一种三维波导芯片及其制备方法、单多芯光纤耦合器技术

本申请涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种三维波导芯片及其制备方法、单多芯光纤耦合器，三维波导芯片包括若干直径相等的光波导，光波导集成纤芯束，纤芯束的第一端由光波导线性排布构成，第二端由光波导周向排布构成或者中心和周向排布构成；以纤芯束在第一端的中心为原点，以第一端向第二端的延伸方向为x轴，以光波导线性排布的方向为z轴，以垂直于x轴和所述z轴的方向为y轴建立三维坐标系；光波导的坐标均满足以下公式：其中，L为第一端和第二端之间的距离，a为光波导的中心在第二端的y值，b为光波导在第一端的z值与在第二端的z值之差，c为光波导在第一端的z值。c为光波导在第一端的z值。c为光波导在第一端的z值。

【技术实现步骤摘要】
一种三维波导芯片及其制备方法、单多芯光纤耦合器


[0001]本申请涉及光通信
，尤其是涉及一种三维波导芯片及其制备方法、单多芯光纤耦合器。

技术介绍

[0002]随着移动互联网、云计算、大数据等技术的飞速发展，全球带宽需求呈现爆炸式的增长。随着波分复用、偏振复用、相干接收和多维多阶调制等技术的广泛使用，单模光纤的传输容量已经快速地接近其香农极限，寻求新型高速大容量光传输机理已成为未来光通信网络面临的重大挑战，基于模式复用和多芯光纤(Multi
‑
core fiber,MCF)的空分复用技术有望突破单模光纤通信容量限制的最有效方法之一。
[0003]由于多芯光纤和单模光纤在尺度和结构上的不同，在多芯光纤的实际应用中，我们需要使用扇入扇出(Fan In Fan out,FIFO)设备来实现单个多芯光纤和多个单模光纤之间的耦合。通过三维光波导芯片的输入端与光纤阵列相连接，输出端与多芯光纤头连接，可以实现多芯光纤和单芯光纤的耦合。
[0004]要实现多芯光纤和单芯光纤低损耗、高质量的耦合，耦合器件需要具备以下条件：
①
插入损耗小于或等于2dB；
②
回波损耗大于或等于45dB；
③
偏振相关损耗小于或等于0.5dB；
④
多芯串扰小于或等于
‑
35dB。然而，相关技术的三维波导芯片难以完全满足上述条件。

