基于液滴耦合的光纖分路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種光纖分路器，具體地說(shuō)是一種基于液滴消逝場(chǎng)耦合原理的新 型光纖分路器。
【背景技術(shù)】
[0002] 亞波長(zhǎng)直徑的微納光波導(dǎo)線（簡(jiǎn)稱(chēng)微納光纖），因?yàn)槠渚哂写蟊壤馁渴挪▊鬏敗?高非線性、高色散區(qū)、強(qiáng)倏逝波耦合、低彎曲損耗等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于微納光子器件和 近場(chǎng)光學(xué)傳感等方面。
[0003] 微納光纖與液滴之所以可以發(fā)生耦合，是因?yàn)閳A形液滴具有回音壁模式。早在 1910年LordRaleigh就已率先開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。其原理是聲波可以不斷地在彎曲 光滑的墻面反射而損耗很小，所以聲音可以沿著墻壁傳播很遠(yuǎn)的距離。類(lèi)似于聲波在墻 面的反射，當(dāng)光從光密介質(zhì)以足夠大的入射角入射到光疏介質(zhì)時(shí)，會(huì)在兩種介質(zhì)的表面發(fā) 生全反射現(xiàn)象，回音壁模式存在于閉合腔體的邊界內(nèi)，所以光可以一直被囚禁在腔體內(nèi)部 保持穩(wěn)定的行波傳輸模式（Rayleigh L. The problem of the whispering gallery. Phil Mag, 1910, 20 (120) :1001 - 1004) 〇
[0004] 因?yàn)楣廨椛涫歉飨虍愋裕茈y通過(guò)自由空間直接收集或利用高斯光束激發(fā)出微腔 的回音壁模式，所以人們往往采用外部的近場(chǎng)耦合器件將光有效地耦合進(jìn)微腔里，如光纖 錐、光學(xué)波導(dǎo)。目前利用消逝場(chǎng)耦合原理做出的光纖器件，所使用的光纖均為微納光纖，微 腔結(jié)構(gòu)大致設(shè)計(jì)成兩類(lèi)一一玻璃微球腔和光纖環(huán)。
[0005] 自1989年，Braginsky等人通過(guò)燒融玻璃光纖，在實(shí)驗(yàn)中成功的制備出穩(wěn)定的 固態(tài)玻璃微球腔以來(lái)，玻璃微球腔因?yàn)榉€(wěn)定性很高，被認(rèn)為是激發(fā)回音壁模式的一種理想 腔體（Braginsky V B, Gorodetsky M L, Ilchenko V S. Quality factor and nonlinear properties of optical whispering-gallery modes. Phys Lett A, 1989, 137:393 - 397)〇 2006年，黃衍堂等人利用玻璃微球和錐光纖，將錐光纖與微球相組合構(gòu)成一種高效窄帶 0ADM，由此設(shè)計(jì)出一種錐光纖微球型光分插復(fù)用器（錐光纖微球型光分插復(fù)用器及其制造 方法，專(zhuān)利【申請(qǐng)?zhí)枴?00610084957. 4)。2014年，王鵬飛等人利用兩根微納光纖與一個(gè)玻璃 微球的模式親合，實(shí)現(xiàn)了一種高Q值的差分濾波器（Wang P, Ding M, Murugan GS, BO L, Guan C1Semenova Y, Wu Q1Farrell G, Brambilla G. Packaged, high-Q, microsphere-resonator-based add-drop filter[J]· Opt Lett. 2014Sep 1，39(17) :5208-11)。目前玻璃微球的制 備方式有兩種：高溫熔融法和溶膠-凝膠法。高溫熔融法是用電弧或者激光將光纖末端局 部熔融，利用其表面張力作用形成形狀較規(guī)則的微球，冷卻后便是一種帶柄的光纖玻璃微 球。缺點(diǎn)是無(wú)法讓微球表面十分平滑，并且很難控制微球的大小，一旦玻璃微球的形狀形 成，無(wú)法改變光分路器的分光比；溶膠-凝膠法是一種化學(xué)方法，這種方法制作的微球折射 率和半徑都可以控制，缺點(diǎn)是制作出來(lái)的微球均勻性和球形度都比較差，一旦玻璃微球形 成，無(wú)法改變光分路器的分光比。
[0006] 另一種微腔結(jié)構(gòu)是光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，2012年Μ. Z. Muhammad等人將光纖的錐 區(qū)打結(jié)形成一個(gè)光纖環(huán)，制成分光比為50:50的微納光纖親合器（A. A. Jasim, A. Z. Zulkifl i, Μ. Z. Muhammad, H. Ahmad, S. ff. Harun. Fabrication and Chracterization of a2X 2Microfiber Knot Resonator Coupler [J]. Chinese Phys. Lett, 2012, 29 (8))； 2008年廖繼海利用微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖之間的耦合制成了光學(xué)上下載濾波 器（微納光纖與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學(xué)上下載濾波器及其制作方法，專(zhuān)利【申請(qǐng)?zhí)枴?201410162616. 9)。微納光纖環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是：直徑?。豢梢院雎缘魪澢鷵p耗；具有很好的直徑 均勻度與表面平滑度。缺點(diǎn)是：因?yàn)殄F區(qū)太細(xì)在打結(jié)時(shí)容易將光纖弄斷，操作難度太大；因 為光纖環(huán)尺度很小，很難控制環(huán)的大小；無(wú)法保證所形成的環(huán)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種制作簡(jiǎn)單、操作容易、價(jià)格低廉、體積小巧易于集成、 分光比可以自由控制的基于液滴耦合的光纖分路器。
