專利名稱：基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖器件的制造，特別是一種基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分 束器。本發(fā)明具有分束多、各束等光強、體積小和損耗小特點，并且結(jié)構(gòu)簡單，適用譜帶 寬和效率高的特點，應(yīng)用范圍廣。
背景技術(shù)：
"分束"是光學(xué)系統(tǒng)中經(jīng)常用到的技術(shù)，即將一束光分成多束光。最早的多光束分束 器件是將光束斜入射到"玻璃堆"或"單片透明介質(zhì)"，其反射和透射光就為入射光的分 束結(jié)果，以后人們采用鍍膜技術(shù)在各種基片或薄模材料上鍍介質(zhì)模實現(xiàn)了不同分束比可控 的單片分束鏡。另一種常用的分束器件是"棱鏡分束器"。這些"一分為二"的分束鏡是 目前普遍使用的光學(xué)分束器件。近年來也有將"達曼光柵"的一級衍射作為分束應(yīng)用地實 例。在普通光纖系統(tǒng)中，分束是利用多根光纖纖芯之間的模式耦合效應(yīng)實現(xiàn)的，依靠纖芯 之間距離調(diào)整分束比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器,它是對現(xiàn) 有技術(shù)的改進。利用該種光子晶體光纖的"全內(nèi)反射型導(dǎo)光"和"帶隙限制導(dǎo)光"的雙重 作用的結(jié)果，實現(xiàn)將在光子晶體光纖中心入射一束光轉(zhuǎn)變到周邊分布的固體芯出射的多束 光，具有分束多、各束等光強、體積小和損耗小特點。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，適用譜帶寬和效 率高的特點，應(yīng)用范圍廣。
本發(fā)明提供的基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器包括高折射率固體芯 光子晶體光纖l,微透鏡列陣2，多束集成導(dǎo)出單模光纖3及其固定毛細管4，外套管5。
上述的高折射率固體芯光子晶體光纖是在硅質(zhì)纖芯周圍排列一圈摻雜(鍺)的高折射 率棒構(gòu)成導(dǎo)光固體芯，由于"全內(nèi)反射型導(dǎo)光"和"帶隙限制導(dǎo)光"的雙重作用，使入射 到芯區(qū)的光只能耦合到高折射率固體芯中傳輸，即形成分束上述的微透鏡列陣置入在高 折射率固體芯光子晶體光纖的輸出端，將分束出射的光分別耦合到對應(yīng)的導(dǎo)出單模光纖
中；上述的多束集成導(dǎo)出單模光纖是將單模光纖按照與前述光子晶體光纖的固體芯對應(yīng)的 多束集成形式排列；上述的固定毛細管用于將多束集成導(dǎo)出單模光纖位置固定；上述的外 套管是將高折射率固體芯光子晶體光纖和多束集成導(dǎo)出單模光纖束兩部分固定成一體。
所述的高折射率固體芯光子晶體光纖是以硅(石英)為基質(zhì)，光纖芯區(qū)的折射率為 1.45，直徑為7—14微米。
所述的高折射率固體芯光子晶體光纖中的高折射率固體芯為摻鍺玻璃(石英)，其折射率為1.65，直徑D為4一8微米，固體芯間距A為5 — 10微米。所述的高折射率固體芯光子晶體光纖的長度小于IO毫米。所述的微透鏡列陣是與固體芯徑結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)的微光學(xué)非球面透鏡列陣耦合器。所述的多束集成導(dǎo)出單模光纖是與微透鏡列陣位置一一對應(yīng)普通單模光纖集束排列，并用毛細套管固定。
所述的高折射率固體芯光子晶體光纖與多束集成導(dǎo)出單模光纖的間距可調(diào)。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)結(jié)構(gòu)簡單。分束過程僅由一段高折射率固體芯光子晶體光纖完成。(2)分束光的參數(shù)完全相同。由于每個固體芯的邊界條件和設(shè)計參數(shù)完全相同，因此在其中傳輸?shù)母鱾€分束光的光強、傳輸時間、波長等參數(shù)完全相同。這在傳統(tǒng)分束器上很難做到。(3)適用譜帶寬。該分束器可以適用于600 1700nm的帶寬。這在傳統(tǒng)分束器上很難做到。(4)效率高。由于兩種導(dǎo)光機制的共同作用，使入射到芯區(qū)的光被耦合到固體芯的效率要比傳統(tǒng)光纖分束器增加很多。


