專利名稱：單模－多?；蚨嗄＃瓎文９獠▽?dǎo)模式轉(zhuǎn)換器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器及制作方法，特別是涉及一種利用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發(fā)形成光波導(dǎo)的方法，實現(xiàn)光波導(dǎo)單模到多模或多模到單模之間的模式轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光波導(dǎo)之間的模式轉(zhuǎn)換通?？捎靡韵路椒▽崿F(xiàn)1.使用外置微透鏡耦合在不同模式的光波導(dǎo)之間加入微透鏡或微透鏡陣列進行耦合實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換(America.20，May，2003.US6567583-B2.Mode converters for convertible modes，such as single-to-multimode converter for optical data communication network，has ball lenseslocated in optical pathway and having optical link gap between the ball lenses)。但是微透鏡加工精度高，并且其與光波導(dǎo)之間的相對位置也會影響耦合效率，使損耗增大，從而增加了其操作難度；2.使用透鏡光纖(lensed fiber)直接在光纖端面加工成某種類似透鏡形狀而達到模式轉(zhuǎn)換作用，其制作方式主要為研磨拋光、熔拉和蝕刻(America.20，Mar，2003.US2003053751-A1.Focusing lensed fiber for coupling light between optical fibers and optical devices incommunication networks，includes a plano convex lens attached to an optical fiber，the lenscurvature and thickness defining a focused spot size；王福娟等.透鏡光纖在光耦合中的應(yīng)用研究.光纖與測試，2003，1027～28)。這種方法制作工藝復(fù)雜，并且需要專業(yè)的儀器和設(shè)備；3.使用錐形光纖使用火焰延長或化學蝕刻的方法制作拉錐光纖，以實現(xiàn)多模輸入和單模輸出(程波濤等.利用錐形光纖實現(xiàn)多模到單模轉(zhuǎn)換實驗.光學儀器，2006，28(3)34～37)。錐形光纖的制作過程不易操作，并且制成錐形光纖損耗較大，耦合效率低。
此外，上述實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換的方法在實際使用過程中，光波導(dǎo)與模式轉(zhuǎn)換器之間均采用機械對準，且光路無保護措施，所以器件易受外界因素，如振動、灰塵等影響，穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單模-多?；蚨嗄?單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器及其制作方法，這種光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器的連接損耗低，制作工藝簡單，制作成本低，穩(wěn)定性高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來達到的一種單模-多?；蚨嗄?單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器，包括單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)以及兩者之間的模式轉(zhuǎn)換部分，其特征在于所述的模式轉(zhuǎn)換部分采用光敏有機樹脂經(jīng)紫外光曝光后形成的固態(tài)芯區(qū)和固態(tài)包層結(jié)構(gòu)。
所述的多模光波導(dǎo)和單模光波導(dǎo)采用單模光纖、多模光纖、帶狀波導(dǎo)、硅/絕緣膜結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)或納米線中的一種。
本發(fā)明提供的一種單模-多?；蚨嗄?單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器及其制作方法，其特征在于該方法按如下步驟進行1)使用工作光源對單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進行自由空間光路的耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合；2)在單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)的耦合部分加入光敏有機樹脂；3)用紫外光對單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進行曝光，使紫外光通過單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進入到光敏有機樹脂中，并在光敏有機樹脂中形成固態(tài)芯區(qū)和液態(tài)包層結(jié)構(gòu)；4)使用有機溶劑將未曝光的液態(tài)光敏有機樹脂溶解掉，再使用另一種光敏有機樹脂加入到兩波導(dǎo)的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的側(cè)面進行曝光形成固態(tài)包層，所述的另一種光敏有機樹脂曝光固化后的折射率應(yīng)比芯區(qū)部分所使用的光敏有機樹脂小。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果本發(fā)明中采用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發(fā)形成光波導(dǎo)的方法制作單模-多模或多模-單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器，模式轉(zhuǎn)換部分所形成的芯區(qū)部分和包層部分存在折射率差，使光被束縛在高折射率區(qū)域內(nèi)，有效地降低耦合損耗；制作過程不需要復(fù)雜的工藝，并且制作成本低；這種有機光敏樹脂在紫外曝光條件下所形成的光波導(dǎo)，將單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)之間的模式轉(zhuǎn)換部分完全保護在其內(nèi)部，不易受到外界因素，如振動、灰塵等影響，穩(wěn)定性高。此外，本發(fā)明中光波導(dǎo)的具體形式可以靈活選取，可采用單模光纖、多模光纖、帶狀波導(dǎo)、硅/絕緣膜結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)或納米線中的一種。這種方法具有廣泛的適用領(lǐng)域，特別是在集成光學、光互連、光網(wǎng)絡(luò)、光纖到戶領(lǐng)域。


