低损耗和高耦合系数的光纤耦合器及其制作方法技术

提供一种能在常规光纤与光波导装置之间提供低损耗、高耦合系数的光纤耦合器。该新颖的耦合器如果在它的制作中使用偏振保持性能的话，可以是偏振保持的，该新颖的耦合器包括，芯、包层、与光纤接口的第一端、和与光波导装置接口的第二端。芯和包层的尺寸，从第一端到第二端按照预定的收缩分布逐渐收缩。选择各种参数，例如折射率和芯及包层的尺寸，以及收缩的分布，以便产生低数值孔径的第一端和高数值孔径的第二端，同时有利地使每一端上的插入损耗最小和耦合系数最大。在另一个实施例中，该新颖的耦合器包括辅助包层，该辅助包层也在第一和第二端之间收缩，以改进耦合器结构在第二端的强度。在又一个实施例中，一个或两个新颖的耦合器与基于手征光纤的光波导一起，作为单个连续单元形成。用于制作新颖耦合器的光纤预制棒，可以在制作前蚀刻，以利于收缩分布的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及耦合器，更具体说，是涉及能在常规光纤与光波导装置间提供低损耗、高耦合系数的光纤耦合器。
技术介绍
光波导装置在各种高技术工业的应用中，特别是在电信应用中，是必不可少的。近年来，这些光波导装置，包括平面波导和两维的或三维的光子晶体，结合常规光纤的使用正在增加。具体说，在利用常规光纤的应用中，基于手征光纤的光波导装置是有优势和必要的。该类手征光纤装置，公开在下述一并转让的共同待决美国专利申请中“Chiral Fiber Grating”、“Chiral In-Fiber Adjustable PolarizerApparatus and Method”、“Chiral Fiber Sensor Apparatus andMethod”、“Customizable Chirped Chiral Fiber Bragg Grating”、“Chiral Broadband Tuning Apparatus and Method”、“CustomizableApodized Chiral Fiber Grating Apparatus and Method”、“ExtendedChiral Defect Structure Apparatus and Method”、和“Long PeriodChiral Fiber Grating Apparatus”，本文全文收录所有这些文件，供参考。但是，在包括手征光纤装置的光波导装置与常规低折射率对比光纤的接口中，存在巨大的难题。通常，至少两个主要障碍必须处理(1)光波导装置直径与常规光纤直径之间的差别(特别是芯尺寸中的差别)，和(2)光波导装置数值孔径与常规光纤数值孔径之间的差别。不能适当解决这些障碍，导致在每一接口上增加的插入损耗和低下的耦合系数。虽然已经尝试解决不同光纤间，以及光纤与信号源间的接口困难，但建议的方案不能解决不匹配孔径的难题。结果是，被连接的光纤变成不希望看到的多模。例如，授予Newhouse等人的美国专利No.4,877,300，公开一种锥形连接器，供能与光纤连接的光纤和光源使用，声称该锥形连接器对未对准较不灵敏。但是，Newhouse专利中建议的办法，要增加连接器的波导直径。结果是，该连接器变成多模的，因此失去保持单模的能力，或失去预定的少量模的能力，而该能力在把光波导装置(例如平面波导或手征光纤装置)与常规低折射率对比光纤的接口中，可能是关键的要求。此外，Newhouse专利中公开的连接器，没有对光波导装置与常规光纤的失配孔径难题，提供解决的方案。因此，极希望提供一种光纤耦合器，它能在高数值孔径的光波导装置与低数值孔径的常规光纤间，提供高耦合系数的接口。也极希望提供一种光纤耦合器，它在与光波导装置接口中，和与不同尺寸及特征的光纤接口中，有可配置的特征。还极希望提供一种光纤耦合器，它能基本上保持单模或在其中有更多预定数量的模。此外也极希望提供一种光纤耦合器，它能容易地并廉价地制作。还极希望提供一种光纤耦合器，它能作为光波导装置的一部分而制作。附图说明图1是本专利技术第一实施例光纤耦合器的侧视图的示意图；图2是示例性预制棒侧视图的示意图，它可用于制作图1的新颖光纤耦合器；图3是本专利技术第二实施例光纤耦合器的侧视图的示意图；图4是本专利技术第三实施例光纤耦合器的侧视图的示意图；图5是本专利技术第四实施例光纤耦合器的侧视图的示意图，图上表明一个或两个新颖的耦合器，与光波导一起作为单一单元而形成；图6A是示例性预制棒第一实施例的断面示意图，该预制棒可用于制作新颖的光纤耦合器；图6B是示例性预制棒第二实施例的断面示意图，该预制棒可用于制作新颖的光纤耦合器； 图6C是示例性预制棒第三实施例的断面示意图，该预制棒可用于制作新颖的光纤耦合器；图6D是图6C示例性预制棒另外实施例的断面示意图，该预制棒可用于制作新颖的光纤耦合器；图6E到6G是示例性预制棒的断面示意图，这些预制棒可用于制作新颖的光纤耦合器；图7A和7B分别是常规光纤断面视图及侧视图的示意图；和图8是偏振保持光纤断面视图的示意图。
