一种光纤微环谐振器的制作装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤微环谐振器的制造方法及装置，其方法具体步骤包括：在一段光纤的端面镀一层波导材料薄膜；采用激光在光纤端面的镀膜层形成一个微环；采用光纤熔融拉锥机将另一段光纤进行熔融拉锥；将带有微环的一段光纤接近熔融拉锥后的光纤，通过调节两段光纤之间的距离形成一个微环谐振器。本实用新型通过在光纤端面的镀膜层处形成一个微环，再用拉锥后的光纤接近从而形成一个微环谐振器，其制作过程简单，并且可以调节微环与直波导之间的耦合间隙，可以得到较小的耦合间隙，从而提高了耦合效率；并且采用激光技术来制作微环，其得到的微环的尺寸精度可以达到微米级，不仅提高了精度也能提高生产效率。
【专利说明】一种光纤微环谐振器的制作装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤集成【技术领域】，具体涉及一种光纤微环谐振器的制造方法及装置的设计。
【背景技术】
[0002]20世纪60年代初期，红宝石激光器、氦氖激光器的出现揭开了光通信发展的序幕，其后，随着激光技术的不断发展，光学同其它学科领域不断渗透和融合，形成了许多新的分支学科或边缘学科。七十年代，在微电子学和激光技术相结合的基础上，集成光学作为一门新的技术应运而生，其主要目的是将传统的大型光学系统小型化直至微型化，但是，此技术并不是简单地将组成光学系统的各个元器件按比例微缩，而是需要在高新物理学知识和制造技术的基础上对这些元器件的结构进行根本的改变，并最终能获得具有多功能的单片集成光路。
[0003]在集成光学中，传送信号的载波是光波，而整个系统则是通过光波导进行连接的，其系统的主要元件是光波导器件。在集成光学的这种微结构中，光的传播模式或变换模式会发生分立化，并且表现出很明显的光的粒子性，因此出现了许多均匀光学材料所不具有的新的物理效应，其中微腔谐振器的研究就是当中的一个例子，其不仅尺寸从几百微米朝几个微米的方向发展，并且形状也经历了微柱、微球、微环、微盘等几个发展阶段，但其中研究最多的还是微环谐振器，以其功能多样化、结构紧凑、波长选择性良好等优点广泛应用于构建集成光学器件的基本波导单元。
[0004]所述微环谐振器主要由微环谐振腔和通信光纤组成，但是传统的微环谐振器的制备，例如传统光学刻蚀、纳米模压、沟槽填充、旋转抛涂法、真空蒸发法反应离子刻蚀法等需要经过较为复杂的工艺过程，形成多层结构的微环谐振器，并且最后稳定性较差，生产成本也较高，这在一定的程度上阻碍了其发展了应用，与此同时因为微环谐振腔与通信光纤因失配造成的连接损耗导致从微环谐振腔到通信光纤之间传输光的比例即耦合效率也一直很难得到提升，许多研究者提出采用侧面研磨的普通光纤作为与微环谐振腔之间的光耦合的输入/输出直波导，来降低与通信光纤的熔接困难，但是普通光纤与构成微环谐振腔的结构、材料间存在较大的差异，致使得到的耦合效率也会很低，难以实现良好的谐振效果O
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤微环谐振器的制造方法及装置，其制作过程简单并且能够得到精度更高、耦合效率更高、并且可以进行大量生产的微环谐振器。
[0006]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是:一种光纤微环谐振器的制造方法，具体包括:
[0007]Al、在一段光纤的端面镀一层波导材料薄膜；[0008]A2、采用激光在光纤端面的镀膜层形成一个微环；
[0009]A3、采用光纤熔融拉锥机将另一段光纤进行熔融拉锥；
[0010]A4、将带有微环的一段光纤接近熔融拉锥后的光纤，通过调节两段光纤之间的距离形成一个微环谐振器。
[0011]进一步的，所述波导材料薄膜的折射率比所述光纤的折射率大。
[0012]更进一步的，所述波导材料薄膜为氮化硅。
[0013]进一步的,所述步骤Al中在光纤端面的波导材料薄膜的厚度为2um?3um。
[0014]进一步的，所述步骤A2的具体实现方法为:采用深紫外激光器对所述光纤端面的镀膜层进行曝光，首先利用带有环状结构的掩膜板对激光器的光束进行调整，所述环状结构在掩膜版的不透光部分；采用调整过后的激光束对光纤端面的镀膜层进行曝光加工，得到与所述掩膜版上的环状结构一致但大小成一定比例缩小的微环。