圖1表示利用多模光纖和標準單模光纖制作模式轉(zhuǎn)換器過程中制作芯區(qū)部分的示意圖。
圖2表示利用多模光纖和標準單模光纖制作模式轉(zhuǎn)換器過程中制作固態(tài)包層的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過優(yōu)選的實施實例結(jié)合附圖加以說明參照附圖1、圖2，將詳細敘述本發(fā)明的具體實施實例。
在圖1中，使用商用通信紅外光源(中心波長1550nm)對多模光纖1和標準單模光纖2進行自由空間的光路耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合。
然后，在多模光纖1和標準單模光纖2的耦合端加入光敏有機樹脂3，可使用Norland紫外固化光學膠NOA60、NOA61或NOA63等。
多模光纖1和標準單模光纖2的非耦合端分別將紫外光5耦合到多模光纖1和標準單模光纖2中，紫外光5沿著多模光纖1和標準單模光纖2進入光敏有機樹脂3。光敏有機樹脂3的特點是常態(tài)下為液態(tài)，經(jīng)過紫外光5曝光后變?yōu)楣虘B(tài)，并且曝光前后其折射率發(fā)生改變，通常曝光后的折射率會變大。此曝光過程為不可逆過程，固化部分不會因曝光結(jié)束而消失。經(jīng)過一段時間的曝光后，在光敏有機樹脂3中按照紫外光5所經(jīng)過光路形成模式轉(zhuǎn)換部分的固態(tài)芯區(qū)4。固態(tài)芯區(qū)4的折射率要高于未經(jīng)過曝光的光敏有機樹脂3，進而形成固態(tài)芯區(qū)和液態(tài)包層的結(jié)構(gòu)。然后使用有機溶劑，如二氯甲烷、丙酮、二氯乙烯等，將未固化的光敏有機樹脂3溶解掉。
在圖2中，使用另外一種光敏有機樹脂，如Norland紫外固化光學膠NOA65、NOA68、NOA76或NOA77等，加入到兩光波導(dǎo)的耦合部分，在其側(cè)面使用紫外光5進行曝光，經(jīng)過一段時間后，固態(tài)包層6形成，所述另一種光敏有機樹脂曝光固化后的折射率比芯區(qū)部分所使用的光敏有機樹脂曝光固化后的折射率小。
這樣光從多模光纖1非耦合端輸入，從標準單模光纖2非耦合端輸出時，即可用作多模到單模的光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器；反之，光從標準單模光纖2非耦合端輸入，從多模光纖1非耦合端輸出時，即可用作單模到多模的光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種單模-多?；蚨嗄?單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器，包括單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)以及兩者之間的模式轉(zhuǎn)換部分，其特征在于所述的模式轉(zhuǎn)換部分采用光敏有機樹脂經(jīng)紫外光曝光后形成的固態(tài)芯區(qū)(4)和固態(tài)包層(6)結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述的多模光波導(dǎo)和單模光波導(dǎo)采用單模光纖、多模光纖、帶狀波導(dǎo)、硅/絕緣膜結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)或納米線中的一種。
3.一種如權(quán)利要求1所述單模-多模或多模-單模光波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征在于該方法按如下步驟進行1)使用工作光源對單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進行自由空間光路的耦合，使它們在自由空間光互連的條件下充分耦合；2)在單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)的耦合部分加入光敏有機樹脂；3)用紫外光對單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進行曝光，使紫外光通過單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)進入到光敏有機樹脂中，并在光敏有機樹脂中形成固態(tài)芯區(qū)和液態(tài)包層結(jié)構(gòu)；4)使用有機溶劑將未曝光的液態(tài)光敏有機樹脂溶解掉，再使用另一種光敏有機樹脂加入到兩波導(dǎo)的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的側(cè)面進行曝光形成固態(tài)包層，所述的另一種光敏有機樹脂曝光固化后的折射率應(yīng)比芯區(qū)部分所使用的光敏有機樹脂小。
全文摘要
單模－多?；蚨嗄＃瓎文９獠▽?dǎo)模式轉(zhuǎn)換器及制作方法，是利用光敏有機樹脂在紫外光曝光條件下自發(fā)形成光波導(dǎo)的方法，實現(xiàn)光波導(dǎo)單模到多?；蚨嗄５絾文Ｖg的模式轉(zhuǎn)換。該制作方法是將單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)的光路在自由空間條件下充分耦合；將光敏有機樹脂加入耦合端；將紫外光經(jīng)過單模光波導(dǎo)和多模光波導(dǎo)的傳輸后對光敏有機樹脂進行固化，形成模式轉(zhuǎn)換部分的固態(tài)芯區(qū)和液態(tài)包層結(jié)構(gòu)；將未固化的光敏有機樹脂溶解掉，加入另一種光敏有機樹脂；使用紫外光在耦合端側(cè)面進行曝光，形成固態(tài)包層?？捎糜趩文＃嗄；蚨嗄＃瓎文Ｖg的模式轉(zhuǎn)換，成本低，器件穩(wěn)定性高，具有廣泛的適用領(lǐng)域，特別是在集成光學、光互連、光網(wǎng)絡(luò)、光纖到戶領(lǐng)域。
文檔編號G02B6/13GK1936631SQ20061011370
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者楊昌喜, 張仲桓 申請人:清華大學