本发明专利技术所公开的一种基于微流控技术的波导型可调光功率分束器，属于集成光子学领域，涉及光波导器件与技术。本发明专利技术提出的波导型可调光功率分束器由1个波导输入端口（1）、2个波导输出端口（6、10）、1个Y分支波导（由波导2、3、4、5、7、9构成）、1个微流体通道（8）构成。光信号通过光纤耦合到波导输入端口（1）后，光信号在光波导内传播，当到达Y分支处时，光信号发生分束，其光功率分束比与微流体通道内混合液体折射率有关。因而，通过改变微流体通道内混合液体的折射率，从而改变输出端口（6、10）光功率的输出，最终实现光功率分束器输出分束比的动态调控。本发明专利技术提供的波导型可调光功率分束器具有调控范围大、波长和偏振依赖性低、结构简单、易于设计与制作、易于调控等等诸多优点，在集成光子系统和微流体芯片中有广泛应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成光子学
，涉及光波导功能器件，具体指一种基于微流控 技术的波导型可调光功率分束器。
技术介绍
光波导器件因其结构紧凑、易于集成、性能稳定可靠等诸多优点而受到国内外研 究人员的广泛关注和重视，且近年来发展十分迅速。光波导器件是集成光子系统中的基本 单元器件，可通过采用不同方式进行集成(包括单片集成和混合集成)，从而实现具有特定 光信息处理功能的集成光子系统，它们在光通信、光信号处理、光学传感等领域有广泛应 用。 光功率分束器的实现方案有多种，按其实现形式主要分为体元件型、光栅型和波 导型结构。对于体元件型和光栅型结构，它们主要应用于全息、干涉光刻以及空间光通信系 统中，但都不适合用于集成光子系统。波导型光功率分束器是集成光子系统中不可或缺的 关键功能器件，其结构形式主要有方向耦合型波导结构、Y分支型波导结构、光子晶体型波 导结构、表面等离子型波导结构以及多模干涉型波导结构等多种设计方案。但是，这些结 构形式的光功率分束器的光功率分束比不能动态调控，使得其应用领域和范围受到较大限 制。基于此，波导型可调光功率分束器的研究开始引起了人们的广泛关注，它是利用电光、 磁光或热光等物理效应来改变其各个分支中光功率输出，实现其动态调控。近年来，有关波 导型可调光功率分束器的设计方案较少，且存在诸多缺点，如动态范围小、损耗高、偏振依 赖性高、波长依赖性强、结构参数影响敏感、工艺制作难度大等，这离实际应用还有较大距 离。需要特别指出的是，这些方案均不能用于微流控光子系统。 与上述传统可调光分束器相比，基于微流控技术的波导型可调光功率分束器是一 类新型基础关键器件，不仅可在集成光子系统中用于实现新的光分束调控方法和技术，也 可在微流控光子系统中用于实现新的生物光子传感和化学分析与诊断等重要功能，其应用 前景十分广阔。目前，有关微流控可调光功率分束器的研究才刚刚开始，仍处于初步探索阶 段，其有关报道还很少，且在调控性能、稳定性、与其它器件集成等某些或多个方面存在明 显缺点，使其潜在应用大大受到限制。因而，探索新型波导型可调光功率分束器对于集成光 子学领域发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于微流控技术的波导型可调光功率分束器，该分束器 由非对称Y分支波导和和微流体通道构成，波导内光束在Y分支处发生分束，其分束比与微 流体通道中的液体折射率密切相关。通过改变液体的折射率，从而实现两分支波导输出光 功率的动态调控。该器件具有结构简单、易于设计和制作、波长依赖性低、测试简便等诸多 优点。 本专利技术技术方案如下： 一种基于微流控技术的波导型可调光功率分束器，如图1、图2和图3所示，其中图I 为器件俯视平面图，图2和图3分别为器件在图1中A1Ap B1B2连线进行剖分的波导截面 示意图。该分束器包括采用上包层材料15、芯层材料16和下包层材料17构成的一个非 对称Y型分支波导结构、微流体通道8 (其流体输入端口为11和12,流体输出端口为13)、 上基片14、下基片18组成；所述Y型分支波导结构包括光输入直波导2、第一偏向波导3、 第二偏向波导4、第三偏向波导5、光输出直波导7和光输出直波导9。所述光输入直波导 2与光输出直波导7之间由第一偏向波导3、第二偏向波导4和第三偏向波导5顺序连接， 使得光输入直波导2与光输出直波导7相互平行；光输入直波导2与光输出直波导9在 同一直线上。微流体通道8位于光输出直波导9之上，且与第一偏向波导3的侧面相邻。 第一偏向波导3、第二偏向波导4和第三偏向波导5与光输入直波导2之间的夹角分别为 和在，所述夹角由上包层材料15、芯层材料16和下包层材料17的折射率决定。 两种不同浓度的液体由输入端口 11和输入端口 12分别注入，然后混合，其混合液 体19再流经微流体通道8,最后经由输出端口 13输出。光信号通过锥形光纤由端口 1输 入，耦合进直波导2后，然后传输到Y型分支处而分成两束光，其中一束光经由第一偏向波 导3、第二偏向波导4和第三偏向波导5传播，最后从直波导7的输出端口 6输出，而另一束 光经由直波导9的输出端口 10输出，从而实现光功率分束过程。 本专利技术提供的基于微流控技术的波导型可调光功率分束器由有机聚合物材料构 成，器件为Y分支波导结构和微流体通道结构构成，采用光学光刻方法可容易制作，这里不 再详细介绍其制作过程。 本专利技术的工作原理是： 本专利技术提供的基于微流控技术的波导型可调光功率分束器的波导横切面分别如图2 和图3所示，设上包层材料15和下包层材料17折射率分别为％和，、芯层材料16折射率为 %，包层材料和芯层材料均为有机聚合物材料；其波导芯层厚度、脊高以及宽度分别为4、 :&、以及_。而在微通道内混合液体19折射率为^，其折射率大小由输入端口 11和输入 端口 12分别注入的液体浓度和流速来决定。对于所设计的可调光功率分束器，图1中所示 的夹角冷需满足如下条件：其中其中％和^分别表示TE波在非波导位置处和波导位置处的等效折射率。 光信号输入到直波导2后，在Y型分支处发生分束，其中一束光依次经由第一偏向 波导3、第二偏向波导4、第三偏向波导5和直波导7传播，最后从端口 6输出，而另一束光 经由直波导9传播，从端口 10输出。通过改变输入端口 11和输入端口 12所注入的液体浓 度和流速，则微流体通道中混合液体19的折射率将发生变化，从而引起直波导9在Y型分 支处的等效折射率发生相应改变。根据光波导理论，两分支波导内光束功率将相应发生改 变，从而最终实现光功率分束器的动态调控输出。 本专利技术提出的波导型可调光功率分束器，是一种基于微流控技术的新型功能器 件。其原理是当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于微流控技术的波导型可调光功率分束器，包括波导1个输入端口（1）、2个波导输出端口（6、10）、 1个Y分支波导（由波导2、3、4、5、7、9构成）、1个微流体通道（8）构成；其特征在于，光信号通过光纤耦合到波导输入端口（1）后，光信号在光波导内传播，当到达Y分支处时，光信号发生分束，其光功率分束比与微流体通道内混合液体折射率有关；因而，通过改变微流体通道内混合液体的折射率，从而实现光功率分束器输出分束比的动态调控。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐雄贵，梁珊，陈明，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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