[0015]更进一步的，所述微环为圆形、椭圆形或者跑道型。
[0016]进一步的,所述步骤A3中熔融拉锥后的光纤直径为2um?3um。
[0017]进一步的，所述步骤A4的具体实现方法为:将带有微环的光纤垂直固定在一个超高精密电控位移台上，然后再用熔融拉锥后的光纤水平固定在另一个超高精密电控位移台上，使拉锥后的光纤与微环所在光纤处于一个水平面上，通过调节两个超高精密电控位移台来控制两者之间的距离，当两者之间的距离小于0.2um时，即可形成一个微环谐振器。
[0018]本实用新型解决技术问题还提供了一种光纤微环谐振器的制作装置，其包括光纤镀膜单元、激光器单元、熔融拉锥单元以及位移调节控制单元；所述光纤镀膜单元用于对一段光纤的端面进行镀膜加工；所述激光器单元用于对光纤镀膜单元镀膜完成后的一段光纤的镀膜层进行激光曝光，得到包含微环的光纤；所述熔融拉锥单元用于对另一段光纤进行熔融拉锥；所述位移调节控制单元用于固定包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤，并且对包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离进行调节。
[0019]进一步的，所述位移调节控制单元包括两台超高精密电控位移台，一台用于固定包含微环的光纤，另一台用于固定熔融拉锥后的光纤，所述位移调节控制单元将包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离调节至小于0.2um。
[0020]本实用新型的有益效果:本实用新型一种光纤微环谐振器的制造方法及装置，通过在光纤端面的镀膜层处形成一个微环，再用拉锥后的光纤接近从而形成一个微环谐振器，其制作过程简单，并且可以调节微环与直波导之间的耦合间隙，可以得到较小的耦合间隙，从而提高了耦合效率；并且采用激光技术来制作微环，其得到的微环的尺寸精度可以达到微米级，不仅提高了精度也能提高生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法示意图；
[0022]图2为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法第一步的示意图；
[0023]图3为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法第二步的示意图；
[0024]图4为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法中熔融拉锥后的光纤端面示意图；
[0025]图5为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法第四步的示意图；[0026]图6为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制作装置的结构框图；
[0027]图中:1_光纤、2-镀膜层、3-镀膜层微环、4-拉锥后光纤。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的阐述。
[0029]如图1所示为本实用新型实施例的一种光纤微环谐振器的制造方法示意图，其具体包括如下步骤:
[0030]Al、在一段光纤的端面镀一层波导材料薄膜；
[0031]其中所述的波导材料薄膜的折射率比光纤材料的折射率大，选用的波导材料薄膜的折射率越大，其弯曲损耗就越小，在实际的操作中可以采用纯硅膜、氮化硅膜，或者聚合物光波导材料等作为镀膜材料，在本实用新型实施例中选取氮化硅材料作为镀膜材料。
[0032]具体的操作为采用磁控溅射工艺在一根光纤切割平整后的端面镀上氮化硅膜，使其厚度控制在2um到3um左右，如图2所示，其中阴影部分为镀膜处。
[0033]A2、米用激光在光纤端面的镀膜层形成一个微环；
[0034]其中所述微环的形状可以为圆形、椭圆形或者跑道型，当然也可以做其他的变形，在本实用新型实施例中的微环加工成圆形。