技术实现思路

[0005]为了提高单多芯光纤耦合器的耦合质量，本申请提供一种三维波导芯片及其制备方法、单多芯光纤耦合器。
[0006]本申请提供的一种三维波导芯片采用如下的技术方案：一种三维波导芯片，包括若干直径相等的光波导，所述光波导集成纤芯束，所述纤芯束的第一端由所述光波导线性排布构成，所述纤芯束的第二端由所述光波导周向排布构成或者中心和周向排布构成，所述光波导从所述第一端直线延伸或弯曲延伸至所述第二端；以所述纤芯束在所述第一端的中心为原点，以所述第一端向所述第二端的延伸方向为x轴，以所述光波导线性排布的方向为z轴，以垂直于所述x轴和所述z轴的方向为y轴建立三维坐标系；所述光波导在第一端和第二端之间的任意一点的坐标均满足以下公式：x＝x；x＝x；其中，L为所述第一端和所述第二端之间的距离，a为所述光波导的中心在所述第
二端的y值，所述b为所述光波导在所述第一端的z值与在所述第二端的z值之差，所述c为所述光波导在所述第一端的z值。
[0007]通过采用上述技术方案，设计三维波导芯片内的光波导的弯曲曲线，使得所述三维波导芯片具有较低的传输损耗和较高的传输质量，从而有助于多芯光纤和单芯光纤的连接。
[0008]可选的，所述纤芯束包括七根光波导；七根所述光波导在所述第一端直线排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为127微米，在所述第二端中心和周向排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为41.5微米，所述第一端和所述第二端之间的距离为17毫米；七根所述光波导在所述第一端和所述第二端之间的坐标分别为：x＝x；y＝0x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；y＝0z＝0x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；x＝x。
y＝0
[0009]可选的，在所述第一端远离所述第二端的一侧和所述第二端远离所述第一端的一侧，七根光波导均继续直线延伸1微米至2微米的长度。
[0010]可选的，所述光波导的折射率差大于0.0020。
[0011]可选的，所述光波导的折射率差为0.0023。
[0012]本申请还提供一种三维波导芯片的制备方法，用于制备本申请任意一项实施例所述的三维波导芯片，包括：S1、搭建飞秒激光加工系统和提供加工基底材料；S2、采用飞秒激光加工系统，对加工基底材料进行飞秒激光加工；所述飞秒激光加工系统的三维位移台按照以下公式的运动路径带动所述加工基底材料进行移动：x＝xx＝x其中，L为所述三维波导芯片的第一端和第二端之间的距离，a为所述三维波导芯片的光波导的中心在所述第二端的y值，b为所述光波导在所述第一端的z值与在所述第二端的z值之差，c为所述光波导在所述第一端的z值；S3、对飞秒激光加工后的所述三维波导芯片进行微调和封装。
[0013]可选的，所述采用飞秒激光加工系统，对加工基底材料进行飞秒激光加工的步骤，包括：将所述加工基底材料放置于三维位移台上；采用飞秒激光对所述加工基底材料进行飞秒激光加工，同时根据公式移动所述三维位移台。
[0014]可选的，所述三维波导芯片包括由七根光波导构成的纤芯束，七根所述光波导在所述纤芯束的第一端直线排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为127微米，七根所述光波导在所述纤芯束的第二端中心和周向排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为41.5微米，所述第一端和所述第二端之间的距离为17毫米；所述根据公式移动所述三维位移台的具体步骤，包括分别以以
下公式为运动路径，移动所述三维位移台：x＝x；y＝0x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；y＝0z＝0x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；x＝x。y＝0
[0015]可选的，所述对飞秒激光加工后的三维波导芯片进行微调和封装的步骤，包括：对所述三维波导芯片的端面进行抛光和清洁；对三维波导芯片进行封装固化。
[0016]本申请还提供一种单多芯光纤耦合器，包括外壳和本申请任意一项实施例所述的三维波导芯片，所述三维波导芯片设于外壳内。
[0017]综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
通过设计三维波导芯片内的光波导的弯曲曲线，使得具有较低的插入损耗、较低的回波损耗、较低的偏振相关损耗、较低的芯间串扰，满足了单多芯光纤耦合器对于三维波导芯片高质量的要求，有助于提高单多芯光纤耦合器的耦合质量，从而提高多芯光纤和单芯光纤之间的连接质量。
附图说明
[0018]图1是本申请实施例1中三维波导芯片的三维坐标图。
[0019]图2是本申请实施例1中三维波导芯片的第一端的示意图。
[0020]图3是本申请实施例1中三维波导芯片的第二端的示意图。
[0021]图4是本申请实施例1中高斯光在三维波导芯片中不同传输距离时的光斑分布图。
[0022]图5中(a)是有效折射率差与波导传输效率的关系图。
[0023]图5中(b)是传输长度与波导传输效率的关系图。
[0024]图6中(a)是波导插入损耗与扫描次数的关系图。
[0025]图6中(b)是波导插入损耗与刻写功率的关系图。
[0026]图7是本申请实施例1中三维波导芯片的单根损耗和封装损耗。
[0027]图8是本申请实施例1中三维波导芯片的回波损耗和偏振相关损耗。
[0028]图9是本申请实施例1中三维波导芯片的串扰矩阵图。
[0029]附图标记说明：1、第一光波导；2、第二光波导；3、第三光波导；4、第四光波导；5、第五光波导；6、第六光波导；7、第七光波导。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维波导芯片，其特征在于，包括若干直径相等的光波导，所述光波导集成纤芯束，所述纤芯束的第一端由所述光波导线性排布构成，所述纤芯束的第二端由所述光波导周向排布构成或者中心和周向排布构成，所述光波导从所述第一端直线延伸或弯曲延伸至所述第二端；以所述纤芯束在所述第一端的中心为原点，以所述第一端向所述第二端的延伸方向为x轴，以所述光波导线性排布的方向为z轴，以垂直于所述x轴和所述z轴的方向为y轴建立三维坐标系；所述光波导在第一端和第二端之间的任意一点的坐标均满足以下公式：x＝x；x＝x；其中，L为所述第一端和所述第二端之间的距离，a为所述光波导的中心在所述第二端的y值，所述b为所述光波导在所述第一端的z值与在所述第二端的z值之差，所述c为所述光波导在所述第一端的z值。2.根据权利要求1所述的三维波导芯片，其特征在于，所述纤芯束包括七根光波导；七根所述光波导在所述第一端直线排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为127微米，在所述第二端中心和周向排布，且相邻的两根所述光波导之间的中心距离为41.5微米，所述第一端和所述第二端之间的距离为17毫米；七根所述光波导在所述第一端和所述第二端之间的坐标分别为：x＝x；y＝0x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；x＝x；y＝0z＝0x＝x；
x＝x；x＝x；x＝x。y＝03.根据权利要求2所述的三维波导芯片，其特征在于，在所述第一端远离所述第二端的一侧和所述第二端远离所述第一端的一侧，七根所述光波导均继续直线延伸1微米至2微米的长度。4.根据权利要求2所述的三维波导芯片，其特征在于，所述光波导的折射率差大于0.0020。5.根据权利要求4所述的三维波导芯片，其特征在于，所述光波导的折射率差为0.0023。6.一种三维波导芯片的制备方法，用于制备如权利要求1至5任意一项所述的三维波导芯片，其特征在于，包括：S1、搭建飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凌松，
申请(专利权)人：深圳市爱德泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：