专利名称：单模－多模或多模－单模光波导模式转换器及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光波导模式转换器及制作方法，特别是涉及一种利用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法，实现光波导单模到多模或多模到单模之间的模式转换。
背景技术：
现有光波导之间的模式转换通常可用以下方法实现1.使用外置微透镜耦合在不同模式的光波导之间加入微透镜或微透镜阵列进行耦合实现模式转换(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)。但是微透镜加工精度高，并且其与光波导之间的相对位置也会影响耦合效率，使损耗增大，从而增加了其操作难度；2.使用透镜光纤(lensed fiber)直接在光纤端面加工成某种类似透镜形状而达到模式转换作用，其制作方式主要为研磨抛光、熔拉和蚀刻(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.透镜光纤在光耦合中的应用研究.光纤与测试，2003，1027～28)。这种方法制作工艺复杂，并且需要专业的仪器和设备；3.使用锥形光纤使用火焰延长或化学蚀刻的方法制作拉锥光纤，以实现多模输入和单模输出(程波涛等.利用锥形光纤实现多模到单模转换实验.光学仪器，2006，28(3)34～37)。锥形光纤的制作过程不易操作，并且制成锥形光纤损耗较大，耦合效率低。
此外，上述实现模式转换的方法在实际使用过程中，光波导与模式转换器之间均采用机械对准，且光路无保护措施，所以器件易受外界因素，如振动、灰尘等影响，稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单模-多模或多模-单模光波导模式转换器及其制作方法，这种光波导模式转换器的连接损耗低，制作工艺简单，制作成本低，稳定性高。
本发明的目的是通过以下技术方案来达到的一种单模-多模或多模-单模光波导模式转换器，包括单模光波导和多模光波导以及两者之间的模式转换部分，其特征在于所述的模式转换部分采用光敏有机树脂经紫外光曝光后形成的固态芯区和固态包层结构。
所述的多模光波导和单模光波导采用单模光纤、多模光纤、带状波导、硅/绝缘膜结构光波导或纳米线中的一种。
本发明提供的一种单模-多模或多模-单模光波导模式转换器及其制作方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)使用工作光源对单模光波导和多模光波导进行自由空间光路的耦合，使它们在自由空间光互连的条件下充分耦合；2)在单模光波导和多模光波导的耦合部分加入光敏有机树脂；3)用紫外光对单模光波导和多模光波导进行曝光，使紫外光通过单模光波导和多模光波导进入到光敏有机树脂中，并在光敏有机树脂中形成固态芯区和液态包层结构；4)使用有机溶剂将未曝光的液态光敏有机树脂溶解掉，再使用另一种光敏有机树脂加入到两波导的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的侧面进行曝光形成固态包层，所述的另一种光敏有机树脂曝光固化后的折射率应比芯区部分所使用的光敏有机树脂小。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明中采用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法制作单模-多模或多模-单模光波导模式转换器，模式转换部分所形成的芯区部分和包层部分存在折射率差，使光被束缚在高折射率区域内，有效地降低耦合损耗；制作过程不需要复杂的工艺，并且制作成本低；这种有机光敏树脂在紫外曝光条件下所形成的光波导，将单模光波导和多模光波导之间的模式转换部分完全保护在其内部，不易受到外界因素，如振动、灰尘等影响，稳定性高。此外，本发明中光波导的具体形式可以灵活选取，可采用单模光纤、多模光纤、带状波导、硅/绝缘膜结构光波导或纳米线中的一种。这种方法具有广泛的适用领域，特别是在集成光学、光互连、光网络、光纤到户领域。