圖1為本發(fā)明基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中所示的六固體芯光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為圖1中所示的六固體芯光子晶體光纖的分束工作原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，它們不是限定本發(fā)明的保護范圍。如圖l所示，1為高折射率固體芯光子晶體光纖；2為微透鏡列陣；3多束集成導(dǎo)出單模光纖；4為毛細固定套管；5為外套管。
圖2中l(wèi)一l為硅基纖芯；1—2為高折射率固體芯；1—3空氣孔內(nèi)包層；l一4為光纖外包層。A為空氣孔(固體芯)之間的間距；D為空氣孔(固體芯)的直徑。
本發(fā)明的基于高折射率固體芯光子晶體光纖分束器是利用高折射率固體芯光子晶體光纖實現(xiàn)將一束入射到芯區(qū)的光分為多束，且各束等光強的分束過程，再由微透鏡列陣耦合到一一對應(yīng)的多根單模光纖實現(xiàn)輸出。高折射率固體芯光子晶體光纖的分束機理是因為該光子晶體光纖具有"全內(nèi)反射型導(dǎo)光"和"帶隙限制導(dǎo)光"雙重作用。因為，對于該光子晶體光纖中的"固體芯"其折射率高于周圍材料，故"固體芯"內(nèi)可以靠全內(nèi)反射的形式導(dǎo)光；而對于光纖芯區(qū)(光纖對稱中心)由于其折射率低于周圍的"固體芯"，故形成了 "共振型帶隙"。通過設(shè)計光纖參數(shù)使入射光波長處于"共振型帶隙"之間，就可以導(dǎo)致該波長的光不被限制在芯區(qū)內(nèi)，而是耦合到周邊的"固體芯"內(nèi)，再由固體芯內(nèi)的全內(nèi)反射機制導(dǎo)出，從而實現(xiàn)將在中心入射一束光(左側(cè)，單束中心入射)轉(zhuǎn)變成周邊出射多束光(右側(cè)，多束固體芯輸出)，如圖3。這些光束再由微透鏡列陣分別耦合進普通單模光
纖導(dǎo)出，就構(gòu)成了本發(fā)明的光纖分束器。因此該分束方法具有分束多，各束光參數(shù)(強度、頻域和時域特性)完全相同，體積小和損耗小等特性。該器件中各部件的連接關(guān)系為，單束激光垂直入射在高折射率固體芯光子晶體光纖1的輸入端中心處，經(jīng)過上述的"雙導(dǎo)引"機制使入射光被耦合到周圍的固體芯中，則經(jīng)過該光纖后產(chǎn)生了多束等光強激光，再經(jīng)過微透鏡列陣2將分束后的激光耦合進對應(yīng)的多束集成導(dǎo)出單模光纖，形成分束輸出。
固體芯光子晶體光纖是在普通硅基(石英)光子晶體光纖的基礎(chǔ)上將芯區(qū)周圍第一層空氣孔替換成比芯區(qū)折射率高的材料構(gòu)成固體棒，從而形成分束導(dǎo)光通道。通過調(diào)節(jié)空氣孔(固體棒)的孔中心距(A)和空氣孔(固體棒)直徑(D)就可以調(diào)整零色散點的位置，以適應(yīng)不同波段激光器的需要。
應(yīng)用實施例l:對于石英材料光纖，零色散在800nm波段，圍繞芯區(qū)集成6個高折射率固體棒(摻鍺)形成單層內(nèi)包層(見附圖2)，光纖參數(shù)A=7.5pm， D=4.6pm;
應(yīng)用實施例2:對于石英材料，零色散在1550nm波段，光纖結(jié)構(gòu)同上，光纖參數(shù)A=8. O(xm， D=6.2^m。
固體芯光子晶體光纖長度小于10mm。
具體拉制方法與普通光子晶體光纖的拉制方式相同，只是在硅基芯區(qū)棒周圍排一層摻雜的高折射率棒。預(yù)制棒制作采取按要求尺寸和溫度梯度的比例選擇棒(管)堆積成型，外加套管固定；適當(dāng)拉伸后取中段，檢測參數(shù)；合格后再次適當(dāng)拉伸后取中段，該過程直至獲得所要求的預(yù)制棒尺寸，最后在光纖拉制塔上拉制成光纖。
