[发明专利]多芯光纤与平面光波导耦合用的3D变换器及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201210294757.7 申请日: 2012-08-20
公开(公告)号: CN102819066A 公开(公告)日: 2012-12-12
发明(设计)人: 刘文;赵建宜;张晓吟;王磊;刘卫华;陈鑫;杨燕 申请(专利权)人: 武汉邮电科学研究院
主分类号: G02B6/26 分类号: G02B6/26;G02B6/122;G02B6/13
代理公司: 北京捷诚信通专利事务所(普通合伙) 11221 代理人: 魏殿绅;庞炳良
地址: 430074 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 光纤 平面 波导 耦合 变换器 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及光波导器件领域,特别是涉及一种多芯光纤与平面光波导耦合用的3D变换器及其制备方法。

背景技术

随着通信系统容量需求的快速提高,对光纤通信链路的传输容量要求越来越大,波分复用等技术已无法满足,因此,基于多芯光纤的多路径空分复用技术,作为下一代光纤通信系统传输链路物理媒质的有力候选者,在特种功能领域具有广泛地应用前景,已成为全世界各国研发人员的一个研究热点。

目前广泛使用的普通单模光纤是由一个纤芯区和围绕它的包层区构成的。而多芯光纤则具有在一个共同的包层区中存在多个纤芯的新型结构。依多芯纤芯的用途和芯间间距离不同,可将多芯光纤分为两类:一类是纤芯间隔较大,即多芯之间不产生光耦合的结构,该种类型的多芯光纤,可以制成具有多个纤芯的柱形或带状光缆,能提高传输线路的单位面积的集成密度,可大幅提高系统传输速率;另一类是芯间间隔较近时,纤芯之间产生强烈的光耦合,可实现模分复用、大功率传输等不同用途。

随着集成技术的进步,由于平面光波导集成技术具有体积小,调试简单,适合大规模生产的优点,越来越多的光有源或无源器件使用平面光波导集成技术。传统的平面光波导器件的输出端位于同一条直线上,而多芯光纤的纤芯通常沿轴向呈中心对称分布,因此使用常规方法很难将平面光波导器件输出的光信号耦合进入多芯光纤。

目前的两种解决方式:一种是采用自由空间光耦合的方式,使用透镜组将光波导器件的输出光通过透镜聚焦到光纤端面上相应的位置与相应的纤芯耦合。这种方式装置复杂,器件体积大,耦合效率低下,成本高昂,不适合大规模的应用于器件中;另一种是采用飞秒激光器,采用激光全息加工的方式,在硅基或者铌酸锂中制造光波导,实现三维光波导互联,这种方式对工艺要求很高,加工成本比较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种多芯光纤与平面光波导耦合用的3D变换器及其制备方法,能将多芯光纤中不在同一直线上的端口通过空间倾斜的光波导连接到平面光波导器件端面呈直线分布的端口,实现两者的耦合互联,设计灵活性较好,体积较小,成本较低,耦合效率较高,工艺成熟,成品率高,且易于大批量生产。

本发明提供的多芯光纤与平面光波导耦合用的3D变换器,包括若干倾斜一定角度的光波导及其两端的端口,其一端的端口分布与多芯光纤的端口分布对应,呈中心对称分布,另一端的端口分布与平面光波导的端口分布对应,呈一条直线分布。

在上述技术方案中,所述若干倾斜一定角度的光波导在空间中分布形成上、中间、下三个波导层,上波导层所在平面与中间波导层所在平面的夹角小于45度,下波导层所在平面与中间波导层所在平面的夹角也小于45度。

在上述技术方案中,所述光波导采用硅、硅基二氧化硅、III-V族半导体或聚合物材料制成。

在上述技术方案中,所述光波导采用离子注入工艺或者质子交换工艺制作。

在上述技术方案中,采用斜面抛光或者灰度掩膜刻蚀工艺实现光波导倾斜一定角度。

在上述技术方案中,所述平面光波导为阵列波导光栅、多模干涉器件、光纤阵列或者激光器阵列。

在上述技术方案中,包括第一上波导、第二上波导、第一中间波导、第二中间波导、第三中间波导、第一下波导、第二下波导、在一条直线上顺次排列的7个端口a、b、c、d、e、f、g、呈中心对称分布且与七芯光纤端口分布对应的端口a′、b′、c′、d′、e′、f′、g′,其中,端口a′和g′关于d′中心对称,端口b′和e′关于d′中心对称,端口c′和f′关于d′中心对称,端口a′、d′、g′位于同一直线上,端口b′、f′位于该直线上方,端口c′、e′位于该直线下方,端口b′、f′所在直线与该直线平行,端口c′、e′所在直线也与该直线平行,端口b′、f′所在直线、端口c′、e′所在直线与该直线之间的间距相等。

在上述技术方案中,所述第一上波导、第二上波导构成上波导层,第一中间波导、第二中间波导、第三中间波导位于同一平面,构成中间波导层,第一下波导和第二下波导构成下波导层,上波导层所在平面与中间波导层所在平面的夹角小于45度,下波导层所在平面与中间波导层所在平面的夹角也小于45度;第一上波导连接端口b和b′,第二上波导连接端口f和f′,第一中波导连接端口a和a′,第二中波导连接端口d和d′,第三中波导连接端口g和g′,第一下波导连接端口c和c′,第二下波导连接端口e和e′。

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