一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法，在将实芯光子晶体光纤环尾纤端部的涂覆层剥除，并对裸纤进行切割之后，在对端面进行研磨抛光之前，将尾纤浸入低折射率固化胶中，使尾纤空气孔中填充固化胶，且固化胶固化后的填充深度大于待研磨量，这样，在对端面进行研磨抛光时，可避免空气孔壁产生微裂纹使水汽进入空气孔，造成实芯光子晶体光纤性能劣化甚至断裂的问题，从而可以利用直接耦合方式将实芯光子晶体光纤环尾纤与集成光学调制器芯片直接连接；并且，上述制作方法具有可靠性与普适性，不影响实芯光子晶体光纤的光波传输以及实芯光子晶体光纤端面的研磨、抛光，可适用于不同结构的实芯光子晶体光纤的端面处理。

A Fabrication Method of Solid Core Photonic Crystal Fiber Ring Terminals for Fiber Optic Gyroscope

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法
本专利技术涉及微结构光纤研磨工艺
，尤其涉及一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法。
技术介绍
光纤陀螺是一种利用萨格纳克(Sagnac)效应制成的光纤角速度传感器，其拥有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、精度高、体积小等优点，在航空、航天、航海等军事和民用领域发挥了重要的作用。光纤陀螺的五大光学组成部件为宽谱光源、光纤耦合器、集成光学调制器、探测器和光纤环。集成光学调制器1与光纤环2之间连接有两种方式，如图1a和图1b所示：一种是集成光学调制器尾纤端子3与光纤环2的尾纤熔接，形成光纤尾纤熔点4，如图1a所示；另一种是集成光学调制器1的芯片与光纤环尾纤端子5直接耦合连接，如图1b所示。光纤陀螺中的光纤环作为光波的传输介质，其性能很大程度上决定了光纤陀螺的稳定性和可靠性。传统的光纤陀螺的光纤环使用的是熊猫型保偏光纤，它使得入射光在光纤中偏振方向保持不变以降低偏振非互易误差。随着光纤陀螺应用领域与需求的不断扩大，熊猫型保偏光纤的性能已不能完全满足应用需求，特别是光纤陀螺对空间辐照以及温度敏感性等的需求，因此，需要寻找精度更高、抗干扰能力更强的光纤代替熊猫型保偏光纤。光子晶体光纤具有受温度影响小、抗辐射干扰能力强等重要应用特点，同时实芯光子晶体光纤的拉制工艺已较为成熟，因此使用实芯光子晶体光纤代替熊猫型保偏光纤的方案逐渐成为研究热点。使用实芯光子晶体光纤环代替熊猫型保偏光纤环的过程中存在着许多问题。目前光纤陀螺中集成光学调制器的尾纤为熊猫型保偏光纤，熊猫型保偏光纤环的尾纤也为熊猫型保偏光纤，集成光学调制器尾纤与熊猫型保偏光纤环尾纤采用熔接的方式连接，形成熔点，由于集成光学调制器的尾纤与熊猫型保偏光纤环的尾纤为同种类型的光纤，因此，熔接损耗、强度以及反射等性能均满足应用需求。若利用实芯光子晶体光纤代替熊猫型保偏光纤制作光纤环，如图2a和图2b所示，实芯光子晶体光纤(如图2a所示)中涂覆层6内包层7的直径与熊猫型保偏光纤(如图2b所示)中涂覆层6内包层7的直径存在差异，且二者模场失配，如果使用传统光纤熔接的方法将实芯光子晶体光纤环的尾纤与集成光学调制器的两个熊猫型保偏光纤的尾纤进行熔接，会使得熔点损耗和强度均不及两根熊猫型保偏光纤的对接，同时熔点处产生的背向散射会大大增强，从而会增大光纤陀螺的噪声水平，降低光纤陀螺的精度和稳定性。基于此，集成光学调制器芯片可以与实芯光子晶体光纤环的尾纤直接耦合连接。在工程和应用中，将光纤与其他光学器件进行耦合连接时，为了降低插入损耗，需要保证两个接触端面具有紧密的物理接触，这对光纤的端面质量提出了很高的要求。经过普通切割后的实芯光子晶体光纤，端面平整度和光洁度不高，难以满足两个端面紧密对接的要求，因此，需要对切割后的实芯光子晶体光纤进行端面研磨和抛光处理。由于实芯光子晶体光纤结构的特殊性，实芯光子晶体光纤不能使用传统光纤端面的处理方法进行研磨和抛光。实芯光子晶体光纤属于硬脆材料，如图2a所示，在包层7内有很多空气孔8，在传统研磨和抛光的过程中空气孔壁极易产生微裂纹，而空气中的水汽很容易进入其中，劣化光纤器件的性能甚至发生断裂。为了实现集成光学调制器芯片与实芯光子晶体光纤环尾纤的直接耦合，解决光纤陀螺中熔点产生的背向反射等问题，设计合理的实芯光子晶体光纤端面处理方式是解决问题的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法，用以实现光纤陀螺中集成光学调制器芯片与实芯光子晶体光纤环尾纤的直接耦合。因此，本专利技术提供了一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法，包括如下步骤：S1：将实芯光子晶体光纤环尾纤端部的涂覆层剥除，对裸露出的裸纤进行切割，保留预设长度的裸纤；S2：将切割后的尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量；S3：从固化胶中取出尾纤，对吸入尾纤空气孔中的固化胶进行固化；其中，固化胶固化后的填充深度大于待研磨量；S4：将尾纤固定在铌酸锂小块的U型凹槽中，对端面进行研磨与抛光，得到实芯光子晶体光纤环端子。