高功率的PPLN脊型波导器件及其光纤耦合结构制造技术

本实用新型专利技术涉及高功率的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。可以适用各种高功率光纤波导耦合器件。可以适用各种高功率光纤波导耦合器件。

【技术实现步骤摘要】
高功率的PPLN脊型波导器件及其光纤耦合结构


[0001]本技术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。

技术介绍

[0002]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 on Insulator,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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本技术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。
[0006]具体而言，本技术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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]所述第一点胶区域位于所述第一凹槽的另一侧，用于点胶；
[0010]所述第二点胶区域位于所述第二凹槽的另一侧，用于点胶。
[0011]优选地，所述凹槽以切割的方式形成。
[0012]优选地，所述光纤纤芯为保偏或单模光纤。
[0013]优选地，所述光纤微细管的耦合端面为倾斜面。
[0014]优选地，所述光纤微细管的耦合端面上镀覆有增透膜。
[0015]优选地，所述胶为紫外固化胶水。
[0016]本技术的第二方面涉及一种高功率的PPLN脊型波导器件，其包括PPLN脊型波导，所述PPLN脊型波导自下而上依次包括衬底、SiO2绝缘层和铌酸锂脊型波导结构；
[0017]其特征在于，所述PPLN脊型波导器件还包括上述光纤耦合结构；其中，
[0018]所述纤芯区域中的光纤纤芯与所述PPLN脊型波导形成光学耦合；
[0019]所述第一和第二点胶区域与所述PPLN脊型波导之间填充有紫外固化胶。
[0020]进一步地，所述PPLN脊型波导结构具有0.5
‑
15μm的脊高，0.5
‑
15μm的脊宽，以及50
‑
90
°
的倾斜角；并且，所述光纤微细管具有1
‑
10mm的长度，以及1
‑
3mm的直径；所述第一和第二凹槽的宽度为0.1
‑
1mm，深度为0.1
‑
1mm；所述纤芯区域的宽度为0.1
‑
1mm。
[0021]更进一步地，所述SiO2绝缘层具有1
‑
5μm的厚度，以及/或者所述衬底具有≥200μm的厚度。
[0022]优选地，所述光纤微细管的耦合端面为倾斜角不大于45
°
的倾斜面。
附图说明
[0023]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0024]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。
[0025]图1示出了现有技术中基于周期极化铌酸锂薄膜的脊型波导的结构示意图；
[0026]图2示出了现有技术中用于PPLN薄膜脊型波导的一种光纤耦合结构；
[0027]图3示出了根据本技术的用于PPLN脊型波导的高功率光纤耦合结构的局部横截面图；
[0028]图4示出了根据本技术的用于PPLN脊型波导的高功率光纤耦合结构的俯视图。
具体实施方式
[0029]在下文中，本技术的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本技术的精神给本技术所属领域的技术人员。因此，本技术不限于本文公开的实施例。
[0030]图3和图4分别示出了根据本技术的用于PPLN脊型波导的高功率光纤耦合结构的局部横截面图和俯视图。
[0031]在本技术中，光纤耦合结构可以包括光纤微细管，其用于实现单模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率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；所述第一点胶区域位于所述第一凹槽的另一侧，用于点胶；所述第二点胶区域位于所述第二凹槽的另一侧，用于点胶。2.如权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述凹槽以切割的方式形成。3.如权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤纤芯为保偏或单模光纤。4.如权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤微细管的耦合端面为倾斜面。5.如权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤微细管的耦合端面上镀覆有增透膜。6.如权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述胶为紫外固化胶水。7.一种高功率的PPLN脊型波导器件，其包括PPLN脊型波导，所述PPLN脊型波导自下而上依次包括衬底、SiO2绝缘层和铌酸锂脊型波导结构；其特征在于，所述PPLN脊型波导器件还包括如权利要求1
‑
6中任一项所述的光纤耦合结构；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚权，郑名扬，谢秀平，张强，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：