CN103913802A - 一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法，包括：提供两根多模光纤和以单模光纤作为输出光纤的光源；将单模光纤与其中一根多模光纤熔接；在多模光纤上剥除一定长度的光纤涂覆层，将内包层擦拭干净；将多模光纤放于拉锥设备的吸附台上，使其输出端接入拉锥设备的分光比在线监控测试端，用夹具使两根多模光纤靠拢；设置拉锥工艺参数；启动拉锥设备对两根多模光纤进行拉锥操作；将得到的多模光纤耦合器半成品进行石英槽、石英管和不锈钢管封装操作，得到基于单模光源的多模光纤耦合器。通过本方法，实现了多模光纤耦合器任意分光比的稳定耦合，保证了产品性能的稳定性，扩张了产品的使用范围。

Description

一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法

技术领域

本发明属于集成光学领域，具体地，涉及一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法。 

背景技术

多模光纤耦合器是光纤通信领域和光纤传感领域中的基本无源器件，在光纤数据网、通信系统和光纤传感系统中得到广泛应用。多模光纤与单模光纤相比具有较低的弯曲损耗，多模光纤具有单模光纤不可取代的功能。多模耦合器就具有不可取代的市场应用。目前，多模光纤耦合器的制备方法都是基于多模光源的制备方法。 

多模光纤耦合器耦合分光原理是基于光波在光纤传输的全反射原理。在全反射时光波不全是在界面上被全部反射回纤芯的，而是透入包层介质中很薄的一层，并沿界面传播一些距离(波长量级)，最后返回纤芯，透入到包层中的这个波场，称为消逝场。也即是光在光纤波导传输过程中，部分光能量集中在波导中，少部分光能量存在于光波导之外（包层中），当两波导极为靠近时，将会通过消逝场进行能量交换，产生两波导之间的横向耦合，光纤耦合器的工作原理就建立在波导横向耦合理论的基础上。 

如果两根光纤的耦合器对称、均匀一致，则耦合系数在进行合理的近似后为： 

$K=\frac{{\left(2\mathrm{\Δ}\right)}^{1/2}{U}^2{K}_0(\mathrm{Wd}/r)}{r{V}^3{K}_1^2\left(W\right)}---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}=(n_1^2-n_2^2)/2n_1^2---\left(2\right)$

式中：r———光纤纤芯半径； 

      d———两光纤中心的间距； 

      V———光纤的归一化频率常数； 

      n₁和n₂—————纤芯和包层的折射率； 

      U和W———光纤的纤芯和包层参量； 

      K₀和K₁———零阶和一阶修正的第二类贝塞尔函数。 

对于多模光纤耦合器，一个光纤内部传播的光有数百个到数千个光模式，由于每一个光模式之间的折射率存在细微的差别，每一个模式的耦合系数就不一样，这就导致在两光纤进行耦合的过程中，每个模式的耦合率不相同，而最终器件的分光比为所有模式耦合率叠加的总和。高阶模折射率高，低阶模折射率底，所以在分光一开始，是高阶模进行耦合，之后是低阶模。由于耦合拉伸长度一样，不同的高低阶模耦合情况，导致器件到达最终分光比后，某些模式处于未耦合状态，某些模式处于过耦合状态。多模光纤耦合器内部模式的分布不仅受激励光源的影响，同时还受外界因素的干扰。这样就导致多模光纤耦合的光学性能，特别是分光比容易出现波动。同时，由于分光比为最后各种模式的叠加，各个模式无法同时到达最大值或是最小值，就出现了无法实现任意分光比的分光。基于多模光源的多模光纤耦合器制备方法生产出来的多模耦合器就存在明显的光学性能不稳定性，且无法实现任意分光比的任意分光。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法，以解决多模光纤耦合器分光比不稳定的问题，提高多模光纤耦合器的稳定性。 

本发明解决上述技术问题采用的技术方案包括： 

一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法，包括以下步骤： 

S1、提供两根多模光纤和以单模光纤作为输出光纤的光源； 

S2、将作为光源输出光纤的单模光纤与其中一根多模光纤熔接； 

S3、在每根多模光纤上用光纤涂覆层剥除机剥除一定长度的光纤涂覆层，使内包层裸露，并将内包层擦拭干净； 

S4、将步骤S3中处理后的两根多模光纤平行放置于拉锥设备的吸附台上，并将两根多模光纤的输出端接入拉锥设备的分光比在线监控测试端，用夹具通过平烧工艺使平行放置的两根多模光纤靠拢； 

