【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及微結(jié)構(gòu)光纖，具體涉及一種耦合透鏡的光子晶體光纖。
技術(shù)介紹
1、隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)速度的要求越來(lái)越高。為滿足這一需求，光纖通信系統(tǒng)向著更高傳輸速率、更大容量、更遠(yuǎn)傳輸距離的方向發(fā)展。尤其是對(duì)于大功率激光器，需要提高單模傳輸功率。傳統(tǒng)光纖受其結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝等因素的限制，在保證單模傳輸?shù)臈l件下，降低損耗，實(shí)現(xiàn)大功率傳輸具有很大的難度。
2、目前，雖然光子晶體光纖適合大功率激光傳輸，但其特殊的微孔結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)被污染、破損、被堵塞的問(wèn)題。在光纖網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，光連接器是不可缺少的，目前通常使用的是pc光纖連接器，對(duì)接端端面是物理接觸，其原理是將光纖陶瓷插芯端面研磨拋光為凸面拱型結(jié)構(gòu)，通過(guò)施加一定壓力，使陶瓷插芯的球端面發(fā)生輕微變形彼此壓緊，以保證兩光纖端面的緊密接觸。對(duì)于光子晶體光纖，由于微氣孔結(jié)構(gòu)的脆弱性，在使用光纖連接器時(shí)如果對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的研磨拋光工藝，微型氣孔周圍的玻璃纖維破碎進(jìn)入孔內(nèi)，必定導(dǎo)致其微型氣孔堵塞，其結(jié)構(gòu)的改變將導(dǎo)致傳輸效率和性能的下降；對(duì)接過(guò)程也需要非常精細(xì)的控制，否則很容易對(duì)光纖造成損傷。光子晶體光纖端面的微型氣孔長(zhǎng)期暴露在空氣中易受到污染，灰塵和水蒸氣的進(jìn)入也會(huì)影響光纖的傳輸性能。
3、另外，光束會(huì)從光纖輸出端面以一定的角度發(fā)射出來(lái)，這個(gè)發(fā)散角與光纖的數(shù)值孔徑na有關(guān)。當(dāng)光纖耦合到后續(xù)器件時(shí)，由于發(fā)散角較大和光纖模場(chǎng)失配等問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生較大的耦合損耗，從而影響傳光性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述問(wèn)題，本專利技
2、本專利技術(shù)提供了一種耦合透鏡的光子晶體光纖，包括：光子晶體光纖1和透鏡2；
3、所述光子晶體光纖1的輸出端面與所述透鏡2的端面一21熔接；優(yōu)選的，所述光子晶體光纖1包括：芯層和包層；所述芯層和包層同心；
4、可選地，將光子晶體光纖1的輸出端面與所述透鏡2的端面一21使用co2激光熔接機(jī)進(jìn)行熔接，通光位置靠近透鏡2一側(cè)，避免光子晶體光纖1輸出端面的氣孔塌縮從而導(dǎo)致?lián)p耗較大；
5、示例性的，使用lzm-100熔接機(jī)，設(shè)置通光位置為偏向透鏡2?60μm處，通光功率-100bit，通光時(shí)間1000ms。
6、進(jìn)一步的，所述芯層為石英材料；所述包層為二維光子晶體結(jié)構(gòu)；
7、示例性的，所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由二氧化硅sio2和空氣孔周期排列構(gòu)成。
8、優(yōu)選的，所述透鏡2包括端面一21、端面二22以及外周面二；所述外周面二分別連接所述端面一21和端面二22；
9、進(jìn)一步的，所述透鏡的端面二22為弧形表面；所述端面二22為耦合透鏡的光子晶體光纖的輸出面；
10、示例性的，所述弧形表面為凸球形面；
11、進(jìn)一步的，所述光子晶體光纖1為折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖；所述透鏡2的材質(zhì)為實(shí)心毛細(xì)石英棒；
12、優(yōu)選的，所述芯層折射率n1、透鏡2折射率n3的比例關(guān)系為：1:1；
13、優(yōu)選的，所述透鏡2的焦距efl為由端面一21傳輸出的光的焦點(diǎn)f與光在透鏡2上的前主點(diǎn)h的距離或由端面二22傳輸出的光的焦點(diǎn)f’與光在透鏡2上后主點(diǎn)的距離h’；
14、優(yōu)選的，所述透鏡2的焦距efl的表達(dá)式為：
15、
16、其中，r為透鏡端面二的曲率半徑，n3為透鏡折射率。
17、所述透鏡的前焦距的表達(dá)式為：
18、
19、其中，t為透鏡厚度，ffl為透鏡的前焦距；
20、所述透鏡2的焦平面位于光纖的輸出端面，為端面一21傳輸出的光的焦點(diǎn)f垂直于主光軸的平面，用于實(shí)現(xiàn)光束3準(zhǔn)直出射；
21、所述透鏡2的焦平面位于光纖的輸出端面，表達(dá)式為：
22、
23、所述透鏡2端面二的曲率半徑的表達(dá)式為：
24、
25、其中，r為透鏡端面二的曲率半徑，n3為透鏡折射率，t為透鏡的厚度。
26、本專利技術(shù)無(wú)需設(shè)計(jì)、制作復(fù)雜的梯度折射率光纖透鏡，僅需根據(jù)熔接實(shí)芯石英毛細(xì)棒的長(zhǎng)度，將石英棒輸出端面設(shè)計(jì)為凸球面，調(diào)整凸透鏡的厚度和曲率半徑設(shè)計(jì)透鏡輸出端面的幾何結(jié)構(gòu)，即可滿足光束準(zhǔn)直出射條件，通過(guò)調(diào)整耦合透鏡的厚度，使透和鏡曲率半徑與之匹配，進(jìn)一步調(diào)整由此透鏡輸出的準(zhǔn)直光束的束腰位置和瑞利距離隨之改變，從而實(shí)現(xiàn)光束準(zhǔn)直位置的調(diào)整。通過(guò)調(diào)整透鏡的曲率半徑，還可以實(shí)現(xiàn)不同位置的光束聚焦。增加了光纖輸出的可調(diào)節(jié)性，降低了光子晶體光纖設(shè)計(jì)、制作難度。同時(shí)，解決了光子晶體光纖易堵塞、受損傷、受污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)光束自準(zhǔn)直出射以提高耦合效率。
