單模－多模或多模－單模光波導模式轉換器及製作方法
2023-04-26 03:24:46 3
專利名稱：單模－多模或多模－單模光波導模式轉換器及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光波導模式轉換器及製作方法，特別是涉及一種利用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發形成光波導的方法，實現光波導單模到多模或多模到單模之間的模式轉換。
背景技術：
現有光波導之間的模式轉換通常可用以下方法實現1.使用外置微透鏡耦合在不同模式的光波導之間加入微透鏡或微透鏡陣列進行耦合實現模式轉換(America.20，May，2003.US6567583-B2.Mode converters for convertible modes，such as single-to-multimode converter for optical data communication network，has ball lenseslocated in optical pathway and having optical link gap between the ball lenses)。但是微透鏡加工精度高，並且其與光波導之間的相對位置也會影響耦合效率，使損耗增大，從而增加了其操作難度；2.使用透鏡光纖(lensed fiber)直接在光纖端面加工成某種類似透鏡形狀而達到模式轉換作用，其製作方式主要為研磨拋光、熔拉和蝕刻(America.20，Mar，2003.US2003053751-A1.Focusing lensed fiber for coupling light between optical fibers and optical devices incommunication networks，includes a plano convex lens attached to an optical fiber，the lenscurvature and thickness defining a focused spot size；王福娟等.透鏡光纖在光耦合中的應用研究.光纖與測試，2003，1027～28)。這種方法製作工藝複雜，並且需要專業的儀器和設備；3.使用錐形光纖使用火焰延長或化學蝕刻的方法製作拉錐光纖，以實現多模輸入和單模輸出(程波濤等.利用錐形光纖實現多模到單模轉換實驗.光學儀器，2006，28(3)34～37)。錐形光纖的製作過程不易操作，並且製成錐形光纖損耗較大，耦合效率低。
此外，上述實現模式轉換的方法在實際使用過程中，光波導與模式轉換器之間均採用機械對準，且光路無保護措施，所以器件易受外界因素，如振動、灰塵等影響，穩定性差。
發明內容
本發明的目的在於提供一種單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器及其製作方法，這種光波導模式轉換器的連接損耗低，製作工藝簡單，製作成本低，穩定性高。
本發明的目的是通過以下技術方案來達到的一種單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器，包括單模光波導和多模光波導以及兩者之間的模式轉換部分，其特徵在於所述的模式轉換部分採用光敏有機樹脂經紫外光曝光後形成的固態芯區和固態包層結構。
所述的多模光波導和單模光波導採用單模光纖、多模光纖、帶狀波導、矽/絕緣膜結構光波導或納米線中的一種。
本發明提供的一種單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器及其製作方法，其特徵在於該方法按如下步驟進行1)使用工作光源對單模光波導和多模光波導進行自由空間光路的耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合；2)在單模光波導和多模光波導的耦合部分加入光敏有機樹脂；3)用紫外光對單模光波導和多模光波導進行曝光，使紫外光通過單模光波導和多模光波導進入到光敏有機樹脂中，並在光敏有機樹脂中形成固態芯區和液態包層結構；4)使用有機溶劑將未曝光的液態光敏有機樹脂溶解掉，再使用另一種光敏有機樹脂加入到兩波導的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的側面進行曝光形成固態包層，所述的另一種光敏有機樹脂曝光固化後的折射率應比芯區部分所使用的光敏有機樹脂小。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果本發明中採用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發形成光波導的方法製作單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器，模式轉換部分所形成的芯區部分和包層部分存在折射率差，使光被束縛在高折射率區域內，有效地降低耦合損耗；製作過程不需要複雜的工藝，並且製作成本低；這種有機光敏樹脂在紫外曝光條件下所形成的光波導，將單模光波導和多模光波導之間的模式轉換部分完全保護在其內部，不易受到外界因素，如振動、灰塵等影響，穩定性高。此外，本發明中光波導的具體形式可以靈活選取，可採用單模光纖、多模光纖、帶狀波導、矽/絕緣膜結構光波導或納米線中的一種。這種方法具有廣泛的適用領域，特別是在集成光學、光互連、光網絡、光纖到戶領域。
