在光波導(dǎo)器件中產(chǎn)生任意角度高偏振度線偏光的方法技術(shù)

一種在光波導(dǎo)器件中產(chǎn)生任意角度高偏振度線偏光的方法，采用端面耦合工藝將鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片的輸出端面和普通光波導(dǎo)芯片的輸入端面耦合粘接，并使鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和普通光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同軸設(shè)置；鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片作為起偏器直接對(duì)輸入光進(jìn)行起偏處理，使輸入光以80dB以上的起偏度射入普通光波導(dǎo)芯片的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中；所述鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片采用退火質(zhì)子交換工藝制作。本發(fā)明專利技術(shù)的有益技術(shù)效果是：在產(chǎn)生高偏振度線偏光的同時(shí)，有效地縮小了器件尺寸。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種光波導(dǎo)器件起偏技術(shù)，尤其涉及一種。
技術(shù)介紹
以光纖、光波導(dǎo)以及其它光子學(xué)器件為特征的現(xiàn)代光電系統(tǒng)中，經(jīng)常需要偏振度很高的線偏振光，除了某些激光器本身可輸出線偏光外，其余應(yīng)用場(chǎng)合中，都需要通過對(duì)入射光進(jìn)行分解和選擇才能獲得線偏光。現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用線偏光起偏器來(lái)產(chǎn)生線偏光，線偏光起偏器也叫偏振器，依據(jù)工作原理不同，偏振器可分為雙折射型、反射型、吸收型和散射型，下面介紹幾種常見的偏振器: I)偏振棱鏡是利用晶體的雙折射特性制成的偏振器，這類偏振器中較為典型的如格蘭-湯姆森偏振棱鏡，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩塊方解石直角棱鏡沿斜面膠合而成，其端面與底面垂直，光軸方向既平行于端面又平行于斜面，即與圖面垂直，在兩個(gè)棱鏡間可以用甘油、樹脂等膠合，也可以用空氣隔開。自然光對(duì)端面正入射時(shí)，晶體對(duì)O光和e光的折射率分別為n。和(n0 ( ne)，此時(shí)O光和e光都不發(fā)生偏折，它們?cè)谛泵嫔系娜肷浣堑扔诶忡R斜面與直角面的夾角0。在一定孔徑角范圍內(nèi)，適當(dāng)選擇0即可使入射光波中的O光入射角大于臨界角，發(fā)生全反射而被棱鏡壁的涂層吸收；對(duì)于e光，由于其入射角小于臨界角，因此能夠透過，從而射出一束純線偏光；除了格蘭-湯姆森棱鏡，基于晶體雙折射特性制作的偏振棱鏡還有沃拉斯頓棱鏡、尼科耳棱鏡和洛匈棱鏡，這類偏振器件最大可實(shí)現(xiàn)55dB起偏度，并且存在器件尺寸大、插入損耗大、造價(jià)昂貴以及存在孔徑角限制等方面的不足，很難實(shí)現(xiàn)與光纖、光波導(dǎo)器件的集成。2)散射型偏振片是利用雙折射晶體的散射實(shí)現(xiàn)起偏的,其典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩片具有特定折射率的光學(xué)玻璃夾著一層光軸與其表面相平行的硝酸鈉晶體，由于硝酸鈉晶體對(duì)于垂直其光軸入射的光的雙折射很大，以波長(zhǎng)為550nm的黃綠光為例,兩種色光的折射率n0和ne分別為1.5854和1.3369，光學(xué)玻璃對(duì)該波長(zhǎng)光的折射率為1.5831，與n。非常接近，而與n6相差很大，所以，當(dāng)光通過玻璃與晶體間的粗糙界面時(shí)，O光將無(wú)阻地通過，而e光則受到界面強(qiáng)烈的散射而無(wú)法通過，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的起偏。散射型偏振片最高可實(shí)現(xiàn)50dB起偏度，厚度可小至0.2mm，但依然很難集成到光纖、光波導(dǎo)以及其它光子學(xué)器件及系統(tǒng)中。3)吸收型偏振片是利用某些物質(zhì)(電氣石、硫酸碘奎寧等)對(duì)傳輸光中兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)分量的選擇吸收特性制成的。例如電氣石對(duì)傳輸光中垂直光軸的尋常光矢量分量吸收很強(qiáng)烈，吸收量與晶體厚度成正比，而對(duì)非尋常光矢量分量只吸收某些波長(zhǎng)成分，因此它略帶顏色。利用晶體的這種特性制作的吸收型偏振片厚度薄至0.03mm以下，面積大，有效孔徑角幾乎是180°，且工藝簡(jiǎn)單，成本低，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用如圖3所示的結(jié)構(gòu)集成于光纖、光波導(dǎo)器件中，但它存在透過率低、起偏振度低30dB)的缺陷，不能滿足某些要求高偏振度線偏光的器件和系統(tǒng)。4)單偏振光纖是一種新型的偏振器件，其基本原理是在普通單模保偏光纖的基礎(chǔ)上通過特殊的應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加傳輸光中兩個(gè)相互垂直的偏振模中其中一個(gè)的傳輸損耗實(shí)現(xiàn)起偏。單偏振光纖可分別通過熔接和端面耦合的方法實(shí)現(xiàn)與其它光纖和光波導(dǎo)連接，但由于其偏振度不高(> 30dB)，且其輸出偏振度和工作帶寬受環(huán)境溫度、應(yīng)力、及其光纖本身彎曲形變的較大影響，因此限制了它在要求高偏振度線偏光器件和系統(tǒng)中以及苛刻環(huán)境下的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，工程
對(duì)于光電器件的集成度要求和傳輸光波偏振度要求都越來(lái)越高，如何在既保證傳輸光波偏振度的條件下又能同時(shí)提高光電器件集成度的問題，不僅依賴于光電技術(shù)的理論創(chuàng)新，還要依賴于對(duì)已有光電器件的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)
技術(shù)介紹
中的問題，本專利技術(shù)提出了一種，采用端面耦合工藝將鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片的輸出端面和普通光波導(dǎo)芯片的輸入端面耦合粘接，并使鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和普通光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同軸設(shè)置；鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片作為起偏器直接對(duì)輸入光進(jìn)行起偏處理，使輸入光以SOdB以上的起偏度射入普通光波導(dǎo)芯片的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中；所述鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片采用退火質(zhì)子交換工藝制作。