27、本專利技術(shù)中折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖通過(guò)在包層中引入的周期性排布的微型空氣孔陣列，有效調(diào)整包層等效折射率，使其小于纖芯的折射率，折射率差使得光可以在纖芯中發(fā)生全內(nèi)反射，從而限制光波在光纖無(wú)氣孔區(qū)的纖芯中傳播。
28、本專利技術(shù)使用的光子晶體光纖具有大模場(chǎng)面積(lma)，可實(shí)現(xiàn)大功率激光傳輸。一方面，由于光子晶體光纖的模場(chǎng)面積大小會(huì)直接影響非線性效應(yīng)的強(qiáng)弱，通過(guò)增加模場(chǎng)面積，在保證激光傳輸質(zhì)量的同時(shí)，可顯著降低光纖中的激光功率密度，有效提高光纖材料的損傷閾值，并減小在傳輸過(guò)程中的非線性效應(yīng)，有利于脈沖在其中的穩(wěn)定傳輸。另一方面，光子晶體光纖可實(shí)現(xiàn)較大的數(shù)值孔徑，從而提高光纖傳輸光的耦合效率，以實(shí)現(xiàn)高功率輸出。
29、光子晶體光纖通過(guò)調(diào)整橫截面的幾何特性，改變包層區(qū)域的空氣孔直徑、兩個(gè)相鄰空氣孔中心距離以及中央等效的實(shí)心纖芯的直徑，實(shí)現(xiàn)大的有效模場(chǎng)面積。當(dāng)占空比(空氣孔直徑與兩個(gè)相鄰空氣孔中心距離之比)小于0.4時(shí)，可在保持單模的條件下，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)傳輸。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)至少具有現(xiàn)如下有益效果：
31、(1)本專利技術(shù)解決了光子晶體光纖存放易受污染、應(yīng)用于光纖網(wǎng)絡(luò)中易堵塞、受損傷的問(wèn)題；
32、(2)本專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)光束自準(zhǔn)直出射，降低與后續(xù)器件的耦合損耗，提高耦合效率。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，包括：光子晶體光纖(1)和透鏡(2)；所述透鏡(2)包括端面一(21)、端面二(22)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述光子晶體光纖(1)包括：芯層和包層；所述芯層和包層同心；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)包括外周面二；所述外周面二分別連接所述端面一(21)和端面二(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述弧形表面為凸球形面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述光子晶體光纖(1)為折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)的焦距為由端面一(21)傳輸出的光的焦點(diǎn)與光在透鏡(2)上的前主點(diǎn)的距離或由端面二(22)傳輸出的光的焦點(diǎn)與光在透鏡上后主點(diǎn)的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)包括焦平面；所述焦平面位于光纖的輸出端面
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)的焦距EFL的表達(dá)式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡的前焦距的表達(dá)式為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)端面二的曲率半徑的表達(dá)式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，包括：光子晶體光纖(1)和透鏡(2)；所述透鏡(2)包括端面一(21)、端面二(22)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述光子晶體光纖(1)包括：芯層和包層；所述芯層和包層同心；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述透鏡(2)包括外周面二；所述外周面二分別連接所述端面一(21)和端面二(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述弧形表面為凸球形面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合透鏡的光子晶體光纖，其特征在于，所述光子晶體光纖(1)為折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖；
6.根據(jù)權(quán)利要求1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高福宇，尚文心，朱譽(yù)，徐小斌，宋凝芳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天目山實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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