一种光子晶体光纤电光开关及其制备方法与流程

本发明属于电光开关技术领域，尤其涉及一种光子晶体光纤电光开关及其制备方法。

背景技术：

电光开关作为光通信和新一代全光网络的关键器件，已被广泛应用于光层路由选择、光交叉连接、光分插复用、光网络监控等领域。比较典型的电光开关是定向耦合型电光开关，但其在光纤耦合连接时会产生较大损耗。而现有的集成波导与光纤的耦合效率虽可以达到60％以上，但是耦合带来的附加损耗却远远高于全光纤器件的连接损耗。光纤电光开关的主流方案有光纤布拉格光栅型、长周期光纤光栅型、光子晶体光纤带隙型等，但其开关功率高且电光开关的响应时间慢。

因此，现有技术中存在着电光开关与光纤耦合时会连接损耗大、耦合附加损耗大、开关功率高及响应时间慢的技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种光子晶体光纤电光开关及其制备方法，旨在解决存在着电光开关与光纤耦合时会连接损耗大、耦合附加损耗大、开关功率高及响应时间慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种光子晶体光纤电光开关，所述光子晶体光纤电光开关包括：光子晶体光纤、两个电极、波导及外接电压装置；

所述电极及所述波导位于所述光子晶体光纤的内部；

所述波导包括所述光子晶体光纤的纤芯及填充在所述光子晶体光纤的第一包层区气孔中的液体材料；

所述电极由填充在所述光子晶体光纤的第二包层区气孔中的金属材料所形成；

所述光子晶体光纤的的侧面设有两个孔，两个所述孔分别与两个所述电极相连，所述孔中填充导电材料，所述外接电压装置通过所述导电材料与所述电极连接成通路。

进一步地，两个所述电极以所述光子晶体光纤的纤芯为中心呈对称分布，填充了液体材料的所述第一包层区气孔以所述光子晶体光纤的纤芯为中心呈对称分布，所述第一包层区气孔位于所述两个电极之间。

进一步地，所述金属材料的材料为低电阻导电金属材料。

进一步地，所述金属材料为金或银。

进一步地，所述液体材料为具有电光效应的液体材料。

进一步地，所述液体材料为液晶材料。

进一步地，所述光子晶体光纤的端面分布的包层区气孔的整体形状为六边形。

进一步地，所述光子晶体光纤的纤芯为实芯纤芯。

为实现上述目的，本发明还提供一种光子晶体光纤电光开关的制备方法，所述方法包括：

将所述光子晶体光纤的两端分别与单模光纤熔接，且将距离熔接点10μm处的一端单模光纤进行切断处理；

通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极；

通过所述飞秒激光微加工技术再次对所述单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第一包层区气孔中填充液体材料；

在所述光子晶体光纤的侧面打两个孔，向所述孔中填充导电材料并接入外接电压装置，以形成光子晶体光纤电光开关。

进一步地，所述通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极的步骤包括：

通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并对选择性打开的2个第二包层区气孔进行高压处理；

对已进行高压处理的2个第二包层区气孔进行熔融拉锥处理；

向进行熔融拉锥处理后的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极。

本发明提出的一种光子晶体光纤电光开关的制备方法，光子晶体光纤电光开关包括：光子晶体光纤、两个电极、波导及外接电压装置，电极及波导位于光子晶体光纤的内部，波导包括光子晶体光纤的纤芯及填充在光子晶体光纤的第一包层区气孔中的液体材料，电极由填充在光子晶体光纤的第二包层区气孔中的金属材料所形成，光子晶体光纤的的侧面设有两个孔，两个孔分别与两个电极相连，孔中填充导电材料，外接电压装置通过导电材料与电极连接成通路。与现有技术相比，本发明实施例中的光子晶体光纤电光开关以光子晶体光纤为载体，可有效降低连接损耗，通过将电极内置在光子晶体光纤电光开关中，可以降低开关功率，通过内置电极与波导的耦合可以减少耦合附加损耗以及减少响应时间。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种光子晶体光纤电光开关的结构示意图；

图2-1为本发明第一实施例提供的一种光子晶体光纤的端面结构示意图；

图2-2为本发明第一实施例提供的一种膨胀的光子晶体光纤的端面结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种光子晶体光纤电光开关的制备方法的流程示意图；

图4为图3所示的实施例中的步骤s302的细化步骤的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

为了更好的理解本发明，请参阅图1所示的一种光子晶体光纤电光开关的结构示意图、图2-1所示的光子晶体光纤的端面结构示意图及图2-2所示膨胀的光子晶体光纤的端面结构示意图，光子晶体光纤电光开关包括：光子晶体光纤、两个电极、波导及外接电压装置；

电极及波导位于光子晶体光纤的内部；

波导包括光子晶体光纤的纤芯及填充在光子晶体光纤的第一包层区气孔中的液体材料；

电极由填充在光子晶体光纤的第二包层区气孔中的金属材料所形成；

光子晶体光纤的的侧面设有两个孔，两个孔分别与两个电极相连，孔中填充导电材料，外接电压装置通过导电材料与电极连接成通路。

在本发明实施例中，请参阅图2-1所示的第二包层区气孔，对第二包层区气孔进行高压处理，再在微单元制备区域对进行高压处理后的第二包层区气孔进行熔融拉锥处理，此时高压处理的充有高压气体的第二包层区气孔会膨胀，而周围的包层区气孔会逐渐塌缩，形成如图2-2所示的膨胀的第二包层区气孔。

需要注意的是，如图2-1及2-2所示，包层区气孔以光子晶体光纤的纤芯为中心构成多圈六边形，第一包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第二圈六边形中，第二包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第三圈至第六圈六边形中。