技术实现思路
本专利技术针对一种新颖的光纤耦合器，它能在常规光纤和光波导装置之间，哪怕当芯直径和数值孔径不同时，提供低损耗、高耦合系数的接口。该新颖的耦合器，可以作为独立应用装置配置，也可以集成在光波导装置中。该新颖的耦合器包括芯、包层、用于与光纤接口的第一端、和用于与光波导装置接口的第二端。新颖耦合器的有利性质的获得，如下所述。利用预先配置的有芯和包层的预制棒，该预制棒的芯及包层尺寸，按照预定的收缩分布，从第一端到第二端逐渐收缩。选择各种参数，例如折射率、芯及包层尺寸、和收缩分布，使产生的耦合器的第一端有低的数值孔径，和第二端有高的数值孔径，同时有利地使每一端上的插入损耗最小和耦合系数最大。在另一个实施例中，新颖的耦合器包括辅助包层，该辅助包层也在第一和第二端之间收缩，用于使耦合器与周围环境隔离并保护耦合器。在再另一个实施例中，一个或两个新颖的耦合器与基于手征光纤的光波导装置一起，并集成在基于手征光纤的光波导装置内，作为单一连续单元形成。用于制作新颖光纤耦合器的光纤预制棒，可以在制作前蚀刻，以利于收缩分布的应用。此外，用于制作新颖耦合器的光纤预制棒，可以是常规的光纤，如果准备把新颖耦合器用于要求保持偏振的应用，那么光纤预制棒可以是偏振保持光纤。本专利技术上述实施例的每一个，各有特殊的优点，使它有利于特定的应用种类。本专利技术其他目的和特性，从下面的详细说明可以看得更清楚，下面的说明是结合附图进行的。但是，应当指出，附图的设计仅为举例说明的目的，不是作为限制本专利技术的定义，至于本专利技术的定义，请参考后面的权利要求书。具体实施例方式本专利技术针对一种光纤耦合器，它能在常规光纤和光波导装置之间，提供低损耗、高耦合系数的接口。该新颖的耦合器包括芯、包层、用于与光纤接口的第一端、和用于与光波导装置接口的第二端。概括地说，耦合器的芯与包层相应的尺寸，按照预定的收缩分布，在第一端到第二端之间逐渐收缩。在制作新颖耦合器的过程中，选择并配置各种参数，例如芯及包层的折射率及尺寸，和收缩分布，以便产生第一端有低数值孔径，和第二端有高数值孔径的波导，同时有利地使每一端上的插入损耗最小和耦合系数最大。按照本专利技术，要在新颖耦合器的合适端上产生需要的数值孔径，第二芯尺寸的选择，最好不足以引导光，而第二包层尺寸的选择，要与光波导装置支持的光学模数量匹配，使从第一端传播到第二端的光，在接近第二端处，从芯逸出至包层中。反之，从第二端传播到第一端的光，在接近第一端处，从包层迁移至芯中。包层最好被第三折射率的介质包围，该第三折射率低于包层的折射率。该介质可以空气或另一种气体、液态、凝胶、环氧树脂。或者，在下面结合图5讨论的本专利技术的另一个实施例中，该介质可以是附加的包层，它也在耦合器的第一和第二端之间收缩，形成原来包层上的辅助包层，在第二端上起波导作用。这种安排改进耦合器第二端上的耦合系数。在本专利技术再另一个实施例中，一个或两个新颖的耦合器与基于手征光纤的光波导装置一起，作为单个连续单元形成。现在参考图1，图上画出本专利技术第一实施例的光纤耦合器12，它作为接口组件10的一部分。耦合器12在光纤14(有光纤芯18和包层20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤耦合器，与有至少一个光学模容量的光波导装置一起使用，该光纤耦合器包括：一种延长的光纤单元，具有：第一端、第二端、第一折射率的耦合器的芯、所述第一端上的第一芯尺寸、及所述第二端上的第二芯尺寸；和耦合器包层，具有：第二折射率、所述第一端上的第一包层尺寸、及所述第二端上的第二包层尺寸；所述第二芯及包层尺寸基本上小于所述第一芯及包层尺寸，所述耦合器包层被第三折射率的介质包围，其中所述第一折射率大于所述第二折射率，其中所述第二折射率大于所述第三折射率，其中所述第二与所述第三折射率之间的差，大于所述第一与所述第二折射率之间的差，其中所述第一芯尺寸及所述第一包层尺寸，在所述第一端与所述第二端之间沿所述光纤单元，按照预定的收缩分布逐渐收缩，直至达到所述相应的第二芯尺寸及所述第二包层尺寸，其中所述第二芯尺寸的选择，要不足以引导光，所述第二包层尺寸的选择，要引导光波导装置模容量中至少一种模，使从所述第一端传播到所述第二端的光，在接近所述第二端处，从所述芯逸出至所述包层中，且从所述第二端传播到所述第一端的光，在接近所述第一端处，从所述包层迁移至所述芯中，从而使所述第一端形成低数值孔径的波导和所述第二端形成高数值孔径的波导。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克特I库伯，维克特特乔里柯弗，乔纳森星格尔，丹尼尔纽格罗斯奇尔，
申请(专利权)人：手性光子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]