本实用新型涉及光分路器技术领域，尤其涉及一种多模-单模混合型光分路器。
背景技术：
在激光应用与光电子通信领域，往往根据不同需求使用光纤分路器对激光束进行分光，目前光纤分路器的制造类型主要有两种：一种是利用熔融拉锥工艺生产的熔锥型(Fused Biconical Taper coupler)，一种是基于光学集成技术生产的平面光波导型(PLC Splitter)。熔融拉锥型分路器是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成(附图1和2)，平面波导型分路器是采用光刻技术,在石英玻璃介质或半导体衬底上形成光波导,从而实现光功率分配(附图3)。这两种类型的分路器分光原理相似，都是通过改变光纤纤芯半径以及改变光纤间的消逝场相互耦合来实现不同大小分光比。
上述这两大类分光技术有一个共同特点，就是输入端与输出端光纤类型相同：大多同为单模光纤，在一些特殊应用中可以同为多模光纤。由于现有光分路器技术其输入端与输出端为相同类型的光纤，若同为单模光纤则绝大部分只能应用于低功率的光纤通信领域，若同为多模光纤则可以应用于短距离光通信及高功率能量传输领域，但其输出端输出激光的光束质量较差。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种多模-单模混合型光分路器，既保证激光功率的高效利用，又保证输出端发射激光的较高的光束质量。解决了较高功率、较差光束质量的激光如何高效利用的问题。
本实用新型提供了一种多模-单模混合型光分路器，包括PLC波导芯片、输入端和输出端，其中，所述输入端为多模光纤，所述输出端为单模光纤；所述光波导芯片包括多模输入波导和单模输出波导，分别对应连接所述多模光纤和单模光纤。
可选地，所述PLC波导芯片的波导宽度由所述多模输入波导向所述单模输出波导逐渐变小。
可选地，所述PLC波导芯片具有一个所述多模输入波导和n个所述单模输出波导，其中，n≥1，n为整数。
可选地，n＝1，2或3。
可选地，所述多模输入波导的宽度d满足以下公式：在上式中，λ为输入激光波长，n1为波导折射率，n2为波导周围介质折射率。所述单模输出波导的宽度d满足以下公式：式中各符号意义与上述表述相同。
可选地，所述多模输入波导的宽度为50微米，所述单模输出波导的宽度为5微米。
可选地，所述多模光纤为OM3多模光纤，所述单模光纤为HI1060单模光纤。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的一种多模-单模混合型光分路器及其制作方法通过输入端的多模光纤把激光束高效地耦合进光波导芯片中，再通过光波导芯片中内部的逐渐变窄的梯形波导后结构设计，光波导芯片中的激光通过单模输出波导连接单根或多根单模光纤耦合输出。一方面可实现把光束质量较差的激光束进行光束整形，进而提升激光光束质量；另一方面也可实现把较高功率激光成功耦合到单模光纤里面去并均匀分配，在高功率激光领域发挥很大的作用。本实用新型技术制作的多模—单模混合型光分路器具有很广泛的应用领域：不光可以应用于光通信及高功率激光领域，还可以应用在发光二极管(LED)照明领域、激光显示领域、科研领域、国防及军工领域、精细测量领域等。可以为生产和生活带来巨大的社会及经济价值。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中两根光纤进行熔融拉锥后的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为现有技术中典型1×2型PLC光分路器芯片结构；
图4为本实用新型提供的1×1型PLC光波导结构；
图5为本实用新型提供的1×2型PLC光波导结构；
图6为本实用新型提供的1×3型PLC光波导结构；
图7为本实用新型实施例1提供的一种OM3多模光纤的结构；
图8为本实用新型实施例1提供的一种1×2型光波导结构；
图9为本实用新型实施例1提供的一种HI1060多模光纤的结构；
图10为本实用新型实施例1提供的一种多模-单模混合型光分路器结构；
图11为本实用新型实施例1提供的输入端的光纤阵列结构；
图12为本实用新型实施例1提供的输出端的光纤阵列结构；
