CN111025475B - 基于折射率引导型光子晶体光纤的y波导制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于基于光子晶体光纤的波导制作技术领域，具体涉及一种基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，该方法以折射率引导型光子晶体光纤替换常规的熊猫性保偏光纤，具有对环境因素不敏感，损耗小，单模传输能力强等优势。本发明的结构由如下要素组成：UV胶、玻璃套管、折射率引导型光子晶体光纤、铌酸锂波导芯片、金属管壳、粘接胶。本发明的特征是：低折射率UV胶填充进折射率引导性光子晶体光纤中，研磨后填充深度控制在50～150um，确保足够高的传输损耗以及尾纤偏振串音，制作成尾纤模块后与波导芯片耦合，最终封装。

Description

基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法
技术领域
本发明属于基于光子晶体光纤的波导制作技术领域，具体涉及一种基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法。
背景技术
Y波导器件作为光纤陀螺的核心部件，在实际工程应用中还存在着温度敏感，噪声大，磁敏感以及抗辐射能力差等问题，严重影响光纤陀螺性能。目前通过优化结构，更精密的光纤绕制，更完善的信号处理方案以及有效的屏蔽技术可以较好的解决上述问题，但是这些技术措施使得陀螺更为复杂，成本大大增加。
而光子晶体光纤的独特构造具有以下独特优势：(1)对温度，电磁场，空间辐射等环境因素的敏感度低；(2)散射低，损耗小，传输参数稳定，对弯曲不敏感；(3)折射率引导型光子晶体光纤具有无限单模传输能力。报道表明，光子晶体光纤的温度稳定性比普通单模保偏光纤提高3至6倍，敏感性降低10至20倍，用光子晶体光纤替代常规的单模保偏光纤，可有效减小光纤陀螺的偏振误差，降低***噪声，提高陀螺精度及其温度稳定性，减小陀螺尺寸。
由于折射率引导型光子晶体光纤的特性优势，国内科研院所及企业竞相将光子晶体光纤替代常规单模保偏光纤，由于国外的技术封锁以及较高的工艺难度，致使单位注意力集中在光子晶体光纤与常规光纤的熔接技术上面。然而，光子晶体光纤与普通保偏光纤熔接，熔接端面会形成光反射区域从而引入背向反射光噪声，另外熔接处孔隙塌陷的缺陷很难避免，会造成较大的熔接损耗以及降低尾纤偏振串音；空气孔内的空气在温度变化环境下，折射率的变化量与石英不匹配从而导致模场失配，而如果采用光子晶体光纤直接耦合Y波导技术，可避免上述问题，提高器件整体消光比及温度稳定性，为后期Y波导芯片直接耦合光子晶体光纤环打下良好的基础。另一方面由于光子晶体光纤传输损耗低，对弯曲不敏感的特性，而可进一步减小光纤陀螺尺寸，对于研制小型化高精度光纤陀螺技术提供有力的技术支持。
专利CN201510853161.X以及CN201510827293.5显示了光子晶体光纤与常规熊猫纤熔接方法，虽然可以明显提高熔接损耗，但是依然存在传统光纤与光子晶体光纤的耦合端面反射，给陀螺***带入光噪声，且温度特性不如全光子晶体光纤的陀螺效果好。
专利CN201410484241.8重点是光子晶体光纤环的绕制，波导器件的出纤部位通过缩孔工艺调整模场直径和光纤环间的匹配，未说明光子晶体光纤的尾纤制作方法。
专利CN200610113700.7是将有机树脂加入到耦合断面，形成固态的连接结构，损耗相对较低，但有机树脂胶体的折射率和热敏系数较大，不利于温差大的环境应用，因此只适用于常温器件的耦合，并不能提高全文状态下光纤陀螺的整体稳定性需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何用折射率引导型光子晶体光纤代替传统熊猫保偏纤，以提高器件的性能以及环境适应性。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，所述方法包括：
步骤1：将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起制作尾纤模块；
步骤2：高温烘烤后切割光纤并填充紫外胶，经充胶工艺处理后，确保110um-210um的填充深度；
步骤3：研磨尾纤模块，与垂直方向成45°，与Y波导器件耦合成器件并封装进金属管壳。
其中，所述光子晶体光纤为折射率引导性光子晶体光纤(TIR-PCF)。
