[实用新型]高功率的PPLN脊型波导器件及其光纤耦合结构

说明书

本实用新型涉及高功率的PPLN脊型波导器件及其光纤耦合结构，其通过在光纤微细管的耦合端面上形成双凹槽结构，限定出彼此隔开的纤芯区域和两个点胶区域，由此允许仅在点胶区域与脊型波导之间填充紫外固化胶实现光纤与脊型波导的直接耦合，同时由于凹槽隔离作用可以阻挡胶水渗透至纤芯区域，保证光路上无紫外固化胶水，解决高功率下光纤波导耦合器件端面损伤问题，且双槽结构的光纤微细管制备简单、成本低，可以适用各种高功率光纤波导耦合器件。

技术领域

本实用新型涉及光通信器件领域，尤其涉及一种用于周期极化铌酸锂(PPLN)脊型波导的高功率光纤耦合结构，以及基于该光纤耦合结构实现的PPLN脊型波导器件。

背景技术

铌酸锂(LiNbO3)具有十分优异的非线性光学、电光、声光、压电等特性，并且机械性能稳定，耐高温，抗腐蚀，在可见光、近红外和中红外波段都具有较高的透过率，被广泛应用于光波导领域。铌酸锂光波导的制备最常用的方法是质子交换法和金属扩散法，由于这两种方法制备的波导器件波导层与衬底层的折射率相差较小，对光的限制作用较弱，且在制作过程中引入的外来离子会破坏铌酸锂晶体本身的性质，影响到波导的性能。近年来，基于铌酸锂单晶薄膜(Lithium Niobate on Insulator,LNOI)的集成光子学研究取得了很大的进展。基于周期极化铌酸锂单晶薄膜(Periodically Poled Lithium Niobate onInsulator,PPLNOI)的脊型波导结构，大大增加了波导的核壳折射率差异(铌酸锂晶体折射率与SiO₂包层折射率的差值约0.7)，因而波导的光学限域效应增强，从而可以提高铌酸锂波导中的非线性效应，另外铌酸锂脊型波导光学损伤阈值更高，特别适合高功率的频率转换器件。

图1示出了基于周期极化铌酸锂薄膜的脊型波导的一种结构，其自下而上依次包括衬底、SiO₂绝缘层和铌酸锂脊型波导。在现有技术中，往往要将光纤与该脊型波导进行耦合以形成脊型波导器件，其中通常是采用保偏或单模光纤与脊型波导直接耦合的方式。为了增加光纤与脊型波导之间的耦合面积，光纤通常要借助特制的光纤头实现与脊型波导的直接耦合，如图2所示，该光纤头一般为长度1-10mm、直径1-3mm的圆形微细管形式，其中，通过在光纤头与脊型波导之间填充满紫外固化胶水来实现两者之间的固化端接。

然而，借助上述耦合结构实现的PPLN脊型波导器件并不能适应高功率的应用场景，不能充分发挥PPLN脊型波导的高功率优势。例如，对于1550nm波段的倍频脊型波导器件为例，其在通过保偏或单模光纤输入到脊型波导的光功率比较弱(小于1W)时，能够正常工作；但是，当输入脊型波导的光功率过大(大于或等于1W)，例如光功率为3W时，在模场直径为10μm的保偏或单模1550nm光纤中，其光功率密度将会达到3.8MW/cm²，这已经远远超过紫外固化胶水的光功率损伤阈值，因此会导致紫外固化胶水损伤，通过紫外固化胶水直接端接的方式就会失效，进而诱导光纤及波导端面损伤，从而损坏PPLN脊型波导器件。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型公开了一种高功率的PPLN脊型波导器件及其光纤耦合结构，其中，通过在光纤微细管的耦合端面上形成双凹槽结构，从而形成彼此隔开的纤芯区域和两个点胶区域，由此允许仅在点胶区域与脊型波导之间填充紫外固化胶来实现光纤与脊型波导的直接耦合，同时由于凹槽的隔离作用可以阻挡胶水渗透至纤芯区域，保证光路上无紫外固化胶水，解决高功率下光纤波导耦合器件端面损伤问题，且双槽结构的光纤微细管制备简单、成本低，可以适用各种高功率光纤波导耦合器件。

具体而言，本实用新型的第一方面涉及一种用于高功率PPLN脊型波导器件的光纤耦合结构，其包括光纤微细管；

其特征在于，所述光纤微细管的耦合端面上形成有第一和第二凹槽，从而在所述耦合端面上限定出纤芯区域、第一点胶区域和第二点胶区域；

所述纤芯区域位于所述第一和第二凹槽之间，且包括用于与PPLN脊型波导耦合的光纤纤芯；