經(jīng)高折射率固體芯光子晶體光纖分束后的光束由微透鏡列陣耦合到一一對應(yīng)的普通單模光纖中導(dǎo)出；這些普通單模光纖用毛細管固定，構(gòu)成多束集成導(dǎo)出單模光纖；高折射率固體芯光子晶體光纖與多束集成導(dǎo)出單模光纖這兩部分的外徑相同，放置于外套管內(nèi)；調(diào)整二者之間的距離，當(dāng)耦合損耗最小時，將兩部分與外套管粘接固定，就構(gòu)成整個光纖型分束器。
該光纖分束器將一束中心入射的某波長范圍的光耦合到周圍排列的固體芯中導(dǎo)出，所以多束出射光在強度、時間和光譜特性上都是完全相同的；由于所用光纖很短和固體芯在導(dǎo)光波段被設(shè)計在零色散附近，所用分束后的光束特性與入射光特性也幾乎不變。這些就是該光纖分束器的突出特點。
權(quán)利要求
1、一種基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器，其特征在于它包括高折射率固體芯光子晶體光纖、微透鏡列陣、多束集成導(dǎo)出單模光纖、固定毛細管及其外套管；所述的微透鏡列陣置入在高折射率固體芯光子晶體光纖的輸出端，將分束出射的光分別耦合到對應(yīng)的導(dǎo)出單模光纖中；所述的多束集成導(dǎo)出單模光纖是將單模光纖按照與前述光子晶體光纖的固體芯對應(yīng)的多束集成形式排列；所述的固定毛細管用于將多束集成導(dǎo)出單模光纖位置固定；所述的外套管是將高折射率固體芯光子晶體光纖和多束集成導(dǎo)出單模光纖束兩部分固定成一體。
2、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的高折射率固體芯光子晶體光纖是以硅(石英)為基質(zhì)，光纖芯區(qū)的折射率為1.45，直徑為7—14微米。
3、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的高折射率固體芯光子晶體光纖中的高折射率固體芯為摻鍺玻璃(石英)，其折射率為1.65，直徑D為4—8微米，固體芯間距A為5 —IO微米。
4、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的高折射率固體芯光子晶體光纖的長度小于10毫米。
5、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的微透鏡列陣是與固體芯徑結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)的微光學(xué)非球面透鏡列陣耦合器。
6、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的多束集成導(dǎo)出單模光纖是與微透鏡列陣位置一一對應(yīng)普通單模光纖集束排列，并用毛細套管固定。
7、 按照權(quán)利要求1所述的光纖分束器，其特征在于所述的高折射率固體芯光子晶體光纖與多束集成導(dǎo)出單模光纖的間距可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高折射率固體芯光子晶體光纖的光纖分束器。它包括高折射率固體芯光子晶體光纖、微透鏡列陣、多束集成導(dǎo)出單模光纖、固定毛細管及其外套管。微透鏡列陣置入在高折射率固體芯光子晶體光纖的輸出端，多束集成導(dǎo)出單模光纖是將單模光纖按照與光子晶體光纖的固體芯對應(yīng)的多束集成形式排列；固定毛細管用于將多束集成導(dǎo)出單模光纖位置固定；外套管是將高折射率固體芯光子晶體光纖和多束集成導(dǎo)出單模光纖束兩部分固定成一體。本發(fā)明將一束光分為多束，實現(xiàn)將在中心入射一束光轉(zhuǎn)變成周邊出射多束光，具有分束多、各束等光強、體積小和損耗小特點，并且結(jié)構(gòu)簡單，適用譜帶寬和效率高，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號G02B6/28GK101464541SQ200910067689
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者路 柴, 王清月, 程同蕾, 胡明列 申請人:天津大學(xué)