其中，所述步骤1中，利用光纤对轴工艺实现尾纤模块的对轴工作，将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起后，此时光子晶体光纤的尾纤突出玻璃套管端面1cm左右，将两大应力孔中心点连线方向平行于玻璃套管的水平方向，从而实现对轴。
其中，所述步骤2中，所述高温为85℃。
其中，所述步骤2中，高温85℃筛选后切割尾纤模块突出部分尾纤，与玻璃套管端面高度偏差不大于0.5mm。
其中，所述步骤2中，将尾纤模块固定，并填充入紫外胶，充胶时间为5min，确保充胶深度110～210um，以保证足够高的损耗和尾纤偏振串音；
紫外曝光2小时，镜检筛除填充不均匀以及深度不合格工件。
其中，所述紫外胶为低折射率紫外胶，以满足对折射率的要求。
其中，所述步骤2中，确保充胶前气孔内洁净度。
其中，所述步骤3中，研磨尾纤模块时，研磨工艺粗磨30min，研磨精度控制在3um以内，精磨2小时，精度控制在0.5um。
其中，所述步骤3中，研磨期间加入研磨陪块，减小摩擦力以防止端面由于传统工艺压力较大引起碎裂，研磨后清洗并镜检，确保填充深度控制在50～150um之间，满足耦合的光学性能需求。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明技术方案具备如下特点：
(1)用折射率引导性光子晶体光纤替代传统熊猫保偏纤用于制作Y波导器件。
(2)根据充胶设备(如图3所示)，将低折射率紫外胶对光子晶体光纤进行填充，确保填充深度控制在110-210um，深度一致性较好并确保尾纤模块的尾纤偏振串音大于30dB。
(3)通过调整研磨方法制作出满足耦合需求的尾纤模块(如图2所示)，确保端面研磨精度小于1um，端面中心处光纤孔隙内胶体填充完整(无未填充孔隙)，镜检后经偏振计测试，尾纤偏振串音大于30dB。
综上，本发明技术方案既避开了传统光纤与光子晶体光纤的熔接引来的诸多问题，同时解决了直接用光子晶体光纤与波导耦合所带来的损耗大，尾纤偏振串音低等缺点，进一步提高了Y波导的温度稳定性，从而提高了光纤陀螺的环境适应性，为后续光子晶体光纤环直接耦合技术奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明尾纤模块结构示意图。
图3为本发明尾纤充胶夹具结构示意图。
其中，1、2、3为光子晶体光纤，4、5、6为玻璃套管，7为铌酸锂芯片，8为金属电极，9为金丝，10为管壳。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，所述方法包括：
步骤1：将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起制作尾纤模块；
步骤2：高温烘烤后切割光纤并填充低折射率紫外胶，经充胶工艺处理后，确保110um-210um的填充深度；
步骤3：研磨尾纤模块，与垂直方向成45°，与Y波导器件耦合成器件并封装进金属管壳。
其中，所述光子晶体光纤为折射率引导性光子晶体光纤(TIR-PCF)。
其中，所述步骤1中，利用光纤对轴工艺实现尾纤模块的对轴工作，如图2所示，1为光子晶体光纤，4为玻璃套管。将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起后，此时光子晶体光纤的尾纤突出玻璃套管端面1cm左右，将两大应力孔中心点连线方向平行于玻璃套管的水平方向，从而实现对轴。
其中，所述步骤2中，所述高温为85℃。
其中，所述步骤2中，高温85℃筛选后切割尾纤模块突出部分尾纤，与玻璃套管端面高度偏差不大于0.5mm。
其中，所述步骤2中，用充胶夹具(图3所示)将尾纤模块固定，并填充入选定的低折射率紫外胶，充胶时间为5min，确保充胶深度110～210um，以保证足够高的损耗和尾纤偏振串音；
紫外曝光2小时，镜检筛除填充不均匀以及深度不合格工件。
其中，所述紫外胶为低折射率紫外胶，以满足对折射率的要求。
其中，，所述步骤2中，确保充胶前气孔内洁净度。
其中，所述步骤3中，研磨尾纤模块时，研磨工艺粗磨30min，研磨精度控制在3um以内，精磨2小时，精度控制在0.5um。
其中，所述步骤3中，研磨期间加入研磨陪块，减小摩擦力以防止端面由于传统工艺压力较大引起碎裂，研磨后清洗并镜检，确保填充深度控制在50～150um之间，满足耦合的光学性能需求。研磨角度15±1°，检测尾纤偏振串音≥30dB。
其中，耦合工艺控制胶量，耦合端面不引入其他杂质；利用UV耦合胶既保证与尾纤模块端面的折射率匹配问题，也保证了足够的粘接强度，保证器件的环境适应性。