該方法的基本原理是:現(xiàn)有技術(shù)中，通過退火質(zhì)子交換工藝制作出的鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片，具有高于SOdB的偏振消光比，是一種起偏性能極好的起偏器件；雖然鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片具有如此優(yōu)良的起偏性能，但由于技術(shù)人員的思維定勢(shì)，現(xiàn)有技術(shù)中并未將鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片單獨(dú)作為起偏器使用，本專利技術(shù)中，將鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片直接作為“起偏器”與普通光波導(dǎo)芯片端面耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入光的高起偏度起偏，有效提高了器件的集成度，使器件尺寸得到了縮小，同時(shí)，本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)還使得鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片與普通光波導(dǎo)芯片以零間距方式連接，使起偏后的光的偏振度在幾乎無(wú)損耗的情況下進(jìn)入普通光波導(dǎo)芯片內(nèi)，保證進(jìn)入普通光波導(dǎo)芯片的光的偏振度在SOdB以上，從而獲得高起偏度的線偏光。普通光波導(dǎo)芯片的種類可根據(jù)實(shí)際需要擇優(yōu)采用，具體可選類型有SiO2基光波導(dǎo)芯片、Si基光波導(dǎo)芯片、玻璃基光波導(dǎo)芯片、聚合物光波導(dǎo)芯片、鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片； 以光纖電流傳感器系統(tǒng)用鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器為例，現(xiàn)有的鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器需要在其輸入端通過保偏光纖連接一常規(guī)起偏器(起偏度小于40dB)，然后通過保偏光纖傳輸將常規(guī)起偏器和鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器相連，考慮到保偏光纖本身的退偏效應(yīng)，實(shí)際進(jìn)入鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器芯片的線偏振光的偏振度肯定小于40dB。而采用本專利技術(shù)方案后，即將作起偏器使用的鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片與鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器芯片相集成后，則從作起偏器使用的鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片出射的線偏光可以以高于SOdB的偏振度直接耦合進(jìn)入鈦擴(kuò)散鈮酸鋰相位調(diào)制器芯片中，因而可減小因模式耦合效應(yīng)而導(dǎo)致的串?dāng)_，提高光纖電流傳感器的測(cè)量精度，同時(shí)，裝置中還省去了傳輸用的保偏光纖，使器件尺寸得到縮減。在前述方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)還提出了如下的優(yōu)選實(shí)施方式:鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所在的結(jié)構(gòu)體平面形成第一波導(dǎo)面，普通光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所在的結(jié)構(gòu)體平面形成第二波導(dǎo)面，第一波導(dǎo)面與第二波導(dǎo)面的夾角在(T90°范圍選擇，從而實(shí)現(xiàn)0° 90°范圍內(nèi)任意角度起偏，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。本專利技術(shù)還提出了一種在光波導(dǎo)器件中產(chǎn)生任意角度高偏振度線偏光的結(jié)構(gòu)，它由輸入光纖、輸入光纖載體、銀酸鋰光波導(dǎo)芯片、普通光波導(dǎo)芯片、輸出光纖載體和輸出光纖組成；輸入光纖載體和輸出光纖載體上均設(shè)置有安裝槽；輸入光纖安裝在輸入光纖載體的安裝槽中形成輸入光纖模塊；輸出光纖安裝在輸出光纖載體的安裝槽中形成輸出光纖模塊；鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片一端與輸入光纖模塊端面連接，鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片另一端與普通光波導(dǎo)芯片的一端端面連接，普通光波導(dǎo)芯片另一端與輸出光纖模塊端面連接；輸入光纖、鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、普通光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和輸出光纖四者同軸設(shè)置；所述鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片采用退火質(zhì)子交換工藝制作。基于現(xiàn)有原理，為了抑制I禹合點(diǎn)背向反射噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，輸入、輸出光纖模塊與光波導(dǎo)芯片之間可采用斜耦合結(jié)構(gòu)； 同樣地，該結(jié)構(gòu)還可采用如下的優(yōu)選實(shí)施方式:所述鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所在的結(jié)構(gòu)體平面形成第一波導(dǎo)面，所述普通光波導(dǎo)芯片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所在的結(jié)構(gòu)體平面形成第二波導(dǎo)面，第一波導(dǎo)面和第二波導(dǎo)面之間的夾角在(T90°范圍選擇。本專利技術(shù)還提出了 一種在光波導(dǎo)器件中產(chǎn)生任意本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在光波導(dǎo)器件中產(chǎn)生任意角度高偏振度線偏光的方法，其特征在于：采用端面耦合工藝將鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片（3）的輸出端面和普通光波導(dǎo)芯片（4）的輸入端面耦合粘接，并使鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片（3）上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和普通光波導(dǎo)芯片（4）上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同軸設(shè)置；鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片（3）作為起偏器直接對(duì)輸入光進(jìn)行起偏處理，使輸入光以80dB以上的起偏度射入普通光波導(dǎo)芯片（4）的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中；所述鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片（3）采用退火質(zhì)子交換工藝制作。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：華勇，田自君，朱學(xué)軍，舒平，王立民，胡紅坤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：