專利名稱：一種光子晶體光纖耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖耦合器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光子晶體光纖耦合器的制作方法。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖是利用光子晶體所特有的光子頻率禁帶特性將特定頻帶的光波嚴(yán)格地局限在纖芯內(nèi)傳導(dǎo)的新型光導(dǎo)纖維。它由單一介質(zhì)構(gòu)成，包層由一些在橫截面上周期性排列而在縱向保持不變的空氣孔組成。根據(jù)導(dǎo)光機(jī)制的不同，光子晶體光纖可分為兩類折射率導(dǎo)光型和帶隙導(dǎo)光型。光子晶體光纖具有很多獨(dú)特的性質(zhì)，如無截止單模傳輸特性、高非線性等，在光纖傳感、光纖通信領(lǐng)域受到越來越廣泛的關(guān)注。光纖耦合器是光網(wǎng)絡(luò)和光傳感系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分路和合路的重要器件。但是由于目前對(duì)光子晶體光纖耦合器研究多為理論基礎(chǔ)研究，缺少可靠的光子晶體光纖耦合器等器件，這使得光子晶體光纖的應(yīng)用受到很大的限制。因此，光子晶體光纖耦合器的制作對(duì)光子晶體光纖的應(yīng)用發(fā)展有重要的實(shí)際價(jià)值?，F(xiàn)有的商業(yè)光纖耦合器主要是單模光纖耦合器，其制作方法有以下兩種1、熔融拉錐法。熔融拉錐法是將兩根光纖平行或扭絞在一起，高溫加熱熔融的同時(shí)拉伸兩根光纖形成雙錐型，依靠光纖錐之間的強(qiáng)倏逝場(chǎng)實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的耦合。熔融拉錐法制作光纖耦合器工藝簡(jiǎn)單，成本低，性能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也適合制作單模光纖耦合器，已經(jīng)能進(jìn)行商業(yè)化批量生產(chǎn)。但是如果應(yīng)用到制作光子晶體光纖耦合器，其熔融拉錐過程會(huì)造成光子晶體光纖的空氣孔塌縮，破壞光子晶體光纖原來的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)和其所具有的特殊性能，所以不適用于制作光子晶體光纖耦合器。2、研磨膠合法。研磨膠合法是將兩根裸光纖分別嵌入兩塊石英塊中進(jìn)行光學(xué)研磨，然后將兩塊石英塊用光學(xué)膠粘合在一起，制作成光纖耦合器。研磨膠合法制作光纖耦合器耦合效率可調(diào)，偏振不敏感，方向性好，可用于單模光纖耦合器。目前也有用此方法制作光子晶體光纖耦合器的報(bào)道，但由于制作工藝復(fù)雜，特別是光學(xué)膠的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性較差，主要是在實(shí)驗(yàn)室中使用。考慮到既要保證光子晶體光纖的氣孔導(dǎo)光結(jié)構(gòu)不受破壞，同時(shí)又要保證耦合器能具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，因此，熔融拉錐法和研磨膠合法均不適用于制作光子晶體光纖耦合器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無需拉錐過程、不破壞光子晶體光纖原有氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖耦合器的制作方法。通過上述方法還能夠保證所制作的光子晶體光纖耦合器具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，具體步驟如下
本發(fā)明光子晶體光纖耦合器的制作方法，包括下述的步驟S1、將兩根光子晶體光纖放置于光纖側(cè)邊拋磨機(jī)上，監(jiān)控并調(diào)整光子晶體光纖的軸向姿態(tài)，保證兩根光子晶體光纖從空氣孔排列組成的正六邊形邊或角位置進(jìn)行側(cè)邊拋磨的一致性；S2、將兩根經(jīng)步驟SI側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖置于光纖熔融裝置，調(diào)整兩根光子晶體光纖的拋磨面以及拋磨面之間的距離，保證兩根光子晶體光纖的拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)；S3、將納米石英粉置于經(jīng)步驟S2相向平行對(duì)準(zhǔn)的兩根光子晶體光纖的拋磨面之間，用火焰加熱納米石英粉使其熔融形成助粘層，使兩根側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖緊密粘合制成稱合器。優(yōu)選的，步驟SI中，采用定軸技術(shù)確定從空氣孔排列組成的正六邊形的邊位置或者角位置進(jìn)行側(cè)邊拋磨。優(yōu)選的，經(jīng)側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖整個(gè)拋磨區(qū)的長(zhǎng)度為lO-lOOmm，在此長(zhǎng)度范圍內(nèi)能保證在兩根光子晶體光纖更好的粘合。優(yōu)選的，步驟S2中，側(cè)邊拋磨光子晶體光纖拋磨面姿態(tài)調(diào)整是采用攝像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，其具體步驟為S21、利用顯微攝像系統(tǒng)找到一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面；S22、軸向旋轉(zhuǎn)步驟S21所述側(cè)邊拋磨光子晶體光纖，將其拋磨面調(diào)整至與另一根光纖相向的姿態(tài)；S23、重復(fù)步驟S21和S22，調(diào)整另一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面，使兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)；S24、調(diào)整兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面之間的距離，并用夾具固定。