一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器的制造方法
【專利摘要】一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，包括雙芯光子晶體光纖和調(diào)溫裝置，其中調(diào)溫裝置包圍著雙芯光子晶體光纖，雙芯光子晶體光纖包括背景材料、空氣孔、纖芯和高折射率柱，空氣孔沿光纖長(zhǎng)度方向保持一致，并均勻分布在背景材料中，光纖中心是高折射率柱，其折射率高于背景材料，高折射率柱的兩邊是光纖的兩個(gè)纖芯。本發(fā)明的光子晶體光纖耦合器具備定向耦合器和波分復(fù)用/解復(fù)用功能，可以通過(guò)改變溫度在雙波長(zhǎng)定向耦合器功能和雙波長(zhǎng)波分復(fù)用/解復(fù)用器功能之間切換，切換時(shí)不需要改變耦合器的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)方便。
【專利說(shuō)明】—種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信、光纖傳感及光學(xué)集成等領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖耦合器是一種在光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的光無(wú)源器件，通常是由兩根或多根光纖波導(dǎo)構(gòu)成的耦合系統(tǒng)，其作用主要是將光信號(hào)進(jìn)行分路和合路。常用的光纖耦合器主要通過(guò)磨拋、熔合或熔融拉錐等技術(shù)手段，使兩根或多根光纖的纖芯相互靠近而形成稱合區(qū)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在不同光纖之間的稱合。傳統(tǒng)光纖稱合器一般存在體積較大、需要光纖的二次拉制等不足。
[0003]光子晶體光纖又稱微結(jié)構(gòu)光纖,按導(dǎo)光機(jī)制可以將其分為改進(jìn)的全內(nèi)反射導(dǎo)光和光子帶隙導(dǎo)光兩種，有些光子晶體光纖同時(shí)存在兩種導(dǎo)光機(jī)制。由于光子晶體光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性和所表現(xiàn)出的獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)，其在光纖通信、光纖功能器件、非線性光學(xué)及光纖傳感等方面展現(xiàn)出了誘人的應(yīng)用前景。雙芯或多芯光子晶體光纖可以由按特定結(jié)構(gòu)堆積好的預(yù)制棒一次拉制成形，能夠很容易地實(shí)現(xiàn)具有兩個(gè)或多個(gè)鄰近纖芯的光纖結(jié)構(gòu)。
[0004]2000年，巴斯大學(xué)的B.J.Mangan等人最早對(duì)改進(jìn)的全內(nèi)反射型雙芯光子晶體光纖的制作及其耦合特性進(jìn)行了研究【Electronics Letters, 2000, 36 (16):1358—1359】，向人們展示了光子晶體光纖多芯耦合的新穎特性，引起了人們極大的興趣，隨后各種不同特性的光子晶體光纖耦合器不斷涌現(xiàn)。采用高雙折射矩形格子雙芯光子晶體光纖可以實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)稱合器【Journal of Optics a-Pure and Applied Optics, 2004,6 (8):805.—808】，米用對(duì)雙芯光子晶體光纖纖芯向下?lián)诫s的方式可以實(shí)現(xiàn)工作頻帶極寬的光纖耦合器【OpticsLetters, 2004，29 (21):2473— 2475】，專利 CN103076653A、CN101694536A、CN103091771A 公開了不同種類的光子晶體光纖耦合器。上述研究所涉及的耦合器在制作完成后其功能就已經(jīng)固定，功能單一，使其應(yīng)用只能限定在特定場(chǎng)合。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開了一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，該耦合器在制作完成后具備兩種功能，可以根據(jù)使用要求的變化動(dòng)態(tài)切換，而無(wú)需因使用場(chǎng)合變化而更換另外的器件。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，包括雙芯光子晶體光纖和調(diào)溫裝置，調(diào)溫裝置包覆在雙芯光子晶體光纖的外部，用于調(diào)整雙芯光子晶體光纖的溫度，雙芯光子晶體光纖包括背景材料、空氣孔、纖芯和高折射率柱；
[0008]雙芯光子晶體光纖為圓柱狀正規(guī)光波導(dǎo)，內(nèi)部為背景材料，空氣孔、纖芯和高折射率柱均位于背景材料中，空氣孔均勻分布在背景材料中，且沿光纖長(zhǎng)度方向保持均勻，相鄰兩個(gè)空氣孔之間的距離相同，雙芯光子晶體光纖軸線位置為高折射率柱，高折射率柱的兩側(cè)對(duì)稱分布有兩個(gè)纖芯，高折射率柱的中心與兩個(gè)纖芯的對(duì)稱中心點(diǎn)重合。
[0009]相鄰三個(gè)空氣孔呈等邊三角形分布。
[0010]相鄰四個(gè)空氣孔呈正方形分布。
[0011]所述高折射率柱的截面為圓形或橢圓形。
[0012]高折射率柱采用折射率隨溫度變化的液體、液晶或固體材料，高折射率柱的折射率大于背景材料的折射率。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:本發(fā)明公開的一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器具備定向耦合器和波分復(fù)用/解復(fù)用功能，可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)定向耦合器和雙波長(zhǎng)波分復(fù)用/解復(fù)用器之間的狀態(tài)切換。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器橫截面示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明耦合長(zhǎng)度Lc隨高折射率柱折射率和波長(zhǎng)的變化關(guān)系示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明雙波長(zhǎng)定向耦合器與波分復(fù)用/解復(fù)用器切換原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，包括雙芯光子晶體光纖1和調(diào)溫裝置2，調(diào)溫裝置2包覆在雙芯光子晶體光纖1的外部，用于調(diào)整雙芯光子晶體光纖1的溫度，雙芯光子晶體光纖1包括背景材料3、空氣孔4、纖芯5和高折射率柱6 ;高折射率柱6的截面為圓形或橢圓形；高折射率柱6采用折射率隨溫度變化的液體、液晶或固體材料，高折射率柱6的折射率大于背景材料3的折射率；
