本发明专利技术涉及一种基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器。它包括高折射率固体芯光子晶体光纤、微透镜列阵、多束集成导出单模光纤、固定毛细管及其外套管。微透镜列阵置入在高折射率固体芯光子晶体光纤的输出端，多束集成导出单模光纤是将单模光纤按照与光子晶体光纤的固体芯对应的多束集成形式排列；固定毛细管用于将多束集成导出单模光纤位置固定；外套管是将高折射率固体芯光子晶体光纤和多束集成导出单模光纤束两部分固定成一体。本发明专利技术将一束光分为多束，实现将在中心入射一束光转变成周边出射多束光，具有分束多、各束等光强、体积小和损耗小特点，并且结构简单，适用谱带宽和效率高，应用范围广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤器件的制造，特别是一种基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分 束器。本专利技术具有分束多、各束等光强、体积小和损耗小特点，并且结构简单，适用谱带 宽和效率高的特点，应用范围广。
技术介绍
"分束"是光学系统中经常用到的技术，即将一束光分成多束光。最早的多光束分束 器件是将光束斜入射到"玻璃堆"或"单片透明介质"，其反射和透射光就为入射光的分 束结果，以后人们采用镀膜技术在各种基片或薄模材料上镀介质模实现了不同分束比可控 的单片分束镜。另一种常用的分束器件是"棱镜分束器"。这些"一分为二"的分束镜是 目前普遍使用的光学分束器件。近年来也有将"达曼光栅"的一级衍射作为分束应用地实 例。在普通光纤系统中，分束是利用多根光纤纤芯之间的模式耦合效应实现的，依靠纤芯 之间距离调整分束比。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器,它是对现 有技术的改进。利用该种光子晶体光纤的"全内反射型导光"和"带隙限制导光"的双重 作用的结果，实现将在光子晶体光纤中心入射一束光转变到周边分布的固体芯出射的多束 光，具有分束多、各束等光强、体积小和损耗小特点。本专利技术结构简单，适用谱带宽和效 率高的特点，应用范围广。本专利技术提供的基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器包括高折射率固体芯 光子晶体光纤l,微透镜列阵2，多束集成导出单模光纤3及其固定毛细管4，外套管5。上述的高折射率固体芯光子晶体光纤是在硅质纤芯周围排列一圈掺杂(锗)的高折射 率棒构成导光固体芯，由于"全内反射型导光"和"带隙限制导光"的双重作用，使入射 到芯区的光只能耦合到高折射率固体芯中传输，即形成分束上述的微透镜列阵置入在高 折射率固体芯光子晶体光纤的输出端，将分束出射的光分别耦合到对应的导出单模光纤中；上述的多束集成导出单模光纤是将单模光纤按照与前述光子晶体光纤的固体芯对应的 多束集成形式排列；上述的固定毛细管用于将多束集成导出单模光纤位置固定；上述的外 套管是将高折射率固体芯光子晶体光纤和多束集成导出单模光纤束两部分固定成一体。所述的高折射率固体芯光子晶体光纤是以硅(石英)为基质，光纤芯区的折射率为 1.45，直径为7—14微米。所述的高折射率固体芯光子晶体光纤中的高折射率固体芯为掺锗玻璃(石英)，其折射率为1.65，直径D为4一8微米，固体芯间距A为5 — 10微米。所述的高折射率固体芯光子晶体光纤的长度小于IO毫米。所述的微透镜列阵是与固体芯径结构一一对应的微光学非球面透镜列阵耦合器。所述的多束集成导出单模光纤是与微透镜列阵位置一一对应普通单模光纤集束排列，并用毛细套管固定。所述的高折射率固体芯光子晶体光纤与多束集成导出单模光纤的间距可调。本专利技术的优点在于(1)结构简单。分束过程仅由一段高折射率固体芯光子晶体光纤完成。(2)分束光的参数完全相同。由于每个固体芯的边界条件和设计参数完全相同，因此在其中传输的各个分束光的光强、传输时间、波长等参数完全相同。这在传统分束器上很难做到。(3)适用谱带宽。该分束器可以适用于600 1700nm的带宽。这在传统分束器上很难做到。(4)效率高。由于两种导光机制的共同作用，使入射到芯区的光被耦合到固体芯的效率要比传统光纤分束器增加很多。附图说明图1为本专利技术基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器结构示意图。图2为图1中所示的六固体芯光子晶体光纤的结构图。图3为图1中所示的六固体芯光子晶体光纤的分束工作原理示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，它们不是限定本专利技术的保护范围。