[发明专利]一种基于复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法及装置

说明书

本发明针对制约空芯光子带隙光纤陀螺性能的空芯光子带隙光纤环耦合问题，提出一种基于复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法及装置，属于光纤器件制造技术领域。装置包括：具有复合导光机制的空芯光子带隙光纤环、夹具以及集成光学芯片。方法包括：步骤1、获取空芯光子带隙光纤环的平整端面；步骤2、分别向端面的纤芯大空气孔和包层小空气孔内注入高折射率和低折射率光学胶；步骤3、将具有复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合。本发明无需熔接，消除了熔接点对光路互易性影响，通过选择填充合适的高低折射率光学胶，实现空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片低损耗、低背向反射、高可靠的直接耦合。

技术领域

本发明属于光纤器件制造技术领域，具体涉及一种基于复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法及装置。

背景技术

空芯光子带隙光纤基于光子带隙效应实现导光，其包层为周期性排列的玻璃管，形成高低折射率周期性分布的二维光子晶体，产生光子带隙，频率位于光子带隙内的光无法在其中传输，因而不能在包层中传输。而纤芯的大空气孔致使二维光子晶体产生缺陷，光子带隙产生频率极窄的缺陷态，该特定频率的光能在纤芯中传输，却由于光子带隙无法在包层中传输，光被限制在纤芯大空气孔内，实现导光。与传统的石英光纤相比，空芯光子带隙光纤导光时大于95％的光在空气中传输，大幅度减小了环境因素对光纤传输性能的影响，具有低弯曲损耗、低非线性度、抗辐射、低磁敏感度、低温度敏感度等优点，用其替代光纤陀螺中的传统光纤可以极大的改善光纤陀螺性能。因此，空芯光子带隙光纤是实现高精度光纤陀螺和深空探测用光纤陀螺的理想选择。

光纤陀螺结构中集成光学芯片与光纤环连接形成闭合回路，基于Sagnac效应敏感系统的转速信息，是光纤陀螺的核心部件，因此对于空芯光子带隙光纤陀螺，空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片的耦合质量对陀螺性能具有重要影响。集成光学芯片是一种集分光、调制、偏振等多功能的集成光波导器件，目前空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片主要是通过尾纤熔接的方法连接，分为平切和斜切两种熔接方式，由于空芯光子带隙光纤的多孔结构，熔接点的熔接质量极不可靠，且强度极低。而且熔接点处折射率发生突变，产生很强的背向反射，背向反射光与主光束会发生干涉，对主光束的相位产生影响。相较于平切熔接，斜切熔接在一定程度上降低了背向反射，但熔接难度更大，熔接点质量更难保证。另外，熔接过程中产生的高温会致使熔接点附近的空芯光子带隙光纤的空气孔发生塌陷，产生较大耦合损耗。总之，空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片尾纤熔接连接方式背向反射强、模场失配问题难以解决，导致损耗大，无法实现高效率传光，而且尾纤熔接点产生的微小非互易相移会破坏光路的互易性和对称性，对陀螺精度产生重要影响，严重阻碍空芯光子带隙光纤陀螺的发展。

目前，空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合的研究几乎处于空白，制约着高性能空芯光子带隙光纤陀螺的发展。

发明内容

本发明针对目前空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片尾纤熔接方式损耗大，背向反射强，熔接点产生的微小非互易相移会破坏光路的互易性和对称性，对陀螺精度产生重要影响，严重阻碍空芯光子带隙光纤陀螺的发展问题，提出一种基于复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法及装置。

本发明的基于复合导光机制的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合装置，包括：具有复合导光机制的空芯光子带隙光纤环、夹具以及集成光学芯片。空芯光子带隙光纤环通过注入光学胶，将与集成光学芯片出光口相耦合的一端的光纤段的导光机制转变为全内反射，光纤模场与集成光学芯片上的波导模场最大程度匹配。集成光学芯片的端面采用斜切方式，通过夹具将空芯光子带隙光纤环的端面固定到集成光学芯片的出光口，空芯光子带隙光纤的端面与集成光学芯片上的波导直接耦合。