圖1表示利用多模光纖和標準單模光纖製作模式轉換器過程中製作芯區部分的示意圖。
圖2表示利用多模光纖和標準單模光纖製作模式轉換器過程中製作固態包層的示意圖。
具體實施例方式
本發明通過優選的實施實例結合附圖加以說明參照附圖1、圖2，將詳細敘述本發明的具體實施實例。
在圖1中，使用商用通信紅外光源(中心波長1550nm)對多模光纖1和標準單模光纖2進行自由空間的光路耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合。
然後，在多模光纖1和標準單模光纖2的耦合端加入光敏有機樹脂3，可使用Norland紫外固化光學膠NOA60、NOA61或NOA63等。
多模光纖1和標準單模光纖2的非耦合端分別將紫外光5耦合到多模光纖1和標準單模光纖2中，紫外光5沿著多模光纖1和標準單模光纖2進入光敏有機樹脂3。光敏有機樹脂3的特點是常態下為液態，經過紫外光5曝光後變為固態，並且曝光前後其折射率發生改變，通常曝光後的折射率會變大。此曝光過程為不可逆過程，固化部分不會因曝光結束而消失。經過一段時間的曝光後，在光敏有機樹脂3中按照紫外光5所經過光路形成模式轉換部分的固態芯區4。固態芯區4的折射率要高於未經過曝光的光敏有機樹脂3，進而形成固態芯區和液態包層的結構。然後使用有機溶劑，如二氯甲烷、丙酮、二氯乙烯等，將未固化的光敏有機樹脂3溶解掉。
在圖2中，使用另外一種光敏有機樹脂，如Norland紫外固化光學膠NOA65、NOA68、NOA76或NOA77等，加入到兩光波導的耦合部分，在其側面使用紫外光5進行曝光，經過一段時間後，固態包層6形成，所述另一種光敏有機樹脂曝光固化後的折射率比芯區部分所使用的光敏有機樹脂曝光固化後的折射率小。
這樣光從多模光纖1非耦合端輸入，從標準單模光纖2非耦合端輸出時，即可用作多模到單模的光波導模式轉換器；反之，光從標準單模光纖2非耦合端輸入，從多模光纖1非耦合端輸出時，即可用作單模到多模的光波導模式轉換器。
權利要求
1.一種單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器，包括單模光波導和多模光波導以及兩者之間的模式轉換部分，其特徵在於所述的模式轉換部分採用光敏有機樹脂經紫外光曝光後形成的固態芯區(4)和固態包層(6)結構。
2.按照權利要求1所述的製作方法，其特徵在於所述的多模光波導和單模光波導採用單模光纖、多模光纖、帶狀波導、矽/絕緣膜結構光波導或納米線中的一種。
3.一種如權利要求1所述單模-多模或多模-單模光波導模式轉換器的製作方法，其特徵在於該方法按如下步驟進行1)使用工作光源對單模光波導和多模光波導進行自由空間光路的耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合；2)在單模光波導和多模光波導的耦合部分加入光敏有機樹脂；3)用紫外光對單模光波導和多模光波導進行曝光，使紫外光通過單模光波導和多模光波導進入到光敏有機樹脂中，並在光敏有機樹脂中形成固態芯區和液態包層結構；4)使用有機溶劑將未曝光的液態光敏有機樹脂溶解掉，再使用另一種光敏有機樹脂加入到兩波導的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的側面進行曝光形成固態包層，所述的另一種光敏有機樹脂曝光固化後的折射率應比芯區部分所使用的光敏有機樹脂小。
全文摘要
單模－多模或多模－單模光波導模式轉換器及製作方法，是利用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發形成光波導的方法，實現光波導單模到多模或多模到單模之間的模式轉換。該製作方法是將單模光波導和多模光波導的光路在自由空間條件下充分耦合；將光敏有機樹脂加入耦合端；將紫外光經過單模光波導和多模光波導的傳輸後對光敏有機樹脂進行固化，形成模式轉換部分的固態芯區和液態包層結構；將未固化的光敏有機樹脂溶解掉，加入另一種光敏有機樹脂；使用紫外光在耦合端側面進行曝光，形成固態包層。可用於單模－多模或多模－單模之間的模式轉換，成本低，器件穩定性高，具有廣泛的適用領域，特別是在集成光學、光互連、光網絡、光纖到戶領域。
文檔編號G02B6/13GK1936631SQ20061011370
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年10月13日
發明者楊昌喜, 張仲桓 申請人:清華大學