[0008] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 包括第一微納光纖、第二微納光纖、激光光源、液滴、背景液體和石英毛細(xì)管，第一 微納光纖和第二微納光纖均與液滴相切，激光光源從第一微納光纖的第一端口進(jìn)入，第一 微納光纖中的光一部分親合到液滴中，在液滴里產(chǎn)生諧振，并在沿著液滴邊緣傳輸η周后 將光耦合到第二微納光纖中，最后通過(guò)第二微納光纖的第一端口射出，第一微納光纖中其 余的光繼續(xù)沿著第一微納光纖向前傳輸，最終從第一微納光纖第二端口出射，第一微納光 纖、第二微納光纖、液滴和背景液體均封裝在石英毛細(xì)管中。
[0010] 本發(fā)明還可以包括：
[0011] 所述的第一微納光纖和第二微納光纖的纖芯直徑為1. 5 μ m，折射率為1. 44,長(zhǎng)度 為 200 μL?ο
[0012] 所述的液滴的直徑為115 μ m。
[0013] 本發(fā)明對(duì)已有的兩種微腔結(jié)構(gòu)并加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了一種液滴諧振腔。這種液滴 諧振腔與玻璃微球腔相比，液滴的結(jié)構(gòu)十分均勻，球形度非常好，并且液滴的大小與折射率 都可以改變；與光纖環(huán)相比，回音壁模式的形成不需要用到微納光纖，所以無(wú)須將光纖打 結(jié)，這讓操作難度大大減小，并且液滴形狀均勻。通過(guò)改變背景液體和液滴的折射率，可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)該光纖分路器分光比的自由控制，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、操作容易、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧 易于集成。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0015] 1、通過(guò)改變背景液體和液滴的折射率，可以實(shí)現(xiàn)該光纖分路器的分光比的控制。
[0016] 2、裝置的結(jié)構(gòu)小巧，易于集成。
[0017] 3、裝置的制造方法簡(jiǎn)單，操作容易。
[0018] 4、裝置所用器件價(jià)格低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)立體圖。
[0021 ] 圖3為本發(fā)明中液滴折射率為1. 65,背景液體的折射率為1. 30時(shí)的光纖分路器仿 真結(jié)果圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明中液滴折射率為1. 65,背景液體的折射率為1. 30時(shí)的串聯(lián)使用的光 纖分路器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 結(jié)合圖1和圖2,本發(fā)明的基于液滴耦合的光纖分路器的組成包括第一微納光纖、 第二微納光纖、激光光源、液滴4、背景液體5和石英毛細(xì)管6。第一微納光纖與第二微納光 纖均與液滴相切放置，激光從第一微納光纖的第一端口 1-1進(jìn)入，由于微納光纖具有強(qiáng)消 逝場(chǎng)特性，第一微納光纖中的光一部分耦合到液滴4中，在液滴4里產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，并在沿 著液滴4邊緣傳輸η周后將光耦合到第二微納光纖中，最后通過(guò)第二微納光纖的第一端口 2-1射出；第一微納光纖中其余的光則繼續(xù)沿著光纖向前傳輸，最終從第一微納光纖的第 二端口 1-2出射，從第二微納光纖的第二端口 2-2射出的光極少，這部分屬于光纖分路器的 附加損耗。通過(guò)改變液滴4的折射率與背景液體5折射率，可以自由控制該光分路器的分 光比。上述的第一微納光纖、第二微納光纖、液滴4、背景液體5均封裝在石英毛細(xì)管6中。 本發(fā)明可以自由控制光纖分路器的分光比，其制作簡(jiǎn)單、操作容易、價(jià)格低廉、體積小易于 集成。
[0024] 所述的第一微納光纖和第二微納光纖的纖芯直徑為1. 5 μ m，折射率為1. 44,長(zhǎng)度 均為200 μ m。
[0025] 所述的液滴，其特征是：液滴的直徑為115μπι，折射率可以通過(guò)折射率匹配也調(diào) 制成所需數(shù)值
[0026] 所述的背景液體，折射率可以通過(guò)折射率匹配液調(diào)制成所需數(shù)值。
[0027] 所述的液滴和背景液體，兩種液體互不相溶，具有不同的親水性。
[0028] 圖3為本發(fā)明中液滴折射率為1. 65,背景液體的折射率為1. 30時(shí)的光纖分路器仿 真結(jié)果圖。采用有限元分析法，利用Comsol Multiphysics 4. 3b軟件進(jìn)行仿真。其中入射 光波長(zhǎng)為1550nm，微納光纖直徑為L(zhǎng) 5 μ m，微納光纖折射率為L(zhǎng) 44,液滴直徑為115 μ m， 液滴折射率為I. 65,背景液體的折射率為