[发明专利]一种微结构光纤器件

说明书

技术领域

本发明涉及微结构光纤领域，尤其涉及具有特殊耦合特性的微结构光纤器件。

背景技术

熔融拉锥是制作标准光纤耦合器、宽带光纤耦合器、光纤波分复用器等器件的主要方法，具有高精度、高效率、高可靠和高重复性的特点。熔融拉锥技术实现的基本方法就是将两根或以上的光纤，以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体结构的特殊波导器件。在光纤种类和波长确定的情况下，根据光功率的分配变化精确控制拉锥长度、熔融区大小、熔融温度，可以制作出各种光耦合器件。

由于本身技术的局限性，熔融拉锥技术很难制作结构复杂的光纤器件，例如，多个输出端口的光纤耦合器一般只能采用由多个1×2级联而成的方法来实现。其原因是，在拉锥过程中，很难对锥区的光纤分布进行严格的控制。因此，要制作出更为复杂的耦合器结构，就需要采用其它方法。

多芯光纤是光纤通信系统中常用的耦合元件，许多光学器件如定向耦合器、波分复用器、波分复用信道功率均衡器、光纤激光器中起稳定作用的窄带滤波器、可变衰减器、与功率有关的非线性耦合器、光纤温度传感器、掺铒光纤放大器中增益均衡的滤波器、光分插复用器中都用到了多芯光纤。多芯光纤利用光消逝场在纤芯之间的耦合作用，实现对光功率、波长和偏振态等多重选择功能。

传统多芯光纤的制作工艺比较繁琐，通常是利用化学气相沉积法做成二根预制棒，然后切去近一半、抛光、熔合，形成具有两个纤芯的预制棒[ Appl. Opt.,1994, 33(24): 5602-5610]。

光子晶体光纤的出现，为多芯光纤的实现提供了一种全新的方法。与普通多芯光纤的制作工艺相比，多芯光子晶体光纤的制作更为简单。其制作过程与普通光子晶体光纤相同：先按所设计的结构进行堆积，然后将预制棒通过光纤拉丝塔拉制而成。多芯光子晶体光纤具有比传统多芯光纤更优的传输性能，并可组成具有新奇特性和功能的新型的光纤器件，如宽带偏振分束器[ Applied Optics,2010, 49(16): 3042-3048]、宽带定向耦合器[ Opt. Lett.,2004, 29(21): 2473-2475，J. Opt. A: Pure Appl. Opt.,2009, 11(1): 015102]、模式转换器[ J. Opt. A: Pure Appl. Opt.,2008, 10(11): 115304]、超高灵敏度光纤折射率传感器[ Opt. Lett.,2009, 34(3): 322-324，Opt. Express,2011, 19(5): 4091-4100]、波分复用器[Optics Express,2003, 11(24): 3188-3195，Journal of Lightwave Technology,2009, 27(13): 2343-2347]、单偏振光纤[ Journal of Lightwave Technology,2010, 28(10): 1443-1446]等器件。

然而，基于光子晶体光纤制作工艺的多芯光纤的应用存在较多困难：

(一)多芯光纤与普通光纤连接难度大。由于纤芯小、纤芯之间的距离近，而又需要准确地将光输入到特定的纤芯，以及将从多个纤芯输出的光分离并接入到不同的后续器件中去，因此真正实现非常困难。

(二)结构参数难以准确控制 虽然理论上可以采用与光子晶体光纤制作相同的工艺方法来制作微结构光纤耦合器，但是由于微结构光纤耦合器的传输性能与光纤的结构参数密切相关，在制作工艺导致的微小偏差就可以导致制作的光纤性能降低，甚至无法实现预期的功能。同时，微结构光纤耦合器对耦合器长度也有严格要求。因此，光纤制作完成后，还需要对耦合器长度进行精确的切割。当耦合器长度很短（微结构光纤耦合器的长度一般在毫米量级甚至更短）时，其制作将更为困难。

因此，以上大部分新型微结构光纤耦合器的研究还是停留在理论研究阶段。虽然可以采用特殊的工艺[ Opt. Lett.,2007, 32(4): 328-330]，在制备多芯光纤的预制棒的时候，引入单模光纤作为纤芯，从而实现与单模光纤的有效衔接。但这种方法采用了复杂、昂贵的光纤拉丝设备，制作成本很高。同时，由于只能在一端引入光纤作为尾纤，另一端仍然存在无法实现有效光耦合的缺点。同时，由于无法对输出光进行实时的监测，因此，器件的耦合性能与效果上难以获得有效的保障。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时实现选择性输入、输出，且具有微结构光纤的特殊传光特性的微结构光纤器件。