[发明专利]一种基于余弦弯曲的桥型交叉结构的聚合物微纳光纤

说明书

本发明提出一种低串扰的基于余弦弯曲的桥型交叉结构，其包括交叉聚合物微纳光纤、交叉角度、弯曲高度、弯曲宽度、直径、纤芯、包层、直径，其特征在于所述两根聚合物微纳光纤以一定的交叉角度交叉，所述两根聚合物微纳光纤的纤芯材料相同，包层材料相同，直径也相同。在三维空间中交叉的聚合物微纳光纤由于倏逝波耦合产生串扰，通过改变桥型结构的弯曲宽度和弯曲高度来降低倏逝波耦合的效率，从而极大地降低串扰，同时聚合物微纳光纤具有较高的机械强度以及优良的弹性和柔韧性。本发明有利于构筑超紧凑结构复杂的光子学器件和小型化集成光路。在光通信，传感和非线性光学领域具有极好的潜力。

技术领域

本发明涉及光通信，传感和非线性光学领域，特别涉及一种基于余弦交叉结构的聚合物微纳光纤。

背景技术

随着纳米技术的快速发展，对更高集成密度、更快响应速度以及更低损耗的需求不断增加从而使光子学器件和集成光路的小型化引起了越来越多的关注，其中光信号在聚合物微纳光纤(Polymer Micro-nano Fiber，PMNF)中的传输对于实现超紧凑小型化光子学器件起到至关重要的作用。由于无机材料的微纳光纤的柔韧性和弹性较差，使器件的组装受到了很大的限制。与传统的无机材料微纳光纤相比较，PMNF具有独特的机械性能，特别是柔韧性和弹性非常好，这对于组装结构复杂和超紧凑的光子器件是有利的。作为一种性能优良的聚合物材料，聚对苯二甲酸丙二醇酯(Polytrimethylene terephthalate，PTT)具有较高的机械强度及优良的柔韧性和弹性，其弹性恢复率大于90%。从可见到近红外波段，非晶态PTT具有极好的透光性能，其透过率约为90%。PTT的折射率较大为1.638，可以提供良好的光学限制。PTT具有耐热性较好，模塑温度和熔体温度低等加工优势且加工成本低。因此，PTT是一种十分有前景的微纳光纤材料，PTT纤维也是构筑超紧凑光子学器件及小型化集成光路的最佳选择之一。

聚合物微纳光纤具有较大的倏逝场、强约束及低损耗的优点；尤其是具有良好的结构构筑能力，因此其在光学传感和光功率传输等方面具有巨大潜力。至今为止，聚合物微纳光纤已成功应用于非相干发光器件、全光调制器、光学传感器、以及光电探测器等。由于聚合物微纳光纤的直径接近或小于工作波长，能够引导光纤外较强的倏逝场，当彼此靠近或者交叉时，有助于近场光学相互作用或耦合。尽管这种近场光学相互作用有利于光学传感器和环形谐振器的高效耦合。然而在必须避免串扰的密集集成应用中，以及为了使用具有更高灵活性的聚合物微纳光纤并将其组装到高密度集成光子器件中，必须将串扰消除或最小化。此外，串扰对交叉角度和分离距离的敏感性可以应用于对角度或位移敏感的光学传感器。目前尚未研究两根聚合物微纳光纤交叉结构的串扰，尤其当两根聚合物微纳光纤以较大角度交叉时，对于最小化串扰至关重要，因此有必要提出一种基于余弦弯曲的桥型交叉结构的聚合物微纳光纤。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于余弦弯曲的桥型交叉结构的聚合物微纳光纤，其中包括交叉聚合物微纳光纤、纤芯、包层、弯曲高度、弯曲宽度、直径，其特征在于所述两根交叉聚合物微纳光纤在三维空间中以一定的角度交叉，所述两根交叉聚合物微纳光纤的纤芯材料相同，包层材料相同，所述两根交叉聚合物微纳光纤的直径相同。

按照上述方案，所述的基于余弦交叉结构的聚合物微纳光纤，其特征在于所述的聚合物微纳光纤间由于倏逝波产生的串扰满足以下的线性关系式：

其中Crosstalk表示由倏逝波耦合产生的串扰值，P₁表示第一根聚合物微纳光纤的输入功率, P₂表示第二根聚合物微纳光纤的输出功率。

按上述方案，所述的基于余弦交叉结构的聚合物微纳光纤，其特征在于所述的桥型结构的聚合物微纳光纤的串扰随着弯曲高度的增加而减小，当直径为900nm，弯曲宽度为12μm时，弯曲高度在1500nm~2000nm范围内，串扰均低于0.68%，即低于-21.7dB。