[0035]其具体的实现方法为:采用深紫外激光器对所述光纤端面的镀膜层进行曝光，再利用带有环状结构的掩膜板对激光器的光束进行调整，所述环状结构在掩膜版的不透光部分；采用调整过后的激光束对光纤端面的镀膜层进行曝光加工，得到与所述掩膜版上的环状结构一致但大小成一定比例缩小的微环，其中深紫外线的波长可以为193nm或者157nm，加工出来的微环深度为2um，其中微环内径为50um，外径为55um，如图3所示，当然圆形微环的大小也可以根据实际情况进行人为调整。
[0036]在上述步骤中通过采用特殊结构的掩膜版对激光器的激光束进行调整后对镀膜层进行曝光加工，其中所述的特殊结构为掩膜版的不透光部分，其与对应要形成的微环的大小结构一致，在本实用新型实施例中，掩膜版上的不透光部分为一圆环形。其通过采用此种激光曝光的方法对光纤端面进行加工可得到精度更高的微环谐振腔，并且能够提高生产效率。
[0037]A3、采用光纤熔融拉锥机将另一段光纤进行熔融拉锥；得到直径为2um?3um的光纤，如图4所示为熔融拉锥后的光纤端面示意图。
[0038]其中，光纤熔融拉锥技术为现有手段，在本实用新型实施例中不再做详细介绍。
[0039]A4、将带有微环的一段光纤接近熔融拉锥后的光纤，通过调节两段光纤之间的距离形成一个微环谐振器。
[0040]其具体的实现方法为:将带有微环的一段光纤垂直固定在一个超高精密电控位移台上，其位移精度能够达到0.02um，然后再用熔融拉锥后的光纤水平固定在另一个超高精密电控位移台上，使拉锥后的光纤与微环所在光纤处于一个水平面上，如图5所示，此时通过调节两个超高精密电控位移台来控制两者之间的距离，当两者之间的距离小于0.2um时，即可形成一个耦合效率较高的微环谐振腔。两者距离越小，耦合光的现象越明显，当两者之间的距离大于0.2um时，耦合现象将很不明显。
[0041]本实用新型还提供了一种光纤微环谐振器的制作装置，如图6所示为其结构框图，其包括光纤镀膜单元、激光器单元、熔融拉锥单元以及位移调节控制单元；所述光纤镀膜单元用于对一段光纤的端面进行镀膜加工；所述激光器单元用于对光纤镀膜单元镀膜完成后的一段光纤的镀膜层进行激光曝光，得到包含微环的光纤；所述熔融拉锥单元用于对另一段光纤进行熔融拉锥；所述位移调节控制单元用于固定包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤，并且对包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离进行调节。其中，所述位移调节控制单元包括两台超高精密电控位移台，一台用于固定包含微环的光纤，另一台用于固定熔融拉锥后的光纤，所述位移调节控制单元将包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离调节至小于0.2um。
[0042]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种光纤微环谐振器的制作装置，其特征在于，包括光纤镀膜单元、激光器单元、熔融拉锥单元以及位移调节控制单元；所述光纤镀膜单元用于对一段光纤的端面进行镀膜加工；所述激光器单元用于对光纤镀膜单元镀膜完成后的一段光纤的镀膜层进行激光曝光，得到包含微环的光纤；所述熔融拉锥单元用于对另一段光纤进行熔融拉锥；所述位移调节控制单元用于固定包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤，并且对包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离进行调节。
2.如权利要求1所述的一种光纤微环谐振器的制作装置，其特征在于，所述位移调节控制单元包括两台超高精密电控位移台，一台用于固定包含微环的光纤，另一台用于固定熔融拉锥后的光纤，所述位移调节控制单元将包含微环的光纤以及熔融拉锥后的光纤之间的距离调节至小于0.2um。
3.如权利要求1或2所述的一种光纤微环谐振器的制作装置，其特征在于，所述激光器单元采用深紫外激光器实现。
【文档编号】G02B6/25GK203387043SQ201320507771
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】冉曾令, 柳珊, 饶云江, 王彦君, 盛龙, 罗配良 申请人:无锡成电光纤传感科技有限公司