[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

说明书

本发明提出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，属于光纤器件制造技术领域。本发明装置包括端面斜切的集成光学芯片、端面平切的空芯光子带隙光纤环和尾纤夹具；通过尾纤夹具将两尾纤端面以最佳耦合角度和间距分别固定到集成光学芯片两出光口。本发明方法建立空芯光子带隙光纤环尾纤与集成光学芯片的直接耦合仿真模型，依据通过仿真计算出的最佳耦合角度和间距设计尾纤夹具，将空芯光子带隙光纤环与尾纤夹具固定，再与集成光学芯片耦合并固定。本发明实现了空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片低损耗、低背向反射、高环境适应性的直接耦合，应用于光纤陀螺中还可以消除熔接点给光路带来的非互易性影响。

技术领域

本发明属于光纤器件制造技术领域，具体涉及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。

背景技术

空芯光子带隙光纤是一种光子晶体光纤，导光机理是光子带隙效应，包层为周期性排列的薄壁玻璃管，形成二维光子晶体，产生光子带隙，纤芯大空气孔致使光子带隙产生频率极窄的缺陷态，光被限制在纤芯内传输。空芯光子带隙光纤导光时大于95％的光在空气中传输，而空气的环境敏感度远远小于二氧化硅，因此相比于传统的石英光纤，空芯光子带隙光纤大幅度降低了环境因素对光纤传输性能的影响，用其替代光纤陀螺中的传统光纤可以极大地提高光纤陀螺精度等性能，空芯光子带隙光纤陀螺被公认为是下一代光纤陀螺。

光纤陀螺基于Sagnac效应测量系统角速度，其结构中光纤环与集成光学芯片连接形成的闭合光路是产生Sagnac相位差的最关键敏感组件，因此高精度空芯光子带隙光纤陀螺对空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片的耦合质量有严格要求。目前空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片的主要连接方式是尾纤熔接，由于空芯光子带隙光纤端面的多孔结构，熔接质量极不可靠。并且熔接时由于表面张力，熔接点附件的空气孔发生塌陷，导光性能改变，损耗增大。另外，熔接点两侧材料不同，折射率发生突变，产生很强的背向反射光，背向反射光会与主光束发生干涉，影响主光束相位，造成转速测量误差。总之，目前空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片尾纤熔接连接方式损耗大、背向反射强，熔接点还会增加偏振交叉耦合，降低系统检测精度和可靠性，严重影响陀螺精度，阻碍空芯光子带隙光纤陀螺的发展。

发明内容

针对上述空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片尾纤熔接连接方式的缺点，本发明提出一种低损耗、低背向反射、高环境适应性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。

本发明的空芯光子带隙光纤环与集成光学芯片直接耦合装置，包括：端面斜切的集成光学芯片，空芯光子带隙光纤环，以及光纤环尾纤夹具；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。

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。

本装置通过尾纤夹具将两尾纤端面以最佳耦合角度和最佳耦合间距分别固定到集成光学芯片两出光口，尾纤夹具固定在集成光学芯片上还具有对空芯光子带隙光纤环两端面密封的作用，提高了耦合点的环境适应性，最终构成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装置。