如图l所示，1为高折射率固体芯光子晶体光纤；2为微透镜列阵；3多束集成导出单模光纤；4为毛细固定套管；5为外套管。图2中l一l为硅基纤芯；1—2为高折射率固体芯；1—3空气孔内包层；l一4为光纤外包层。A为空气孔(固体芯)之间的间距；D为空气孔(固体芯)的直径。本专利技术的基于高折射率固体芯光子晶体光纤分束器是利用高折射率固体芯光子晶体光纤实现将一束入射到芯区的光分为多束，且各束等光强的分束过程，再由微透镜列阵耦合到一一对应的多根单模光纤实现输出。高折射率固体芯光子晶体光纤的分束机理是因为该光子晶体光纤具有"全内反射型导光"和"带隙限制导光"双重作用。因为，对于该光子晶体光纤中的"固体芯"其折射率高于周围材料，故"固体芯"内可以靠全内反射的形式导光；而对于光纤芯区(光纤对称中心)由于其折射率低于周围的"固体芯"，故形成了 "共振型带隙"。通过设计光纤参数使入射光波长处于"共振型带隙"之间，就可以导致该波长的光不被限制在芯区内，而是耦合到周边的"固体芯"内，再由固体芯内的全内反射机制导出，从而实现将在中心入射一束光(左侧，单束中心入射)转变成周边出射多束光(右侧，多束固体芯输出)，如图3。这些光束再由微透镜列阵分别耦合进普通单模光纤导出，就构成了本专利技术的光纤分束器。因此该分束方法具有分束多，各束光参数(强度、频域和时域特性)完全相同，体积小和损耗小等特性。该器件中各部件的连接关系为，单束激光垂直入射在高折射率固体芯光子晶体光纤1的输入端中心处，经过上述的"双导引"机制使入射光被耦合到周围的固体芯中，则经过该光纤后产生了多束等光强激光，再经过微透镜列阵2将分束后的激光耦合进对应的多束集成导出单模光纤，形成分束输出。固体芯光子晶体光纤是在普通硅基(石英)光子晶体光纤的基础上将芯区周围第一层空气孔替换成比芯区折射率高的材料构成固体棒，从而形成分束导光通道。通过调节空气孔(固体棒)的孔中心距(A)和空气孔(固体棒)直径(D)就可以调整零色散点的位置，以适应不同波段激光器的需要。应用实施例l:对于石英材料光纤，零色散在800nm波段，围绕芯区集成6个高折射率固体棒(掺锗)形成单层内包层(见附图2)，光纤参数A=7.5pm， D=4.6pm;应用实施例2:对于石英材料，零色散在1550nm波段，光纤结构同上，光纤参数A=8. O(xm， D=6.2^m。固体芯光子晶体光纤长度小于10mm。具体拉制方法与普通光子晶体光纤的拉制方式相同，只是在硅基芯区棒周围排一层掺杂的高折射率棒。预制棒制作采取按要求尺寸和温度梯度的比例选择棒(管)堆积成型，外加套管固定；适当拉伸后取中段，检测参数；合格后再次适当拉伸后取中段，该过程直至获得所要求的预制棒尺寸，最后在光纤拉制塔上拉制成光纤。经高折射率固体芯光子晶体光纤分束后的光束由微透镜列阵耦合到一一对应的普通单模光纤中导出；这些普通单模光纤用毛细管固定，构成多束集成导出单模光纤；高折射率固体芯光子晶体光纤与多束集成导出单模光纤这两部分的外径相同，放置于外套管内；调整二者之间的距离，当耦合损耗最小时，将两部分与外套管粘接固定，就构成整个光纤型分束器。该光纤分束器将一束中心入射的某波长范围的光耦合到周围排列的固体芯中导出，所以多束出射光在强度、时间和光谱特性上都是完全相同的；由于所用光纤很短和固体芯在导光波段被设计在零色散附近，所用分束后的光束特性与入射光特性也几乎不变。这些就是该光纤分束器的突出特点。权利要求1、一种基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器，其特征在于它包括高折射率固体芯光子晶体光纤、微透镜列阵、多束集成导出单模光纤、固定毛细管及其外套管；所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高折射率固体芯光子晶体光纤的光纤分束器，其特征在于它包括高折射率固体芯光子晶体光纤、微透镜列阵、多束集成导出单模光纤、固定毛细管及其外套管； 所述的微透镜列阵置入在高折射率固体芯光子晶体光纤的输出端，将分束出射的光分别耦合到对 应的导出单模光纤中；所述的多束集成导出单模光纤是将单模光纤按照与前述光子晶体光纤的固体芯对应的多束集成形式排列；所述的固定毛细管用于将多束集成导出单模光纤位置固定；所述的外套管是将高折射率固体芯光子晶体光纤和多束集成导出单模光纤束两部分固定成一体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：柴路，程同蕾，胡明列，王清月，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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