式呈正四边形晶格结构的二维光子晶体结构中，其由缺少一个低折射率圆柱体所形成的缺陷构成。本发明的结构可在较短的耦合器长度内，达到光能量平均分配到4个出射纤芯的目的。针对普通空气孔光子晶体光纤存在的气孔塌陷问题，提出了采用全固态光子晶体光纤耦合器方案，有利于解决普通空气孔光子晶体光纤拉制和熔接过程中存在的空气孔塌陷问题。

技术领域

本发明涉及光学通信与光纤传感技术领域，尤其涉及一种光子晶体光纤耦合器。

背景技术

光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的光纤无源器件，在光纤通信及光纤传感领域占有举足轻重的地位，已成为光纤通信和光纤传感领域不可或缺的一部分。双芯、多芯光纤是光纤结构中重要组成部分，特别是以双芯光纤为难质的有源和无源器件如定向耦合器、偏振分束器、模式转换器、偏振器等功能器件成为光纤系统中必不可少的元件。星型耦合器是在光通信网络和光纤传感系统中运用最为广泛的耦合器，通常制作星型耦合器的方法有两种：级联法和熔融拉锥法。然而，级联法存在的问题是耦合器结构比较复杂，器件体积较大，且有较大的插入损耗。而熔融拉锥法可以避免级联法中出现的问题，但是它很难保证耦合器各个输出端口的耦合效率的一致性。采用熔融拉锥法时，由于存在多根光纤捆绑问题，用这种方法很难制作出1×4光纤耦合器，因此，很少有关于1×4光纤耦合器的报道。

光子晶体光纤又叫微结构光纤或多孔光纤，以其结构设计上的灵活性及特殊性成为特种光纤研究领域的研究热点之一。光子晶体光纤可控参数多、设计灵活、通过堆拉工艺容易实现各种新型结构，为研制具有新颖特性的新型光子晶体光纤提供了广阔的设计空间。

自B.J.Mangan等人率先制作出双芯光子晶体光纤以来，有关双芯、多芯光子晶体光纤耦合特性的相关报道相继涌现。多芯光子晶体光纤本质上就是光定向耦合器，通过控制光纤的长度，可以获得不同分光比的定向耦合器。普通光子晶体光纤采用的背景材料一般由熔融石英制成，包层则由空气孔按三角形周期性结构均匀排列而构成。由于空气孔的存在，在拉制或熔接过程中，很难保证空气孔的完整性以及空气孔排列的均匀性，容易出现空气孔塌陷问题，结构的不均匀性还会造成光纤出现较大的约束损耗。

发明内容

针对现有技术所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种全固态的1×4光子晶体光纤耦合器，用于解决现有技术中采用多光纤捆绑熔融难以制作1×4光耦合器问题；同时采用固态材料替代普通光子晶体光纤的空气孔，有利于解决普通空气孔光子晶体光纤在拉制或熔接过程中存在的空气孔塌陷问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种光子晶体光纤耦合器，包括5个完全相同的纤芯，依次标号为C1～C5，纤芯C2和纤芯C4关于纤芯C1在竖直方向对称排列，纤芯C3和纤芯C5关于纤芯C1在水平方向对称排列；所述纤芯位于由基底材料中周期性排布的圆柱体形成的排列方式呈正四边形晶格结构的二维光子晶体结构中，其由缺少一个低折射率圆柱体所形成的缺陷构成。

作为进一步优化，所述基底材料为折射率相对较高的硅酸盐玻璃、软玻璃材料或聚合物材料，基底材料折射率为n1；所述圆柱体材料为与基底材料温度系数相匹配的材料，圆柱体材料对应的折射率为n2，其中n1＞n2。

作为进一步优化，设正四边形晶格任意两个最近的相邻点之间的距离长度为Λ，纤芯C2～C5与纤芯C1之间的距离为4Λ；圆柱体直径用d表示。

作为进一步优化，当耦合器工作时，光波从纤芯C1入射进耦合器，在耦合器中传输一段距离后光能量分别从纤芯C2～C5耦合出去，因此，纤芯C1称为入射纤芯，纤芯C2～C5称为出射纤芯。

本发明的有益效果在于：