[实用新型]一种基于陀螺光纤的PPLN波导耦合结构

说明书

本实用新型提出一种基于陀螺光纤的PPLN波导耦合结构，其包括单模或保偏光纤、模式匹配器、陀螺光纤和PPLN波导。其中，模式匹配器用于单模/保偏光纤与陀螺光纤之间的对接；并且，陀螺光纤用于直接与PPLN波导进行耦合。在本实用新型中，通过优化陀螺光纤与波导的本征模场匹配程度，提高了关于PPLN波导的光纤耦合效率。

技术领域

本实用新型涉及光通信器件领域，尤其涉及一种基于陀螺光纤实现的用于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导器件的高效耦合结构。

背景技术

光纤通信的飞速发展极大推动了光电器件的发展，在光网络中光的传输是通过低损耗光纤完成，而光信号的处理则由光电器件完成，因此各种光器件必须插入到光网络中才能实现相应功能，这就引入了插入损耗。波导器件-光纤所引起的耦合损耗一般是影响整个光网络插入损耗的主要因素。周期性极化铌酸锂(PPLN)波导是量子通信的核心关键器件之一，利用PPLN波导可实现通信波段光子到可见光波段的频率转换，然后使用商用硅探测器进行探测，可以解决通信波段单光子探测效率偏低的问题。基于逆向质子交换的PPLN波导因其折射率变化适中、光斑模式可控以及易于实现长芯片的制程优势，使得其具有传输和耦合损耗低、转化效率高等优点。

在现有的光纤-PPLN波导耦合技术方案中，通常采用单模光纤或者保偏光纤与PPLN波导直接耦合的方式，如图1所示。

光纤和PPLN波导器件的直接耦合会引入插入损耗问题，其中包括对准偏差损耗、菲涅尔反射引入的损耗(两端面多次反射损耗)以及光纤与波导的模场不匹配引起的模场失配损耗。其中，对准偏差损耗可以通过高精度调整架对准的方式来尽量消除，由端面反射所造成的菲涅耳反射损耗可以通过在表面镀增透膜来消除，因此光纤与波导的模场失配损耗成了插入损耗的主要因素。

在现有技术中，通常采用单模(保偏)光纤与PPLN波导直接对准耦合方式实现，信号从光纤进入PPLN波导通过模场匹配完成。对于SM-28e的标准单模光纤，其纤芯和包层对应的直径分别为9μm和 125μm，对于1550nm光波长，纤芯和包层对应的折射率分别为1.468和1.4627。经FDTD(Finite-Difference Time-Domain)模拟计算得到其模场直径(光强降低到最大光强的1/e^2处的两点距离)为10.1 μm。

因此，为了更高效地实现从光纤到PPLN波导的耦合，现有技术在PPLN波导的入射端设计了锥形的模式过滤器，单根波导结构如图2 所示。其中，模式过滤器是通过氢离子置换方法实现，通过离子扩散方程得到模式过滤器的折射率分布，并通过FDTD仿真计算其模场分布。

然而，由于标准单模光纤和PPLN波导的模场匹配不够完美，其耦合带来的损耗约为1dB，降低了PPLN波导的频率转换效率。

实用新型内容

针对现有的耦合技术缺陷，本实用新型提出一种新的基于陀螺光纤的用于PPLN波导的耦合结构，其中通过优化陀螺光纤与波导的本征模场匹配程度，提高了关于PPLN波导的光纤耦合效率。

具体而言，本实用新型的耦合结构可以包括单模或保偏光纤、模式匹配器、陀螺光纤和PPLN波导。其中，所述模式匹配器用于所述单模/保偏光纤与陀螺光纤之间的对接；并且，所述陀螺光纤用于直接与所述PPLN波导进行耦合。

优选的，所述PPLN波导与所述陀螺光纤的接触端面通过胶接的方式实现连接。其中，所述胶接可以是通过使紫外固化胶固化来实现的。

优选地，所述PPLN波导的端面可以镀有增透膜。

优选地，所述陀螺光纤与所述PPLN波导之间借助六维调节架来进行对准。

优选地，所述陀螺光纤的参数可以基于本征模场仿真计算的陀螺光纤-PPLN波导耦合效率与陀螺光纤模场直径的关系曲线来确定。其中，所述参数可以包括工作波长、模场直径、包层直径和/或涂覆层直径。