实施例1
本实施例包括如下步骤：
1、利用光纤对轴工艺实现尾纤模块的对轴工作，如图2所示，1为光子晶体光纤，2为玻璃管。此时尾纤突出玻璃管端面1cm左右，将两大应力孔中心点连线方向平行于玻璃管的水平方向实现对轴。
2、高温85℃筛选后切割尾纤模块突出部分尾纤，与玻璃管端面高度偏差不大于0.5mm。
3、用充胶夹具(图3所示)将尾纤模块固定，并填充入选定的UV胶，充胶时间为5min，充胶深度110～210um。紫外曝光2小时，镜检筛除填充不均匀以及深度不合格工件。
4、研磨工艺粗磨30min，研磨精度控制在3um以内，精磨2小时，精度控制在0.5um，期间加入研磨陪块，减小摩擦力以防止端面由于传统工艺压力较大引起碎裂。
5、研磨后清洗并镜检，确保填充深度控制在50～150um之间，研磨角度15±1°，检测尾纤偏振串音≥30dB。
6、耦合Y波导器件，指标满足表1所示。
表1Y波导器件指标要求
参数指标 数值要求
常温***损耗/dB ≤4.0
全温***损耗变化量/dB ≤0.5
分光比/％ ≤3
常温尾纤偏振串音/dB ≤-27
全温尾纤偏振串音/dB ≤-23
7、对芯片进行封装，老化后测试产品指标依然按照表1要求检测，筛出满足指标需求的器件。
综上，本发明技术方案的方法以折射率引导型光子晶体光纤替换常规的熊猫性保偏光纤，具有对环境因素不敏感，损耗小，单模传输能力强等优势。本发明的结构由如下要素组成：UV胶、玻璃套管、折射率引导型光子晶体光纤、铌酸锂波导芯片、金属管壳、粘接胶。本发明的特征是：低折射率UV胶填充进折射率引导性光子晶体光纤(TIR-PCF)中，研磨后填充深度控制在50～150um，确保足够高的传输损耗以及尾纤偏振串音，制作成尾纤模块后与波导芯片耦合，最终封装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起制作尾纤模块，将两大应力孔中心点连线方向平行于玻璃管的水平方向实现对轴，光子晶体光纤的尾纤突出玻璃套管端面1cm，确保充胶前气孔内洁净度；
步骤2：高温烘烤后切割尾纤模块突出部分尾纤，与玻璃套管端面高度偏差不大于0.5mm，用充胶夹具将尾纤模块固定，并填充入选定的UV胶，充胶时间为5min，确保充胶深度110～210um，以保证足够高的损耗和尾纤偏振串音；
步骤3：研磨尾纤模块，研磨工艺粗磨30min，研磨精度控制在3um以内，精磨2小时，精度控制在0.5um，研磨期间加入研磨陪块，减小摩擦力以防止端面由于传统工艺压力较大引起碎裂，研磨后清洗并镜检，确保填充深度控制在50～150um之间，满足耦合的光学性能需求；研磨角度15±1°，尾纤偏振串音≥30dB；
步骤4：耦合工艺控制胶量，耦合端面不引入其他杂质；利用填充的UV胶进行耦合，既保证与尾纤模块端面的折射率匹配问题，也保证了足够的粘接强度，保证器件的环境适应性；
步骤5：对芯片进行封装，老化后测试产品指标需满足：常温***损耗≤4.0dB，全温***损耗变化量≤0.5dB，分光比≤3％，常温尾纤偏振串音≤-27dB，全温尾纤偏振串音≤-23dB。
2.如权利要求1所述的基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述步骤1中，利用光纤对轴工艺实现尾纤模块的对轴工作，将光子晶体光纤与玻璃套管粘接在一起后，此时光子晶体光纤的尾纤突出玻璃套管端面1cm，将两大应力孔中心点连线方向平行于玻璃套管的水平方向，从而实现对轴。
3.如权利要求1所述的基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述步骤2中，所述高温为85℃。
4.如权利要求1所述的基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述步骤2中，将尾纤模块固定，并填充入紫外胶，充胶时间为5min，确保充胶深度110～210um，以保证足够高的损耗和尾纤偏振串音；
紫外曝光2小时，镜检筛除填充不均匀以及深度不合格工件。
5.如权利要求4所述的基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述紫外胶为低折射率紫外胶，以满足对折射率的要求。
6.如权利要求4所述的基于折射率引导型光子晶体光纤的Y波导制造方法，其特征在于，所述步骤2中，确保充胶前气孔内洁净度。
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