S5、设置拉锥设备的拉锥工艺参数； 

S6、启动拉锥设备对两根多模光纤进行拉锥操作；以及 

S7、将步骤S6中拉锥得到的多模光纤耦合器半成品依次进行石英槽、石英管和不锈钢管封装操作，从而得到基于单模光源的多模光纤耦合器。 

进一步地，所述步骤S1中，以单模光纤作为输出光纤的光源为单模光源或者连接有单模光纤的任意光源。 

进一步地，在所述步骤S2中，光纤熔接是使用光纤熔接机进行熔接操作。 

进一步地，在所述步骤S6中，采用氢氧火焰的熔融拉锥方式进行拉锥操作。 

本发明提供的多模光纤耦合器制备方法需要先完成拉锥光路的搭建，在完成光路搭建后，进行耦合器拉锥工作。由于光源的光纤为单模光纤，实行单模光纤与多模光纤进行熔接，单模光在多模光纤内部激励的光场保证基模最大限度的被保留下来，由于基模是最低阶模，折射率最低，耦合系数最小，就可以保证多模光纤耦合器达到饱和耦合状态，不论需求的最终分光比为多少，都可以达到饱和耦合状态，使器件分光比对外界的激励光不敏感。然后多模光纤进入夹持拉锥区，通过夹具平行夹持，采用平烧工艺进行熔融拉锥。最后在输出端通过双通道监测进行光学性能控制，调节工艺参数，使光纤耦合器处于平缓的耦合状态，达到理想分光比后停止拉锥，进行封装后完成多模光纤耦合器的制作。这样就可以完成性能稳定的多模光纤耦合器的制作，并保证良好的成品率。 

与现有技术相比，根据本发明的方法具有以下有益技术效果： 

1.本方法实现了单模光源在多模光纤耦合器生产方面的应用。 

2.本方法提供了光学性能稳定的多模光纤耦合器制备方法。 

3.本方法提供了目标分光比范围更宽的多模光纤耦合器制备方法。 

4.本方法避免了传统多模光源制备多模光纤耦合器采用过饱和耦合的方法，提高了拉锥生产的可控性，提高了生产成品率。 

附图说明

图1为熔融拉锥中多模光纤的平烧锥区示意图； 

图2（a）和图2（b）为根据本发明优选实施例的拉锥光路示意图； 

图3为根据本发明的基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法的流程示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法做进一步详细的描述。 

在本发明中，采用单模光源作为输入光源；在输入光纤与多模光纤的连接处，采用熔接方式进行连接；然后用夹具对剥除了外涂覆层的多模光纤进行平行夹持，如图1所示；之后使用氢氧气火焰对夹持部分的光纤进行熔融拉锥，并进行封装。 

具体地，根据本发明的基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法，包括以下步骤： 

S1、提供两根多模光纤和以单模光纤作为输出光纤的光源； 

实际操作中，可以通过以下方式提供以单模光纤作为输出光纤的光源：（1）提供一单模光源，该单模光源自身具有单模光纤作为输出光纤，该单模光源可从现有技术中获得；（2）提供一单模光纤，该单模光纤与一单模光源或者多模光源连接，并以该单模光纤作为输出光纤。 

S2、将作为光源输出光纤的单模光纤与其中一根多模光纤熔接；实践中可以采用现有可行的熔接方式进行两种光纤的熔接，在本优选实施例中，光纤熔接是使用光纤熔接机进行操作的； 

S3、在每根多模光纤上用光纤涂覆层剥除机剥除一定长度的光纤涂覆层，使内包层裸露，并将内包层擦拭干净； 

S4、将步骤S3中处理后的两根多模光纤平行放置于拉锥设备的吸附台上，并将两根多模光纤的输出端接入拉锥设备的分光比在线监控测试端，用夹具通过平烧工艺使平行放置的两根多模光纤靠拢； 

S5、设置拉锥设备的拉锥工艺参数； 

实际操作中，通过对设备的多次调试来确定拉锥设备的拉锥工艺参数，以便在后续的拉锥操作中，两根多模光纤能够平缓地耦合同时满足需要的光学性能。而且，具体的拉锥工艺参数与具体采用的拉锥设备相关联，不同的拉锥设备经多次调试之后具有不同的拉锥工艺参数。通常，经多次调试之后，如果拉锥得到的多模光纤耦合器半成品满足所需的光学性能即可据以确定拉锥设备进行拉锥操作的工艺参数。 

