[发明专利]基于纳米结构的波长不敏感型偏振分束器及器件封装方法和分束单元制作

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于纳米结构的波长不敏感型偏振分束器及器件封装方法和分束单元制作；偏振光分束器是光开关网络、光存储器、光环形器、光隔离器等光学组件中的核心器件，在光纤通信、光学计算、图像处理等领域有着广泛的应用。

背景技术

偏振光分束器是光开关网络、光存储器、光环形器、光隔离器等光学组件中的核心器件，在光纤通信、光学计算、图像处理等领域有着广泛的应用。随着光通信的发展，未来光网络对偏振分束器的需求会越来越大，而一个可靠的、可集成的偏振分束器在未来的高速光网络中将扮演非常重要的角色。

传统的偏振光分束器通常由双折射晶体或多层介质膜等具有二向色性的物质构成，这些器件通常体积大、效率低，无法满足光学系统小型化、集成化和高效化的要求。就双折射晶体而言，其明显的缺点第一是晶体价格昂贵；第二是其分离的两个偏振态的光线出口分开距离(walk-off)受晶体长度的限制、需要较长的晶体才能实现两束偏振光的分开距离满足接收器件尺寸的要求；第三是材料折射率对温度敏感导致器件的性能受温度波动大。

光栅作为一种常用的光学元件，在各类光学系统中起着重要作用。近年来，随着电磁理论和微加工技术的深入发展，研究人员逐渐发现随着光栅尺寸的减小，人们逐步认识到光栅具有优良的偏振特性，并开展了大量的研究。理论和实验都表明，当光栅的周期尺寸接近或者小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，利用光栅的偏振特性，可以制作各种偏光器件。

目前国外的研究机构在纳米光栅的制作上具有领先的研究成果，已经有商用化的纳米光栅产品，目前主要是用在投影设备等领域，因为该应用对纳米光栅片的尺寸没有特别要求，因此通常尺寸比较大，在厘米量级，但这么大尺寸的纳米光栅导致应用中的成本很高，而且不利于器件小型化、集成化、密封化等要求。目前国内的研究机构主要是以从事纳米光栅理论分析方面的研究工作为主，在纳米光栅芯片以及纳米光栅器件的制备上的研究还十分少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于纳米结构的波长不敏感型偏振分束器及器件封装方法和分束单元制作，其理论基础是当光栅的周期尺寸接近或小于入射光波长时，将表现出较强的偏振特性，从而制作出各种基于纳米光栅的偏光器件，其性能明显优于传统的双折射晶体或多层介质膜器件。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要包括有一供输入光进入的入射准直透镜，在该入射准直透镜之后安装有一能产生TE态偏振光和TM态偏振光的纳米光栅偏振分束单元，之后还安装有一出射聚焦透镜并由双光纤尾纤进行TE态偏振光光纤输出和TM态偏振光光纤输出。

所述的分束器基于一玻璃管构成的器体，器体的两端各外接有一橡胶外封帽，并由两内侧的小玻璃套管压紧于器体两端内侧上的不锈钢端帽；在所述两小玻璃套管内依次安装有输入光纤尾纤的毛吸细管、入射准直透镜、纳米光栅偏振分束单元、出射聚焦透镜以及输出双光纤尾纤毛吸细管。

所述的两小玻璃套管外套有一大玻璃套管，所述的输出双光纤尾纤毛吸细管向外穿过不锈钢端帽、橡胶外封帽后接出有熊猫保偏光纤。

所述的纳米光栅偏振分束单元由纳米光栅片密封于一个光学玻璃体内构成，且在所述纳米光栅片的表面设置有增透膜。

所述的小玻璃套管的一端按照所述偏振分束单元倾斜角度制成斜磨端面，与该斜磨端面方向的正交面方面的小玻璃管上有一个平磨水平面，偏振分束单元的尺寸与小玻璃套管的外径相符，即偏振分束单元平面对角线的长度与所述小玻璃套管斜面的外径近似，并在偏振分束单元的四个角用胶固定在小玻璃套管斜面上。

所述输出双光纤尾纤为一保偏双光纤准直器单元，其中双尾纤端面上的猫眼垂直度公差小于1度；所述保偏双光纤准直器单元的玻璃套管外侧平磨有一个平面，且该磨去的玻璃套管外壁厚度与偏振分束单元玻璃管磨去的厚度相同。

一种根据上述纳米光栅偏振分束单元的制作，它是将纳米光栅片密封在一个光学玻璃体内构成所述纳米光栅偏振分束单元，具体的制作是：

a.在一片选定尺寸的光学玻璃基片上用光学加工的方法，加工出一个大小尺寸和深度与纳米光栅片大小尺寸和厚度一样的凹坑平台；

b.用光学胶将纳米光栅片固定在凹坑平台内；

c.在光学玻璃基片的四周涂上光学胶，将另外一片大小尺寸与该光学玻璃基片一样的光学玻璃盖片粘接在一起，粘接时要避免胶水附着到纳米光栅片上；