图1表示利用多模光纤和标准单模光纤制作模式转换器过程中制作芯区部分的示意图。
图2表示利用多模光纤和标准单模光纤制作模式转换器过程中制作固态包层的示意图。
具体实施例方式
本发明通过优选的实施实例结合附图加以说明参照附图1、图2，将详细叙述本发明的具体实施实例。
在图1中，使用商用通信红外光源(中心波长1550nm)对多模光纤1和标准单模光纤2进行自由空间的光路耦合，使它们在自由空间光互连的条件下充分耦合。
然后，在多模光纤1和标准单模光纤2的耦合端加入光敏有机树脂3，可使用Norland紫外固化光学胶NOA60、NOA61或NOA63等。
多模光纤1和标准单模光纤2的非耦合端分别将紫外光5耦合到多模光纤1和标准单模光纤2中，紫外光5沿着多模光纤1和标准单模光纤2进入光敏有机树脂3。光敏有机树脂3的特点是常态下为液态，经过紫外光5曝光后变为固态，并且曝光前后其折射率发生改变，通常曝光后的折射率会变大。此曝光过程为不可逆过程，固化部分不会因曝光结束而消失。经过一段时间的曝光后，在光敏有机树脂3中按照紫外光5所经过光路形成模式转换部分的固态芯区4。固态芯区4的折射率要高于未经过曝光的光敏有机树脂3，进而形成固态芯区和液态包层的结构。然后使用有机溶剂，如二氯甲烷、丙酮、二氯乙烯等，将未固化的光敏有机树脂3溶解掉。
在图2中，使用另外一种光敏有机树脂，如Norland紫外固化光学胶NOA65、NOA68、NOA76或NOA77等，加入到两光波导的耦合部分，在其侧面使用紫外光5进行曝光，经过一段时间后，固态包层6形成，所述另一种光敏有机树脂曝光固化后的折射率比芯区部分所使用的光敏有机树脂曝光固化后的折射率小。
这样光从多模光纤1非耦合端输入，从标准单模光纤2非耦合端输出时，即可用作多模到单模的光波导模式转换器；反之，光从标准单模光纤2非耦合端输入，从多模光纤1非耦合端输出时，即可用作单模到多模的光波导模式转换器。
权利要求
1.一种单模-多模或多模-单模光波导模式转换器，包括单模光波导和多模光波导以及两者之间的模式转换部分，其特征在于所述的模式转换部分采用光敏有机树脂经紫外光曝光后形成的固态芯区(4)和固态包层(6)结构。
2.按照权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述的多模光波导和单模光波导采用单模光纤、多模光纤、带状波导、硅/绝缘膜结构光波导或纳米线中的一种。
3.一种如权利要求1所述单模-多模或多模-单模光波导模式转换器的制作方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)使用工作光源对单模光波导和多模光波导进行自由空间光路的耦合，使它们在自由空间光互连的条件下充分耦合；2)在单模光波导和多模光波导的耦合部分加入光敏有机树脂；3)用紫外光对单模光波导和多模光波导进行曝光，使紫外光通过单模光波导和多模光波导进入到光敏有机树脂中，并在光敏有机树脂中形成固态芯区和液态包层结构；4)使用有机溶剂将未曝光的液态光敏有机树脂溶解掉，再使用另一种光敏有机树脂加入到两波导的耦合部分，使用紫外光在耦合部分的侧面进行曝光形成固态包层，所述的另一种光敏有机树脂曝光固化后的折射率应比芯区部分所使用的光敏有机树脂小。
全文摘要
单模－多模或多模－单模光波导模式转换器及制作方法，是利用光敏有机树脂在紫外光曝光条件下自发形成光波导的方法，实现光波导单模到多模或多模到单模之间的模式转换。该制作方法是将单模光波导和多模光波导的光路在自由空间条件下充分耦合；将光敏有机树脂加入耦合端；将紫外光经过单模光波导和多模光波导的传输后对光敏有机树脂进行固化，形成模式转换部分的固态芯区和液态包层结构；将未固化的光敏有机树脂溶解掉，加入另一种光敏有机树脂；使用紫外光在耦合端侧面进行曝光，形成固态包层。可用于单模－多模或多模－单模之间的模式转换，成本低，器件稳定性高，具有广泛的适用领域，特别是在集成光学、光互连、光网络、光纤到户领域。
文档编号G02B6/13GK1936631SQ20061011370
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月13日 优先权日2006年10月13日
发明者杨昌喜, 张仲桓 申请人:清华大学