S6、启动拉锥设备对两根多模光纤进行拉锥操作；以及 

S7、将步骤S6中拉锥得到的多模光纤耦合器半成品依次进行石英槽、石英管和不锈钢管封装操作，从而得到基于单模光源的多模光纤耦合器。 

在这里需要提及的是，实际操作中，如果在步骤S7中拉锥得到的多模光纤耦合器半成品不满足所需的光学性能，说明产品不合格，需要重新执行本方法的步骤，并在获得合格的多模光纤耦合器半成品之后再进行封装操作。 

图2（a）和图2（b）为根据本发明优选实施例的多模光纤耦合器拉锥光路示意图。其中，图2（a）为采用单模光源作为输入光源的拉锥光路示意图，图2（b）为采用单模光纤作为光源输出光纤的其他光源的拉锥光路示意图。 

如图2(a)所示的实施例中，提供一单模光源作为以单模光纤作为输出光纤的光源，以2*2多模光纤耦合器50：50的分光比为目标进行制备，单模光源采用1480nm的SLED(超辐射电致发光)低偏光源，输出光功率设置为1mw，自带单模光纤作为输出尾纤。准备两根长度为3m的多模光纤，将单模光源的输出光纤与两根多模光纤中的其中一根进行熔接，然后分别在两多模光纤的中间位置使用光纤涂覆层剥除机剥除20mm长的光纤涂覆层，使裸光纤暴露，并将裸光纤擦拭干净；将干净的裸光纤水平放置于拉锥设备的吸附台，并将两根多模光 纤的输出端接入拉锥设备的分光比在线监控测试端；之后在设备的拉锥区用夹具对两个平行放置的光纤进行并拢夹持操作，从而完成多模光纤耦合器拉锥工序的准备工作。接着设置拉锥设备的拉锥工艺参数，比如将分光比设置为50：50，氢氧气流量设置为200：20sccm。然后启动拉锥设备进行自动拉锥，完成拉锥工作。最后对拉锥完成的多模光纤耦合器半成品进行封装，由此完成多模光纤耦合器的生产。上述方法流程请参考图3。 

如图2（b）所示的实施例中，提供一单模光纤，该单模光纤与一单模光源或者多模光源连接，并以该单模光纤作为输出光纤，由此作为以单模光纤作为输出光纤的光源。以2*2多模光纤耦合器50：50的分光比为目标进行制备。准备两根长度为3m的多模光纤，将单模光纤与两根多模光纤中的其中一根进行熔接，后续步骤同前面结合图2（a）所作的描述，不再赘述。 

在根据本发明的方法中，采用单模光纤与多模光纤的熔接，使用单模光纤提供的输入光为单模光，其在多模光纤内部激励的光场可保证耦合系数最小的基模最大限度的被保留下来，使多模光纤耦合器达到饱和耦合状态，不论需求的最终分光比为多少，都可以达到饱和耦合状态，获得了扩大多模光纤耦合器目标分光比范围的效果。同时，使器件分光比对外界的激励光不敏感，提高了产品光学性能的稳定性。 

本领域技术人员能够理解的是，本说明书中未详细说明的内容，是本领域技术人员根据本说明书的描述、并结合现有技术能够容易地实现的，因此不做详述。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于单模光源的多模光纤耦合器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提供两根多模光纤和以单模光纤作为输出光纤的光源；

S2、将作为光源输出光纤的单模光纤与其中一根多模光纤熔接；

S3、在每根多模光纤上用光纤涂覆层剥除机剥除一定长度的光纤涂覆层，使内包层裸露，并将内包层擦拭干净；

S4、将步骤S3中处理后的两根多模光纤平行放置于拉锥设备的吸附台上，并将两根多模光纤的输出端接入拉锥设备的分光比在线监控测试端，用夹具通过平烧工艺使平行放置的两根多模光纤靠拢；

S5、设置拉锥设备的拉锥工艺参数；

S6、启动拉锥设备对两根多模光纤进行拉锥操作；以及

S7、将步骤S6中拉锥得到的多模光纤耦合器半成品依次进行石英槽、石英管和不锈钢管封装操作，从而得到基于单模光源的多模光纤耦合器。

2.根据权利要求1所述的多模光纤耦合器制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，以单模光纤作为输出光纤的光源为单模光源或者连接有单模光纤的任意光源。

3.根据权利要求1或2所述的多模光纤耦合器制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，光纤熔接是使用光纤熔接机进行操作。

4.根据权利要求1或2所述的多模光纤耦合器制备方法，其特征在于，在所述步骤S6中，采用氢氧火焰的熔融拉锥方式进行拉锥操作。