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，步骤S2，将切割后的尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量，具体包括：S20：将切割后的尾纤浸入折射率小于1.43的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，固化胶固化后的邵氏硬度大于80。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，空气孔内固化胶上升高度为h时所需的浸入时长tm为：其中，η为固化胶的黏度，r为空气孔的半径，σ为固化胶的表面张力，θ为固化胶与空气孔壁的接触角；固化胶固化后的填充深度lg为：lg＝h(1-α)其中，α为单位面积的固化深度变化系数。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，固化胶固化后的填充深度大于250μm。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，浸入时长小于90s。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述制作方法中，固化胶的黏度范围为3000cps～5000cps。本专利技术提供的上述制作方法，在将实芯光子晶体光纤环尾纤端部的涂覆层剥除，并对裸纤进行切割之后，在对尾纤的端面进行研磨与抛光之前，将尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，使尾纤空气孔中填充有固化胶，且固化胶固化后的填充深度大于待研磨量，这样，在对尾纤的端面进行研磨与抛光时，可以避免空气孔壁产生微裂纹使得空气中的水汽进入空气孔造成实芯光子晶体光纤性能劣化甚至发生断裂的问题，从而可以利用直接耦合连接方式替代现有的熔接方式，将实芯光子晶体光纤环尾纤与集成光学调制器芯片直接连接，为高精度光子晶体光纤陀螺中实现实芯光子晶体光纤环尾纤与集成光学调制器芯片的直接耦合提供了有力支撑，进而可以解决由于集成光学调制器的熊猫型保偏光纤与实芯光子晶体光纤环的尾纤尺寸与模场失配产生的熔点性能劣化问题，可以扩展高精度光子晶体光纤陀螺在空间中的应用；并且，上述制作方法具有可靠性与普适性，不仅不影响实芯光子晶体光纤的光波传输以及实芯光子晶体光纤端面的研磨、抛光，还可以适用于不同结构设计的实芯光子晶体光纤的端面处理；此外，上述制作方法是在熊猫型保偏光纤端面处理方式的基础上进行优化，无附加工艺难度。附图说明图1a为集成光学调制器尾纤与光纤环尾纤采用熔接方式连接的结构示意图；图1b为集成光学调制器芯片与光纤环尾纤采用直接对轴耦合方式连接的结构示意图；图2a为实芯光子晶体光纤的端面结构示意图；图2b为熊猫型保偏光纤的端面结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法的流程图之一；图4a为实芯光子晶体光纤的基模尺寸随空气孔填充的固化胶的折射率的变化曲线图；图4b为实芯光子晶体光纤的基模限制损耗随空气孔填充的固化胶的折射率的变化曲线图；图5a为空气孔填充的固化胶的折射率为1.41时实芯光子晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将实芯光子晶体光纤环尾纤端部的涂覆层剥除，对裸露出的裸纤进行切割，保留预设长度的裸纤；S2：将切割后的尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量；S3：从固化胶中取出尾纤，对吸入尾纤空气孔中的固化胶进行固化；其中，固化胶固化后的填充深度大于待研磨量；S4：将尾纤固定在铌酸锂小块的U型凹槽中，对端面进行研磨与抛光，得到实芯光子晶体光纤环端子。

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤陀螺的实芯光子晶体光纤环端子的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将实芯光子晶体光纤环尾纤端部的涂覆层剥除，对裸露出的裸纤进行切割，保留预设长度的裸纤；S2：将切割后的尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量；S3：从固化胶中取出尾纤，对吸入尾纤空气孔中的固化胶进行固化；其中，固化胶固化后的填充深度大于待研磨量；S4：将尾纤固定在铌酸锂小块的U型凹槽中，对端面进行研磨与抛光，得到实芯光子晶体光纤环端子。2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S2，将切割后的尾纤浸入折射率小于二氧化硅折射率的固化胶中，通过控制尾纤浸入固化胶中的浸入深度和浸入时长控制固化胶被吸入尾纤空气孔中的量，具体包括：S20：将切割...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵洪峰，张春熹，刘嘉琪，宋镜明，王晓伟，郭治宇，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11