基于液滴耦合的光纤分路器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种光纤分路器，具体地说是一种基于液滴消逝场耦合原理的新 型光纤分路器。
【背景技术】
[0002] 亚波长直径的微纳光波导线（简称微纳光纤），因为其具有大比例的倏逝波传输、 高非线性、高色散区、强倏逝波耦合、低弯曲损耗等特点，可以广泛应用于微纳光子器件和 近场光学传感等方面。
[0003] 微纳光纤与液滴之所以可以发生耦合，是因为圆形液滴具有回音壁模式。早在 1910年LordRaleigh就已率先开展了相关的研究工作。其原理是声波可以不断地在弯曲 光滑的墙面反射而损耗很小，所以声音可以沿着墙壁传播很远的距离。类似于声波在墙 面的反射，当光从光密介质以足够大的入射角入射到光疏介质时，会在两种介质的表面发 生全反射现象，回音壁模式存在于闭合腔体的边界内，所以光可以一直被囚禁在腔体内部 保持稳定的行波传输模式（Rayleigh L. The problem of the whispering gallery. Phil Mag, 1910, 20 (120) :1001 - 1004) 〇
[0004] 因为光辐射是各向异性，很难通过自由空间直接收集或利用高斯光束激发出微腔 的回音壁模式，所以人们往往采用外部的近场耦合器件将光有效地耦合进微腔里，如光纤 锥、光学波导。目前利用消逝场耦合原理做出的光纤器件，所使用的光纤均为微纳光纤，微 腔结构大致设计成两类一一玻璃微球腔和光纤环。
[0005] 自1989年，Braginsky等人通过烧融玻璃光纤，在实验中成功的制备出稳定的 固态玻璃微球腔以来，玻璃微球腔因为稳定性很高，被认为是激发回音壁模式的一种理想 腔体（Braginsky V B, Gorodetsky M L, Ilchenko V S. Quality factor and nonlinear properties of optical whispering-gallery modes. Phys Lett A, 1989, 137:393 - 397)〇 2006年，黄衍堂等人利用玻璃微球和锥光纤，将锥光纤与微球相组合构成一种高效窄带 0ADM，由此设计出一种锥光纤微球型光分插复用器（锥光纤微球型光分插复用器及其制造 方法，专利【申请号】200610084957. 4)。2014年，王鹏飞等人利用两根微纳光纤与一个玻璃 微球的模式親合，实现了一种高Q值的差分滤波器（Wang P, Ding M, Murugan GS, BO L, Guan C1Semenova Y, Wu Q1Farrell G, Brambilla G. Packaged, high-Q, microsphere-resonator-based add-drop filter[J]· Opt Lett. 2014Sep 1，39(17) :5208-11)。目前玻璃微球的制 备方式有两种：高温熔融法和溶胶-凝胶法。高温熔融法是用电弧或者激光将光纤末端局 部熔融，利用其表面张力作用形成形状较规则的微球，冷却后便是一种带柄的光纤玻璃微 球。缺点是无法让微球表面十分平滑，并且很难控制微球的大小，一旦玻璃微球的形状形 成，无法改变光分路器的分光比；溶胶-凝胶法是一种化学方法，这种方法制作的微球折射 率和半径都可以控制，缺点是制作出来的微球均匀性和球形度都比较差，一旦玻璃微球形 成，无法改变光分路器的分光比。
[0006] 另一种微腔结构是光纤环结构，2012年Μ. Z. Muhammad等人将光纤的锥 区打结形成一个光纤环，制成分光比为50:50的微纳光纤親合器（A. A. Jasim, A. Z. Zulkifl i, Μ. Z. Muhammad, H. Ahmad, S. ff. Harun. Fabrication and Chracterization of a2X 2Microfiber Knot Resonator Coupler [J]. Chinese Phys. Lett, 2012, 29 (8))； 2008年廖继海利用微纳光纤环与侧边抛磨光纤之间的耦合制成了光学上下载滤波 器（微纳光纤与侧边抛磨光纤耦合的光学上下载滤波器及其利记博彩app，专利【申请号】 201410162616. 9)。微纳光纤环的优点是：直径小；可以忽略掉弯曲损耗；具有很好的直径 均匀度与表面平滑度。缺点是：因为锥区太细在打结时容易将光纤弄断，操作难度太大；因 为光纤环尺度很小，很难控制环的大小；无法保证所形成的环是一个标准的圆。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种制作简单、操作容易、价格低廉、体积小巧易于集成、 分光比可以自由控制的基于液滴耦合的光纤分路器。
