一种光子晶体光纤与光波导之间的连接方法

摘要

一种光子晶体光纤和光波导之间的连接方法，是利用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法，实现光子晶体光纤和光波导之间的低损耗连接。该方法是将光子晶体光纤与光波导的光路在自由空间条件下充分耦合；将光敏有机树脂加入耦合端；将紫外光经过光子晶体光纤和光波导的传输后对光敏有机树脂进行固化，形成固态芯区和液态包层结构；将未固化的光敏有机树脂溶解掉，加入另一种光敏有机树脂；使用紫外光在耦合端侧面进行曝光，形成固态包层。可用于光子晶体光纤和其它光波导进行低损耗连接，制作过程简单，成本低，稳定性高，具有广泛的适用领域，特别是在集成光学、光互连、光网络、光纤到户或光纤激光器领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤和光波导的连接方法，特别是涉及一种利用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法，实现光子晶体光纤和光波导之间的低损耗连接的方法。

背景技术

光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)是一种新型光波导，它独特的模式特性、损耗特性以及色散关系等光学特性引起了科学家们的广泛关注。但是，在实际使用过程中，由于光子晶体光纤的切割和端面处理难度很大，使其不易与其它光波导进行光学耦合，从而限制了光子晶体光纤的广泛应用，尤其是光子晶体光纤与标准单模光纤之间的耦合问题更为突出。

现有技术通常采用以下方法进行光子晶体光纤和标准单模光纤的低损耗连接：

一是在光子晶体光纤和单模光纤之间插入一段模场半径适中的过渡光纤(Japan.5，Oct，2005.JP3701875-B2.Photonic crystal fiber coupling method involves using buffer opticalfiber having mode field diameter ranging between mode field diameters of optical and photoniccrystal fibers，for coupling optical and photonic crystal fibers)。二是通过光纤拉锥技术、光纤透镜化技术来减小单模光纤的模场半径，进而实现与光子晶体光纤的低损耗耦合(Shashidhar N.Lensing technology.Fiberoptic Product News，April 2004，14～15)。

上述两种方法采用的都是减小模场半径，达到较低耦合损耗，但是却增加了对准难度。同时，光子晶体光纤和光波导之间的光路无保护措施，对准后耦合效率易受到外界因素，如振动、灰尘等影响，稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体光纤和光波导的连接方法，本方法的连接损耗低，制作工艺简单，制作成本低，稳定性高。

本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种光子晶体光纤与光波导之间的连接方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)使用工作光源对光子晶体光纤和光波导进行自由空间光路的耦合，使它们在自由空间光互连的条件下充分耦合；

2)在光子晶体光纤和光波导的耦合部分加入光敏有机树脂；

3)用紫外光对光子晶体光纤和光波导进行曝光，使紫外光通过光子晶体光纤和光波导进入到光敏有机树脂中，并在光敏有机树脂中形成固态芯区和液态包层结构；

4)使用有机溶剂将未曝光的液态光敏有机树脂溶解掉，再将另一种光敏有机树脂加入到两波导的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的侧面进行曝光形成固态包层，所述的另一种光敏有机树脂曝光固化后的折射率应比芯区部分所使用的光敏有机树脂小。

本发明所述的光波导采用单模光纤、多模光纤、带状波导、光子晶体光纤、硅/绝缘膜结构光波导或纳米线中的一种。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

本发明中采用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法对光子晶体光纤和光波导进行光学互连，连接处所形成的芯区部分和包层部分存在折射率差，使光被束缚在高折射率区域内，有效地降低耦合损耗；制作过程不需要复杂的工艺，并且制作成本低；这种有机光敏树脂在紫外曝光条件下所形成的光波导，将光子晶体光纤与光波导之间的耦合光路完全保护在其内部，不易受到外界因素，如振动、灰尘等影响，稳定性高。此外，本发明中的光波导的具体形式可以灵活选取，可采用单模光纤、多模光纤、带状波导、光子晶体光纤、硅/绝缘膜结构光波导或纳米线中的一种。这种方法具有广泛的适用领域，特别是在集成光学、光互连、光网络、光纤到户或光纤激光器领域。

附图说明

图1表示光子晶体光纤和标准单模光纤连接过程中芯区部分的制作示意图。

图2表示光子晶体光纤和标准单模光纤连接过程中固态包层的制作示意图。

具体实施方式

本发明通过优选的实施实例结合附图加以说明：

参照附图1、图2，将详细叙述本发明的具体实施实例。

在图1中，使用商用通信红外光源(中心波长1550nm)对光子晶体光纤1和标准单模光纤2进行自由空间的光路耦合，使它们在自由空间光互连的条件下充分耦合。

然后在光子晶体光纤1和标准单模光纤2的耦合端加入光敏有机树脂3，光敏有机树脂可使用Norland紫外固化光学胶NOA60、NOA61或NOA63等。也可使用其它对紫外光敏感的光敏有机树脂。

在光子晶体光纤1和标准单模光纤2的非耦合端，分别将紫外光5耦合到光子晶体光纤1和标准单模光纤2中，紫外光5沿着光子晶体光纤1和标准单模光纤2进入光敏有机树脂3中。光敏有机树脂3的特点是常态下为液态，经过紫外光5曝光后变为固态，并且曝光前后其折射率发生改变，通常曝光后的折射率会变大。此曝光过程为不可逆过程，固化部分不会因曝光结束而消失。经过一段时间的曝光后，在光敏有机树脂3中按照紫外光5所经过的光路形成固态波导芯区4。固态波导芯区4的折射率要高于未经过曝光的光敏有机树脂3，进而形成固态芯区和液态包层的结构。然后使用有机溶剂，如二氯甲烷、丙酮、二氯乙烯等，将未固化的光敏有机树脂3溶解掉。

在图2中，使用另外一种光敏有机树脂，如Norland紫外固化光学胶NOA65、NOA68、NOA76或NOA77等，加入到耦合部分，在其侧面使用紫外光5进行曝光，曝光一段时间后，固态包层6形成，所述另外一种光敏有机树脂曝光固化后的折射率比芯区部分所使用的光敏有机树脂曝光固化后的折射率小。

至此，光子晶体光纤和标准单模光纤的低损连接过程完成。