優(yōu)選的，步驟S3具體為調(diào)整兩根光子晶體光纖拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)，涂覆納米石英粉在兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖粘合處后夾緊，監(jiān)控光源從任意一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖一端注入，監(jiān)測(cè)兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的輸出端的光功率，用火焰加熱光子晶體光纖粘合區(qū)，觀察并記錄兩個(gè)輸出端的功率及其比值，達(dá)到設(shè)定的耦合比率后熄滅火焰，制作過程完成。優(yōu)選的，步驟S3中，所述的納米石英粉的顆粒直徑為lO-lOOnm，形成的石英助粘層的厚度為10-500nm，此厚度能保證兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖具有很好的光學(xué)特性和機(jī)械穩(wěn)定性。優(yōu)選的，所述納米石英夾層均勻分布在兩根光子晶體側(cè)邊拋磨面區(qū)域。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果1、本發(fā)明的耦合器制作過程采用側(cè)邊拋磨和熔融粘合的方法，無需拉錐過程，不會(huì)造成空氣孔塌縮變形，保證了光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的完整性，所制作的光子晶體光纖耦合器保持光子晶體光纖的性能。2、本發(fā)明的耦合器制作過程采用熔融納米石英粉助粘合的方法，不用傳統(tǒng)光學(xué)膠，可實(shí)現(xiàn)制作機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好的光子晶體光纖耦合器。


圖1是光子晶體光纖橫截面示意圖；圖2是光子晶體光纖空氣孔排列組成的正六邊形邊位置側(cè)邊拋磨的示意圖；圖3是光子晶體光纖空氣孔排列組成的正六邊形角位置側(cè)邊拋磨的示意圖；圖4 Ca)是兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖平行粘合示意圖；圖4 (b)是圖4 Ca)虛線框內(nèi)粘合區(qū)橫截面示意圖；圖5是兩根光子晶體光纖拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)后，納米石英粉涂覆在兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖拋磨面粘合區(qū)的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本實(shí)施例光子晶體光纖耦合器的制作方法如下1、制作兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖。光子晶體光纖軸向姿態(tài)控制下的側(cè)邊拋磨，保證兩根光子晶體光纖從空氣孔排列組成的正六邊形邊位置或角位置進(jìn)行側(cè)邊拋磨的一致性。圖1中所示結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，由纖芯I和空氣孔2組成，空氣孔結(jié)構(gòu)組成了正六邊形，采用定軸技術(shù)確定從正六邊形的邊位置(圖2所示)或者角位置(圖3所示)進(jìn)行側(cè)邊拋磨。為了更好的使兩根光纖拋磨面進(jìn)行夾緊粘合，制作的側(cè)邊拋磨光子晶體光纖整個(gè)拋磨區(qū)長(zhǎng)度為40mm。為了易于實(shí)現(xiàn)光學(xué)耦合，制備的側(cè)邊拋磨光子晶體光纖在空氣中的損耗為 3. 5dB。2、兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖拋磨面對(duì)準(zhǔn)。將兩根經(jīng)步驟I側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖拋磨面姿態(tài)調(diào)整，確保拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)粘合，粘合圖如圖4 (a)、圖4 (b)所示；其具體步驟是利用顯微攝像系統(tǒng)找到側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面；然后軸向旋轉(zhuǎn)側(cè)邊拋磨光子晶體光纖，將其拋磨面調(diào)整至與另一根光纖相向的姿態(tài)；重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)；最后調(diào)整兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面之間的距離，并用夾具4固定。3、兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖熔融粘合。在兩根平行粘合的側(cè)邊拋磨光子晶體光纖間涂覆納米石英粉，用火焰加熱納米石英粉形成熔粘層作為助粘層，使兩根光纖熔融緊密粘合制成光纖耦合器。此處工藝最重要的環(huán)節(jié)在于納米石英粉夾層3的厚度以及均勻度，如圖5所示。監(jiān)測(cè)兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的輸出端的光功率。