图13为本实用新型实施例1提供的产品分光特性图；
图14为本实用新型实施例2提供的产品聚光特性图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种多模-单模混合型光分路器，既保证激光功率的高效利用，又保证输出端发射激光的较高的光束质量。解决了较高功率、较差光束质量的激光如何高效利用的问题。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型主要解决的技术难题为较高功率、较差光束质量的激光如何高效利用的问题，对此，本实用新型提供了几类典型的光波导结构示意图，如图4-6所示：下面最简单的三个光波导芯片中的光波导特例中，下部较宽为多模输入波导；中间部位为波导宽度逐渐收窄的梯形波导：其底部宽度为多模波导宽度，其顶部宽度与上面的单根或多根单模输出波导的宽度总和相当；上部为单模输出波导。
实施例1：1×2多模-单模混合型光分路器
1、产品结构
本实施例1提供的一种多模-单模混合型光分路器，如图10所示，包括PLC波导芯片、输入端和输出端，输入端为多模光纤，输出端为单模光纤；PLC波导芯片包括多模输入波导和单模输出波导，分别对应连接多模光纤和单模光纤，其中，PLC波导芯片中的PLC光波导结构如图8所示，PLC波导芯片的波导宽度由多模输入波导向单模输出波导逐渐变小。
本实施例1中的PLC波导芯片具有1个多模输入波导和2个单模输出波导，多模光纤为OM3多模光纤，如图7所示，单模光纤为HI1060单模光纤，如图9所示。
多模输入波导的宽度d满足以下公式：在上式中，λ为输入激光波长，n1为波导折射率，n2为波导周围介质折射率。单模输出波导的宽度d满足以下公式：式中各符号意义与上述表述相同。
本实施例1中，多模输入波导的宽度为50微米，单模输出波导的宽度为5微米。
2、产品制作方法
本实施例1还提供了一种1×2多模-单模混合型光分路器的制作方法，包括以下步骤：
(1)用光波导模拟计算软件BEAMPROP设计得到单模输出波导实现无损耗的均匀分光的光波导结构；
(2)用步骤(1)得到的光波导结构进行精密排版，制作光刻板，并用光刻板制作石英玻璃晶圆，在石英玻璃晶圆上粘接一层石英玻璃盖板后进行切割，切割成独立的小芯片，得到PLC波导芯片；
(3)先在石英玻璃板上面的中心部位制作出“V”型槽，将剥除涂覆层的OM3多模光纤压入“V”型槽内，再在上面加盖一层石英玻璃盖板，点胶后固化，固化后的端面尺寸与步骤(2)得到的PLC波导芯片端面尺寸相同，将端面进行研磨平整，得到输入端光纤阵列，如图11所示；
(4)先在石英玻璃板上面制作出2个“V”型槽，使它们的中心间距与PLC波导芯片的两输出波导中心间距相等，将剥除涂覆层的2个HI 1060单模光纤压入“V”型槽内，再在上面加盖一层石英玻璃盖板，点胶后固化，固化后的端面尺寸与步骤(2)得到的PLC波导芯片端面尺寸相同，将端面进行研磨平整，得到输出端光纤阵列如图12所示；
(5)利用PLC SPLITTER自动或手动封装工艺来完成封装流程，把PLC波导芯片的多模输入波导和单模输出波导分别对应与输入端光纤阵列和输出端光纤阵列进行对准封装，得到1×2多模-单模混合型光分路器。
3、产品分光效果
本实施例1提供的1×2多模-单模混合型光分路器的产品分光效果如附图13所示：图中，一束宽度较宽的激光经过梯形波导后无损耗并均匀地分成两束宽度较窄的激光束，可见本光波导结构设计的可行性。
实施例2：1×1多模-单模混合型光分路器
1、产品结构
本实施例2提供的1×1多模-单模混合型光分路器中，PLC波导芯片具有1个多模输入波导和1个单模输出波导，其光波导结构如图4所示。其他部分皆与实施例1相同，可参见实施例1，在此不再详细阐述。
2、产品制作方法
本实施例2还提供了一种1×1多模-单模混合型光分路器的制作方法与实施例1相似，可参见实施例1，在此不再详细阐述。
3、产品效果
如图14所示，本实施例2提供的1×1多模-单模混合型光分路器可实现把光束质量较差的激光束进行光束整形，进而提升激光光束质量。
以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。