[发明专利]一种具有环境宽适的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法及装置

权利要求书

1.一种空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合装置，其特征在于，包括：集成光学芯片，空芯光子带隙光纤环，以及尾纤夹具；所述的集成光学芯片的端面斜切；所述的与集成光学芯片相耦合的空芯光子带隙光纤环的两尾纤的端面为平切；

所述的尾纤夹具有与集成光学芯片相配合的两个安装面a,b；设一个基准面，基准面与安装面a相互垂直；安装面a和安装面b互相垂直，安装面b与基准面的夹角为最佳耦合角度θ；所述的尾纤夹具还开有两个光纤槽a,b，两个光纤槽的中心轴线位于安装面a的延伸面内，且两个光纤槽的中心轴线均垂直于基准面；

将空芯光子带隙光纤环两尾纤的涂覆层剥除并分别插入所述的尾纤夹具的两个光纤槽，当尾纤的端面距离安装面b的距离为间距Δ时，将尾纤与尾纤夹具固定；将尾纤夹具的两个安装面贴合到集成光学芯片上，调节尾纤夹具的位置，当探测到集成光学芯片的输出光功率最大时，固定尾纤夹具位置，并在尾纤夹具与集成光学芯片的接触面上涂满密封胶；所述的间距Δ是指当空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片进行耦合时，耦合端面之间的间距；

所述的尾纤夹具的外型为一个开有缺口的圆柱体，缺口位于圆柱体的前端面处，缺口所形成的两个面为安装面a,b，在缺口处挖出一段圆柱腔，圆柱腔与圆柱体同轴，标记靠近前端面的圆柱腔的一面为夹具内表面，圆柱腔内与夹具内表面相对的一面为光纤槽顶端面；光纤槽顶端面距离安装面b的距离要大于耦合间距Δ；光纤槽a和光纤槽b贯穿圆柱体的后端面和光纤槽顶端面；夹具内表面和夹具前端面的斜面角度都是最佳耦合角度；

最佳耦合角度θ和间距Δ通过仿真计算得到，当空芯光子带隙光纤环以设置的最佳耦合角度θ与集成光学芯片耦合，且耦合端面之间的间距为最佳耦合间距Δ时，耦合效率最大。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的集成光学芯片的端面具有10°的斜面角度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的尾纤夹具具有中空的内部，空芯光子带隙光纤环两尾纤插入光纤槽后，两尾纤的端面是悬空的。

4.根据权利要求1所述的装置的一种空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定空芯光子带隙光纤环尾纤与集成光学芯片的最佳耦合角度和间距；

将集成光学芯片的端面斜切，将空芯光子带隙光纤环尾纤的端面平切，建立端面斜切的集成光学芯片与端面平切的空芯光子带隙光纤环尾纤的直接耦合仿真模型；仿真空芯光子带隙光纤环尾纤与集成光学芯片在不同耦合角度和间距下的耦合效率，确定对应最大耦合效率的最佳耦合角度θ和间距Δ；

步骤2、设计具有密封作用的空芯光子带隙光纤环尾纤夹具；

所述的尾纤夹具保证在直接耦合装置安装时，空芯光子带隙光纤环尾纤与集成光学芯片以最佳耦合角度θ和间距Δ耦合；

步骤3、制作空芯光子带隙光纤环尾纤组件；

将空芯光子带隙光纤环两尾纤剥除一定长度涂覆层，分别插入尾纤夹具的光纤槽内，当尾纤的端面距离尾纤夹具的安装面b的距离为间距Δ时，用胶将尾纤与尾纤夹具固定，制成空芯光子带隙光纤环尾纤组件；

步骤4、将空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合；

搭建直接耦合调节光路，通过探测器观测集成光学芯片的输出光功率，调节空芯光子带隙光纤环尾纤组件与集成光学芯片耦合的位置，实时观察探测器示数，当示数达到最大值时，固定尾纤夹具当前位置，在尾纤夹具与集成光学芯片的接触面上涂满密封胶，实现对空芯光子带隙光纤环端面的局部密封。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的直接耦合仿真模型中，光在集成光学芯片的斜切端面处发生折射，根据折射定律确定光偏离集成光学芯片表面波导轴线的角度，但芯片表面波导的端面与空芯光子带隙光纤环尾纤的端面间存在间距，光场出射后存在发散角而导致模场变大，耦合角度不同，间距也不同，空芯光子带隙光纤环尾纤与集成光学芯片的耦合效率也不同。