[发明专利]基于流体光波导的可调谐光波分束器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成型光学器件，尤其是一种集成型的可调谐光波分束器。

背景技术

光束的整形技术包括了对光束的聚焦、准直、偏转、分束、耦合等调控，通常调控光学介质的折射率分布就可以方便地实现对入射光束的聚焦、准直、偏转、分束等控制。近年来快速发展的微流控光学技术为我们提供了光束整形的新方法，其原理是通过控制流体流动来实现对光线微观尺度的控制。鉴于此，微流控技术和系统可以被引入可控折射率流体光波分束器的设计和制作中。首先利用一种折射率较高的流体在折射率较低的流体中的扩散和对流，形成一种可调控折射率分布的流体光波导，然后通过动态调控流体光波导的折射率分布来调谐光波分束器的分光比。

现有的光波分束器从器件构架上分，主要包括集成器件型和分立器件型两种；而从器件功能上分，主要包括固定分光比型光波分束器和可调谐分光比型光波分束器。近年来光学器件小型化、高集成度的应用需求，使得终端用户越来越青睐集成型的光波分束器，因此基于玻璃基底材料和Si基底材料的平面光波导型光波分束器得到了比较快的发展（比如，实用新型专利CN201477227U和CN2625917Y），主要应用于光通信和光传感领域。另一方面，光通信和光传感网的发展，越来越需要光波分束器具有动态地调谐分束器分光比的功能，以便满足网络灵活性和快速响应用户需求的要求，目前见于报道的可调谐光波分束器主要采用偏振分束技术，通过改变波片等器件的相位延迟来调谐分光比，属于分立器件型，器件结构十分复杂（参见中国发明专利CN102645707A和CN1529425A）。迄今为止，尚未有集成型的、可调谐光波分束器见于报道，为满足应用领域的迫切需求，本发明提出一种结合了集成型和可调谐功能的新型光波分束器，即基于流体光波导的可调谐光波分束器。

发明内容

为了克服已有光波分束器的结构复杂、制作困难、调控灵活性差、集成度不高的不足，本发明提供一种可动态调谐、集成度高、结构简单、制作方便、成本低廉的基于流体光波导的可调谐光波分束器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于流体光波导的可调谐光波分束器，包括流体光波导、入射激光器、光束接收面和流出流体贮存器，所述流体光波导上开有用于承载微流体的流道，所述流道包括一个芯层流体入口、两个对称的包层流体入口、流体微腔和两个对称的流体出口，所述芯层流体入口、包层流体入口均与所述流体微腔的入口侧连通，所述流体微腔的出口侧与两个流体出口连接，所述流体出口与流出流体贮存器连通，所述入射激光器和所述光束接收面同轴布置，所述入射激光器和所述光束接收面的轴线与流体流动方向垂直，所述芯层流体入口和包层流体入口内安装用以调节流体速度的流速调节设备，所述流速调节设备与控制芯层流体和包层流体流速以便实现光波分束和分光比控制的分束控制模块连接；

所述芯层流体和包层流体彼此之间只存在扩散和对流运动，包层流体环绕着芯层流体，所述芯层流体和包层流体是具有不同折射率的两种流体，所述芯层流体和包层流体在流体微腔中流动，共同构成流体光波导。

进一步，所述流速调节设备为注入流体的蠕动泵，当然，也可以采用其他的流速调节设备。

再进一步，所述包层流体折射率高于所述芯层流体折射率。

本发明的技术构思为：利用构成流体光波导的芯层和包层两种流体的扩散和对流过程动态调控波导折射率，影响两种流体扩散与对流过程并进而影响流体光波导折射率分布的主要因素包括芯层和包层流体的流速以及不同折射率微流体的选择。在有限长的微沟道中如果流体流速比较低，则扩散效应明显，此时无论是微腔的横截面方向还是沿着流体流动方向都要考虑扩散效应对浓度梯度的影响，而芯层流体在包层流体中的扩散正是渐变折射率流体光波导能够实现的理论基础。进一步地，与以往基于微流控光学技术的渐变折射率透镜不同，让包层流体折射率高于芯层流体折射率，形成折射率分布中心凹陷，并以此来进行光波分束。因此，通过控制芯层流体和包层流体的流速和流体种类不仅可以有效控制流体扩散浓度以及折射率的空间分布，还可以控制光波的分束和分光比。