【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光纖通信，尤其涉及一種適配于高功率的光學器件及方法。
技術介紹
1、在傳統的光纖通信行業中，平面光波導芯片與光纖陣列在對準過程中，通常使用紫外固化膠(uv膠，如at6001等)來進行固定。在平面光波導芯片與光纖陣列對準后，再在波導出光面與光纖陣列端面上進行膠合。該方法歷經30余年的長期驗證被證明，在光纖通信行業中是非常穩定并可靠的。但是在光纖通信行業應用中，該結構通常使用小功率激光器(mw級別)作為信號光源以達到光電轉換(tosa/rosa等)目的；對于高功率的激光器，如波長1550nm的高功率激光器，該膠合方法將難以適用；傳統的在光纖陣列的出光面與平面光波導芯片的波導面適用固化膠不能滿足高功率脈沖激光器在該處所產生的高溫問題。
2、在現有的激光器中，從未出現過使用高功率脈沖激光器(w級別)來進行膠合的情況，因此，如何解決高功率脈沖激光器的膠合耦合問題，成為本領域技術人員需要解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種適配于高功率的光學器件及方法，以解決現有技術無法滿足高功率脈沖激光器的對準耦合問題。
2、一種適配于高功率的光學器件，包括光纖陣列和平面光波導芯片，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片具有配合的間隙，且所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值以使得高功率激光光束穿過所述光纖陣列的激光光斑位于所述平面光波導芯片的入射通道內；在所述光纖陣列和所述平面光波導芯片配合的平面的外緣部設置連接層。
3、進一步
4、更進一步，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值，通過如下方式確定：
5、
6、式(1)中，ω0表示光纖束腰半徑，n1表示光纖的折射率，n2表示空氣的折射率，ω1表示高功率激光器的激光光束進入空氣介質的束腰半徑ω1，z1表示高功率激光器的激光光束進入空氣介質的瑞麗距離，λ表示激光光束的波長；
7、
8、式(2)中，n表示平面光波導芯片的通道數量，為正整數；k為激光光束對準過程中的附加損耗，單位db，k∈[0，1]；r表示平面光波導芯片20的耦入波導半徑；η表示耦合效率；il表示光學器件的整體插入損耗值；ω2表示激光光束經過空氣介質作用后達到平面光波導芯片的光波導通道時的束腰半徑；z2表示激光光束經過空氣介質作用后達到平面光波導芯片的光波導通道時的瑞麗距離；基于公式(1)和公式(2)，計算得到z2；
9、所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙l滿足l＝z2。
10、進一步，所述高功率的光學器件的激光器的波長為1550nm。
11、在一些其他實施例中，還包括對所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙在滿足一定閾值的基礎上進行補償。
12、進一步，所述補償基于所述連接層在固化過程中的收縮率確定的，詳細地，
13、所述連接層的體積收縮率為tv，所述連接層在沿激光出射的方向的線收縮率ml，則ml＝tv/3；
14、在所述光纖陣列和所述平面光波導芯片中設置連接層的總長度為l；
15、所述光纖陣列和平面光波導芯片在所述連接層固化過程中的間隙收縮長度δl＝l×ml；
16、則光纖陣列和平面光波導芯片之間的間隙長度l被限定為l＝z2+δl。
17、同時，在本專利技術中，提供一種形成適配于高功率的光學器件的方法，包括如下步驟：
18、提供光纖陣列和平面光波導芯片；所述光纖陣列的激光出射面與所述平面光波導芯片的激光入射面相對且具有一定間隙；所述間隙滿足一定閾值以使得高功率激光光束穿過所述光纖陣列的激光光斑位于所述平面光波導芯片的入射通道內；
19、控制所述光纖陣列的激光出射面與所述平面光波導芯片的間隙；
20、在所述間隙的外緣部設置連接層；
21、固化所述連接層，形成所述光學器件。
22、部分所述連接層位于所述間隙內且遠離所述激光光束通過的區域。
23、進一步，所述間隙l通過如下方式確定：
24、
25、式(1)中，ω0表示光纖束腰半徑，n1表示光纖的折射率，n2表示空氣的折射率，ω1表示高功率激光器的激光光束進入空氣介質的束腰半徑ω1，z1表示高功率激光器的激光光束進入空氣介質的瑞麗距離，λ表示激光光束的波長；
26、
27、式(2)中，n表示平面光波導芯片的通道數量，為正整數；k為激光光束對準過程中的附加損耗，單位db，k∈[0，1]；r表示平面光波導芯片的耦入波導半徑；η表示耦合效率；il表示光學器件的整體插入損耗值；ω2表示激光光束經過空氣介質作用后達到平面光波導芯片的光波導通道時的束腰半徑；z2表示激光光束經過空氣介質作用后達到平面光波導芯片的光波導通道時的瑞麗距離；基于公式(1)和公式(2)，計算得到z2；