优选的，第二包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第四圈六边形中。

其中，第一包层区气孔中的第一和第二包层区气孔中的第二是用于区分不同的包层区气孔。

进一步地，参阅图2-2，两个电极以光子晶体光纤的纤芯为中心呈对称分布，填充了液体材料的第一包层区气孔以光子晶体光纤的纤芯为中心呈对称分布，第一包层区气孔位于两个电极之间。

进一步地，金属材料的材料为低电阻导电金属材料。

在本发明实施例中，采用低电阻导电金属材料可以保证在通电时产生较低的热量。

进一步地，金属材料为金或银。

进一步地，液体材料为具有电光效应的液体材料。

进一步地，液体材料为液晶材料。

进一步地，参阅图2-1，光子晶体光纤的端面分布的包层区气孔的整体形状为六边形。

在本发明实施例中，采用的是包层区气孔的整体形状为六边形的光子晶体光纤，也可以采用其他的排布方式的光子晶体光纤，只要该光子晶体光纤以纤芯为中心有多个对称分布的包层区气孔。

在本发明实施例中，光子晶体光纤电光开关包括：光子晶体光纤、两个电极、波导及外接电压装置，波导包括光子晶体光纤的纤芯及填充在光子晶体光纤的第一包层区气孔中的液体材料，电极及波导位于光子晶体光纤的内部，电极由填充在光子晶体光纤的第二包层区气孔中的金属材料所形成，光子晶体光纤的的侧面设有两个孔，两个孔分别与两个电极相连，孔中填充导电材料，外接电压装置通过导电材料与电极连接成通路。与现有技术相比，本发明实施例中的光子晶体光纤电光开关以光子晶体光纤为载体，可有效降低连接损耗，通过将电极内置在光子晶体光纤电光开关中，可以降低开关功率，通过内置电极与波导的耦合可以减少耦合附加损耗以及减少响应时间。

请参阅图3，为本发明第二实施例提供的一种光子晶体光纤电光开关的制备方法的流程示意图，方法用于制备如权利要求1至8任意一项的光子晶体光纤电光开关，方法包括：

步骤s301、将光子晶体光纤的两端分别与单模光纤熔接，且将距离熔接点10μm处的一端单模光纤进行切断处理；

步骤s302、通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极；

进一步地，请参阅图4，步骤s302包括：

步骤s401、通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并对选择性打开的2个第二包层区气孔进行高压处理；

在本发明实施例中，请参阅图2-1，第二包层区气孔以纤芯为中心呈对称分布。

需要注意的是，如图2-1及2-2所示，包层区气孔以光子晶体光纤的纤芯为中心构成多圈六边形，第二包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第三圈至第六圈六边形中。

优选的，第二包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第四圈六边形中。

步骤s402、对已进行高压处理的2个第二包层区气孔进行熔融拉锥处理；

在本发明实施例中，对图2-1所示的第二包层区气孔进行高压处理，再在微单元制备区域对进行高压处理后的第二包层区气孔进行熔融拉锥处理，此时高压处理的充有高压气体的第二包层区气孔会膨胀，而周围的包层区气孔会逐渐塌缩，形成如图2-2所示的膨胀的第二包层区气孔。

其中，熔融拉锥处理后的第二包层区气孔仍以纤芯为中心呈对称分布。

步骤s403、向进行熔融拉锥处理后的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极。

在本发明实施例中，金属材料的材料为低电阻导电金属材料，采用低电阻导电金属材料可以保证在通电时产生较低的热量。

可选地，金属材料为金或银。

步骤s303、通过飞秒激光微加工技术再次对单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第一包层区气孔中填充液体材料；

在本发明实施例中，液体材料为具有电光效应的液体材料。

需要注意的是，如图2-1及2-2所示，包层区气孔以光子晶体光纤的纤芯为中心构成多圈六边形，第一包层区气孔位于以光子晶体光纤的纤芯为中心的第二圈六边形中。

可选地，液体材料为液晶材料。

在本发明实施例中，因第一包层区气孔的直径极小，有表面张力，所以填充液体材料后，液体材料不会流出。

可选地，在填充液体材料后，再次将选择性打开的2个第一包层区气孔所在的一端与单模光纤进行熔接，并在距离熔接点10μm处对该端的单模光纤进行切断处理，切断处理后剩余的单模光纤薄片封住了第一包层区气孔，液体材料就不会流出。

步骤s304、在光子晶体光纤的侧面打两个孔，向孔中填充导电材料并接入外接电压装置，以形成光子晶体光纤电光开关。

在本发明实施中，请参阅图1所示的光子晶体光纤电光开关的结构示意图，外接电压装置一端接入一个孔中，外接电压装置另一端接入另一个孔中，即形成了通路。

在本发明实施例中，将光子晶体光纤的两端分别与单模光纤熔接，且将距离熔接点10μm处的一端单模光纤进行切断处理，通过飞秒激光微加工技术对切断处剩余的单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第二包层区气孔中填充金属材料，以形成两个电极，通过飞秒激光微加工技术再次对单模光纤薄片进行选择性开孔，并向选择性打开的2个第一包层区气孔中填充液体材料，在光子晶体光纤的侧面打两个孔，向孔中填充导电材料并接入外接电压装置，以形成光子晶体光纤电光开关。与现有技术相比，本发明实施例中的光子晶体光纤电光开关以光子晶体光纤为载体，可有效降低连接损耗，通过将电极内置在光子晶体光纤电光开关中，可以降低开关功率，通过内置电极与波导的耦合可以减少耦合附加损耗以及减少响应时间。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种光子晶体光纤电光开关及其制备方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。