熔融拉制微纳光纤耦合器的仿真模拟

丁　蕊，朱益清*，姚晓天

(1.江南大学 理学院，无锡 214122；2.天津大学 精密仪器与光电工程学院，天津 300129；3.苏州光环科技有限公司，苏州 215123)

引　言

微纳光纤[1-3]通常是指直径在几微米及以下的光学波导,具有强消逝场、强光约束、低损耗、尺寸小等特点[4-5]，因而成为研究热点[6-7]。基于其独特的波导特性，微纳光纤耦合器的制作方法、器件特性和应用等[8-11]与常规的光纤耦合器[12]有着诸多的不同，近年来人们对它开展了多方面的研究工作。微纳光纤耦合器制作方法主要有基于消逝场耦合的微纳光纤搭靠法和熔融拉伸法，对于搭靠法制作微光纤耦合器，研究人员已经进行了相关理论和实验研究[13-14]，而采用改进型的熔融拉锥平台拉制微光纤耦合器的实验研究相对较多[15-16]，但理论研究较少。

作者根据熔锥型光纤耦合器的复合波导特点，并考虑到拉制过程中耦合器波导结构的变化规律，建立了拉制微纳光纤耦合器过程中波导结构的变化模型。利用光束传播法对微纳光纤耦合器在熔融拉伸过程进行仿真模拟，计算得到输出光功率随拉伸长度变化的关系曲线以及在拉制过程中任何状态下耦合器的光场分布。由此看到耦合器熔融拉制到一定程度时，微纳光纤耦合器失去有效耦合，两输出端口的光功率相等且基本保持不变，与参考文献[17]和参考文献[18]中的实验曲线一致。通过对不同熔融区长度和不同输入光波长情况下耦合器的拉制过程仿真计算的结果进行对比分析，对微纳光纤耦合器失去有效耦合的成立条件进行了研究。……