[0018]雙芯光子晶體光纖1為圓柱狀正規(guī)光波導(dǎo)，內(nèi)部為背景材料3,空氣孔4、纖芯5和高折射率柱6均位于背景材料3中，空氣孔4均勻分布在背景材料3中，相鄰三個(gè)空氣孔4呈等邊三角形分布，或者相鄰四個(gè)空氣孔4呈正方形分布，且沿光纖長(zhǎng)度方向保持均勻，相鄰兩個(gè)空氣孔4之間的距離相同，雙芯光子晶體光纖1軸線位置為高折射率柱6，高折射率柱6的兩側(cè)對(duì)稱分布有兩個(gè)纖芯5,高折射率柱6的中心與兩個(gè)纖芯5的對(duì)稱中心點(diǎn)重合。
[0019]在f禹合器作為雙波長(zhǎng)定向f禹合器工作時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)同時(shí)從f禹合器的一端注入雙芯光子晶體光纖1的其中一個(gè)纖芯5，從耦合器另一端的兩個(gè)纖芯5同時(shí)輸出，兩個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的分光比相同；在耦合器作為雙波長(zhǎng)波分復(fù)用/解復(fù)用器工作時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)同時(shí)從耦合器的一端的其中一個(gè)纖芯5注入，從耦合器另一端的兩個(gè)纖芯5分別輸出，每個(gè)纖芯5輸出一種波長(zhǎng)的光信號(hào)。通過(guò)調(diào)溫裝置2調(diào)節(jié)耦合器的溫度，使得高折射率柱6的折射率隨溫度變化，實(shí)現(xiàn)耦合器在定向耦合器和波分復(fù)用/解復(fù)用功能間的切換，而不需要改變耦合器的結(jié)構(gòu)。
[0020]作為一種具體的可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器的實(shí)例，空氣孔4和折射率柱6的直徑均為2.0 μ m，三個(gè)相鄰空氣孔4呈等邊三角形分布，相鄰空氣孔間距為4.0 μ m，雙芯光子晶體光纖1的長(zhǎng)度為2.0mm。通過(guò)調(diào)溫裝置2使得高折射率柱6的折射率為1.60時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)分別為1.25 μ m和1.55 μ m的光波從輸入端口同時(shí)輸入稱合器時(shí)，由于它們對(duì)應(yīng)的稱合長(zhǎng)度相同，兩個(gè)波長(zhǎng)的光在輸出端的分光比都是相同的，其分光比為50:50,處于此狀態(tài)的耦合器可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)波長(zhǎng)等分光比定向耦合功能。通過(guò)調(diào)溫裝置2使得高折射率柱6的折射率為1.56時(shí)，兩個(gè)波長(zhǎng)1.25μπι和1.55 μ m所對(duì)應(yīng)的耦合長(zhǎng)度不再相等，耦合長(zhǎng)度值分別變?yōu)?.0_和0.4_，處于此狀態(tài)的耦合器可以實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)波分復(fù)用/解復(fù)用功能。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:在可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器中，兩個(gè)纖芯都可以傳播光能量，光能量在其中一個(gè)纖芯傳播時(shí)，總會(huì)有小部分的能量擴(kuò)散到另一個(gè)纖芯中，表現(xiàn)為兩個(gè)纖芯的能量發(fā)生耦合，隨著傳播距離的增加，光能量會(huì)在兩個(gè)纖芯之間周期性地交換。兩個(gè)纖芯的能量耦合行為可以用兩個(gè)纖芯相互作用模場(chǎng)形成的奇偶超模的疊加來(lái)描述，具有不同傳播常數(shù)的奇偶超模疊加的結(jié)果使得光能量沿傳播長(zhǎng)度周期性的轉(zhuǎn)移，耦合長(zhǎng)度L。定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，其特征在于:包括雙芯光子晶體光纖(1)和調(diào)溫裝置(2)，調(diào)溫裝置(2)包覆在雙芯光子晶體光纖(1)的外部，用于調(diào)整雙芯光子晶體光纖(1)的溫度，雙芯光子晶體光纖(1)包括背景材料(3)、空氣孔(4)、纖芯(5)和高折射率柱(6)；雙芯光子晶體光纖(1)為圓柱狀正規(guī)光波導(dǎo)，內(nèi)部為背景材料(3)，空氣孔(4)、纖芯(5)和高折射率柱(6)均位于背景材料(3)中，空氣孔(4)均勻分布在背景材料(3)中，且沿光纖長(zhǎng)度方向保持均勻，相鄰兩個(gè)空氣孔(4)之間的距離相同，雙芯光子晶體光纖(1)軸線位置為高折射率柱(6)，高折射率柱(6)的兩側(cè)對(duì)稱分布有兩個(gè)纖芯(5)，高折射率柱(6)的中心與兩個(gè)纖芯(5)的對(duì)稱中心點(diǎn)重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，其特征在于:相鄰三個(gè)空氣孔(4)呈等邊三角形分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，其特征在于:相鄰四個(gè)空氣孔(4)呈正方形分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，其特征在于:所述高折射率柱(6)的截面為圓形或橢圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的一種可調(diào)諧的兩用光子晶體光纖耦合器，其特征在于:高折射率柱(6)采用折射率隨溫度變化的液體、液晶或固體材料，高折射率柱(6)的折射率大于背景材料(3)的折射率。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK103676006SQ201310684774
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張智華, 李晶, 丁東發(fā), 馮文帥 申請(qǐng)人:北京航天時(shí)代光電科技有限公司