28、所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙l滿足l＝z2。
29、在一些其他實施例中，包括對所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙在滿足一定閾值的基礎上進行補償。
30、更進一步，所述補償基于所述連接層在固化過程中的收縮率確定的，詳細地，
31、所述連接層的體積收縮率為tv，所述連接層在沿激光出射的方向的線收縮率ml，則ml＝tv/3；
32、在所述光纖陣列和所述平面光波導芯片中設置連接層的總長度為l；
33、所述光纖陣列和平面光波導芯片在所述連接層固化過程中的間隙收縮長度δl＝l×ml；
34、則補償后所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙長度l被限定為l＝z2+δl。
35、在本專利技術中，高功率指平均功率大于等于2w，峰值功率至少為2kw。
36、在本專利技術中，基于光纖陣列和所述平面光波導芯片在高功率激光器的場景下，當激光光束在不同介質中傳播時，其傳輸介質的折射率發生變化，導致激光光斑的束腰半徑和瑞麗距離發生變化，本專利技術通過理論計算給出了在形成適配于高功率的光學器件及其制備工藝過程中兩者間隙的精確控制，以使得高功率激光光束穿過所述光纖陣列的激光光斑位于所述平面光波導芯片的入射通道內，且具有較高的耦合效率；基于此，大幅降低如1550nm激光雷達的制作工藝成本，提高激光傳輸耦合效率，為高階性能的激光傳輸提高了一種高效耦合方法，以防止光纖陣列的出光面和平面光波導芯片的波導面不能滿足高功率脈沖激光器的激光損傷，改變現有的膠合方式，以防止膠層損壞。
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1.一種適配于高功率的光學器件，包括光纖陣列和平面光波導芯片，其特征在于，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片具有配合的間隙，且所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值以使得高功率激光光束穿過所述光纖陣列的激光光斑位于所述平面光波導芯片的入射通道內；在所述光纖陣列和所述平面光波導芯片配合的平面的外緣部設置連接層。
2.根據權利要求1所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值，通過如下方式確定：
3.根據權利要求1～2所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，所述高功率的光學器件的激光器的波長為1550nm。
4.根據權利要求2所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，還包括對所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙在滿足一定閾值的基礎上進行補償。
5.根據權利要求4所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，所述補償基于所述連接層在固化過程中的收縮率確定的，詳細地，
6.一種形成適配于高功率的光學器件的方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種適配于高功率的光學器件，包括光纖陣列和平面光波導芯片，其特征在于，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片具有配合的間隙，且所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值以使得高功率激光光束穿過所述光纖陣列的激光光斑位于所述平面光波導芯片的入射通道內；在所述光纖陣列和所述平面光波導芯片配合的平面的外緣部設置連接層。
2.根據權利要求1所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙滿足一定閾值，通過如下方式確定：
3.根據權利要求1～2所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，所述高功率的光學器件的激光器的波長為1550nm。
4.根據權利要求2所述的一種適配于高功率的光學器件，其特征在于，還包括對所述光纖陣列和所述平面光波導芯片之間的間隙在滿足一定閾值的基礎上進行補償。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：薛金戈，何光兵，徐麗蓉，
申請(專利權)人：上海鯤游科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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