用火焰均勻加熱粘合區(qū)，觀察并記錄兩個(gè)輸出端的功率及其比值，達(dá)到設(shè)定的耦合比率后熄滅火焰，制作過程完成。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，包括下述的步驟: 51、將兩根光子晶體光纖進(jìn)行軸向姿態(tài)控制下的側(cè)邊拋磨，保證兩根光子晶體光纖從空氣孔排列組成的正六邊形邊位置或角位置進(jìn)行側(cè)邊拋磨的一致性； 52、利用顯微攝像裝置，分別調(diào)整兩根經(jīng)步驟SI側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖的拋磨面，保證兩根側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖的拋磨面之間的距離并實(shí)現(xiàn)相向平行對(duì)準(zhǔn)； 53、涂覆納米石英粉在兩根側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖的拋磨面之間，用火焰加熱石英粉使其熔融形成助粘的石英夾層，使兩根側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖緊密粘合制成耦合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，步驟SI中，采用定軸技術(shù)確定從光子晶體光纖空氣孔排列組成的正六邊形的邊位置或者角位置進(jìn)行側(cè)邊拋磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，經(jīng)側(cè)邊拋磨后的光纖整個(gè)拋磨區(qū)的長(zhǎng)度為10-100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，步驟S3中，納米石英粉的顆粒直徑為lO-lOOnm，形成的石英夾層的厚度為10_500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，所述納米石英粉均勻分布在光子晶體光纖拋磨面的粘合區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，步驟S2中，側(cè)邊拋磨光子晶體光纖拋磨面的調(diào)整是采用顯微攝像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，其具體步驟為: 521、利用顯微攝像系統(tǒng)找到一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面； 522、軸向旋轉(zhuǎn)步驟S21 所述側(cè)邊拋磨光子晶體光纖，將其拋磨面調(diào)整至與另一根光纖相向的姿態(tài)； 523、重復(fù)步驟S21和S22，調(diào)整另一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面，使兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)； 524、調(diào)整兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的拋磨面之間的距離，并用夾具固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖耦合器的制作方法，其特征在于，步驟S3具體為:調(diào)整兩根光子晶體光纖拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)，涂覆納米石英粉在兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖粘合處后夾緊，監(jiān)控光源從任意一根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖一端注入，監(jiān)測(cè)兩根側(cè)邊拋磨光子晶體光纖的輸出端的光功率，用火焰加熱光子晶體光纖粘合區(qū)，觀察并記錄兩個(gè)輸出端的功率及其比值，達(dá)到設(shè)定的耦合比率后熄滅火焰，制作過程完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光子晶體光纖耦合器的制作方法，包括下述步驟S1、將兩根光子晶體光纖進(jìn)行軸向姿態(tài)控制下的側(cè)邊拋磨；S2、再將兩根經(jīng)S1側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖的拋磨面進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，保證拋磨面相向平行對(duì)準(zhǔn)；S3、最后使用石英粉作為助粘劑，用火焰加熱石英粉使其熔融形成助粘的石英夾層，使兩根側(cè)邊拋磨的光子晶體光纖粘合在一起制成耦合器。本發(fā)明的過程不需要拉錐，因此可避免空氣孔結(jié)構(gòu)塌縮，同時(shí)不用傳統(tǒng)光學(xué)膠，因此也增強(qiáng)了器件的機(jī)械穩(wěn)定性。此種方法結(jié)合了熔融拉錐法和研磨膠合法的優(yōu)點(diǎn)，克服這兩種方法在制作光子晶體光纖耦合器時(shí)的不適用性，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性、機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好的光子晶體光纖耦合器的制作。
文檔編號(hào)G02B6/24GK103076653SQ201310011378
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者羅云瀚, 陳哲, 余金波, 衛(wèi)青松, 余健輝, 張軍, 唐潔媛 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)