The optical fiber with a taper lens to light input into the waveguide of a small diameter
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-1-54-64Abstract
The work is devoted to the problem of the integration of the photonic integrated circuit with optical fiber. In the standard single mode fibers mode field diameter is greater than the mode field diameter in the waveguide in 3–10 times, so coupling of light has high losses. It was considered lateral coupling between lensed tapered fiber and a small diameter waveguide. It was performed an analytical calculation with the gaussian approximation and modelling of fiber tapered lens for input radiation into the waveguide using the method of propagating beam. As a result, the analytical calculation and simulation derived an optimum radius of curvature of the tapered lens for an effective input of optical radiation in an arbitrary waveguide with a diameter of 3 microns. Lensed tapered fibers were made up by chemical etching followed by arc melting technology and it was received a set of samples with a radius of curvature from 6 to 16 microns. Mode field diameter of samples was measured by the transverse offset technique in the near field, and the focal length was measured by the method of the Fabry-Perot interferometer. The error of measured parameters is no more than 30%, and results are confirmed with analytical calculation and modeling.Received 07.03.2017; accepted 11.05.2017References
Kopp С., Bernabe S., Ben Bakir B. et al. Silicon Photonic Circuits: On-CMOS Integration, fiber optical coupling, and packaging. IEEE Journal of se-lected topics in quantum electronics. 2011, vol. 17, no. 3, pp. 498–509.
Sure A., Dillon. T, Murakowski J., Lin C., Pustai D., and Prather D. W. Fabrication and characterization of three-dimensional silicon tapers. Optics Express. 2003, vol. 11, no. 26, pp. 3555–3561.
Kasaya K., Mitom O., Naganuma M., Kondo Y., Noguchi Y. A simple laterally tapered waveguide for low-loss coupling to single-mode fibers. IEEE Photonics Technology Letters. 1993, vol. 5, no. 3, pp. 345–347.
Dai D., He S. Bilevel mode converter between a silicon nanowire waveguide and a larger wave-guide. Journal of Lightwave Technology. 2006, vol. 24, no. 6, pp. 2428–2433.
Maegami Y., Takei R., Omoda E., Amano T., Okano M., Mori M., Kamei T., Sakakibara Y. Spot-size converter with a SiO2 spacer layer be-tween tapered Si and SiON waveguides for fiber-to-chip coupling. Optics Express. 2015, vol. 23, no. 16, pp. 21287–21295.
Shoji T., Tsuchizawa T., Watanabe T., Yamada K., Morita H. Low loss mode size converter from 0.3pm square Si wire waveguides to singlemode fibres. Electronics Letters. 2002, vol. 38, no. 25, pp. 1669–1670.
Taillaert D, Laere F., Ayre1 M., Bogaerts W., Van Thourhout D, Bienstman P., Baets R. Grating couplers for coupling between optical fibers and nano-photonic waveguides. Japanese Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 45. N. 45A. P. 6071–6077.
Skutnik B., Foley B. Improved optical fibers for enhanced coupling with high power diode lasers. Proceedings SPIE. 2004, vol. 5336, High-Power Diode Laser Technology and Applications II, 65.
Ukrainczyk L., Vastag D. L. Thermally-formed lensed fibers. Patent No.: US 2003/0053751 A1 G02B 6/32. 20.03.2003. P. 1–13.
Guttman J. L. Mode-field diameter and “spot size” measurements of lensed and tapered specialty fibers. Ophir Photonics Group. URL: http://www.ophiropt.com/user_files/laser/beam_profilers/MFDandSpotSize.pdf
Malki A., Bachelo R., Van Lauwe F. Two-step process for micro-lens-fibre fabrication using a continuous CO2 laser source. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2001, vol. 3, pp. 291–295.
Barnard C. W., Lit J. W. Single-mode fiber microlens with controllable spot size. Applied Optics. 1991, vol. 30, no. 15, pp. 1958–1962.
Tsa Y.-C., Liu Y.-D., Cao C.-L. et al. A new scheme of fiber end-face fabrication employing a variable torque technique. Journal of Microme-chanics and Microengineering. 2008, vol. 18, pp. 1–7.
Lefevre H. The Fiber-optic gyroscopes. Artech house. 1995. 332 p.
Barnard C.W., Lit J.W. Mode transforming properties of tapered single-mode fiber microlenses. Applied optics. 1993, vol. 32, no. 12, pp. 2090–2094.
Adams M. J. An Introduction to Optical Wave-guide. New-York: Wiley. 1981. 401 p.
Karnaushkin P. V., Ponomarev R. S., Salgaeva U. O., Shklyaeva E. V., Ignatenko E. A. Production of tapers and taper lenses on optical fibers and measurement of their parameters. Young Scientists Bulletin of Perm State University. 2016, vol. 6, pp. 144–154 (In Russian).
State Standard R MEK 793-1-93. Volokna opticheskie. Obshchie tekhnicheskie trebovaniia (Optic fibers. Common specifications). Moscow: Izdatel'stvo standartov, 1994, 108 p. (In Russian).
Li E. Characterization of a fiber lens. Optics letters. 2006, vol. 31, no. 2, pp. 169–171.
Volokonno-opticheskii interferometr Fabri–Pero (Fiber optics Fabry–Pérot interferometer). URL: http://physics.nad.ru/Physics/Cyrillic/ifp_txt.htm (In Russian).
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