[0008] 本发明的目的是这样实现的：
[0009] 包括第一微纳光纤、第二微纳光纤、激光光源、液滴、背景液体和石英毛细管，第一 微纳光纤和第二微纳光纤均与液滴相切，激光光源从第一微纳光纤的第一端口进入，第一 微纳光纤中的光一部分親合到液滴中，在液滴里产生谐振，并在沿着液滴边缘传输η周后 将光耦合到第二微纳光纤中，最后通过第二微纳光纤的第一端口射出，第一微纳光纤中其 余的光继续沿着第一微纳光纤向前传输，最终从第一微纳光纤第二端口出射，第一微纳光 纤、第二微纳光纤、液滴和背景液体均封装在石英毛细管中。
[0010] 本发明还可以包括：
[0011] 所述的第一微纳光纤和第二微纳光纤的纤芯直径为1. 5 μ m，折射率为1. 44,长度 为 200 μL?ο
[0012] 所述的液滴的直径为115 μ m。
[0013] 本发明对已有的两种微腔结构并加以改进，设计出了一种液滴谐振腔。这种液滴 谐振腔与玻璃微球腔相比，液滴的结构十分均匀，球形度非常好，并且液滴的大小与折射率 都可以改变；与光纤环相比，回音壁模式的形成不需要用到微纳光纤，所以无须将光纤打 结，这让操作难度大大减小，并且液滴形状均匀。通过改变背景液体和液滴的折射率，可以 实现对该光纤分路器分光比的自由控制，该装置结构简便、操作容易、价格低廉、结构小巧 易于集成。
[0014] 本发明的优点在于：
[0015] 1、通过改变背景液体和液滴的折射率，可以实现该光纤分路器的分光比的控制。
[0016] 2、装置的结构小巧，易于集成。
[0017] 3、装置的制造方法简单，操作容易。
[0018] 4、装置所用器件价格低廉，适合大规模生产。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明结构示意图。
[0020] 图2为本发明结构立体图。
[0021 ] 图3为本发明中液滴折射率为1. 65,背景液体的折射率为1. 30时的光纤分路器仿 真结果图。
[0022] 图4为本发明中液滴折射率为1. 65,背景液体的折射率为1. 30时的串联使用的光 纤分路器结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 结合图1和图2,本发明的基于液滴耦合的光纤分路器的组成包括第一微纳光纤、 第二微纳光纤、激光光源、液滴4、背景液体5和石英毛细管6。第一微纳光纤与第二微纳光 纤均与液滴相切放置，激光从第一微纳光纤的第一端口 1-1进入，由于微纳光纤具有强消 逝场特性，第一微纳光纤中的光一部分耦合到液滴4中，在液滴4里产生谐振现象，并在沿 着液滴4边缘传输η周后将光耦合到第二微纳光纤中，最后通过第二微纳光纤的第一端口 2-1射出；第一微纳光纤中其余的光则继续沿着光纤向前传输，最终从第一微纳光纤的第 二端口 1-2出射，从第二微纳光纤的第二端口 2-2射出的光极少，这部分属于光纤分路器的 附加损耗。通过改变液滴4的折射率与背景液体5折射率，可以自由控制该光分路器的分 光比。上述的第一微纳光纤、第二微纳光纤、液滴4、背景液体5均封装在石英毛细管6中。 本发明可以自由控制光纤分路器的分光比，其制作简单、操作容易、价格低廉、体积小易于 集成。
[0024] 所述的第一微纳光纤和第二微纳光纤的纤芯直径为1. 5 μ m，折射率为1. 44,长度 均为200 μ m。
[0025] 所述的液滴，其特征是：液滴的直径为115μπι，折射率可以通过折射率匹配也调 制成所需数值
[0026] 所述的背景液体，折射率可以通过折射率匹配液调制成所需数值。
[0027] 所述的液滴和背景液体，两种液体互不相溶，具有不同的亲水性。
[0028] 图3为本发明中液滴折射率为1. 65,背景液体的折射率为1. 30时的光纤分路器仿 真结果图。采用有限元分析法，利用Comsol Multiphysics 4. 3b软件进行仿真。其中入射 光波长为1550nm，微纳光纤直径为L 5 μ m，微纳光纤折射率为L 44,液滴直径为115 μ m， 液滴折射率为I. 65,背景液体的折射率为