CN104880771B - 一种多芯光纤分路器及其制作方法 - Google Patents

一种多芯光纤分路器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光纤技术领域，提供了一种多芯光纤分路器及其制作方法。其中的多芯光纤分路器由至少两个多模光纤熔融拉锥而成，且在多模光纤的非熔融端拉锥熔接有单模光纤，实现了单模输出，同时使得其插入损耗较低，且制作方法简单、工作可靠、成本低。当该多芯光纤分路器为双芯的光纤分路器时，可将双芯光纤中平行排布的两个纤芯中的光能量低损耗地同时分光耦合输出，可大大拓展双芯光纤在传感及通信方面的应用；同时，在双芯的光纤分路器的端面有两个距离接近的大半圆形纤芯，因此该双芯的光纤分路器对于芯距小的耦合型双芯光纤或芯距大的非耦合型双芯光纤都是适用的。

Description

一种多芯光纤分路器及其制作方法
技术领域
本发明属于光纤技术领域，尤其涉及一种多芯光纤分路器及其制作方法。
背景技术
多芯光纤是一种具有特殊折射率分布的特种光纤，它突破了常规光纤的折射率分布结构，在同一根光纤的包层中排布了两根以上相互平行的纤芯。双芯光纤是多芯光纤的一种，它分为两类：耦合型双芯光纤与非耦合型双芯光纤。耦合型双芯光纤的两纤芯距离较近且光能量以倏逝波的形式在两个纤芯之间相互耦合，而非耦合型双芯光纤的两纤芯距离较远且光能量在两个纤芯之间通常不会发生相互耦合。
以双芯光纤为例，基于双芯光纤制作的光纤器件，具有器件尺寸易精确控制、耦合区机械应力小、结构紧凑稳定等优点，在光传感和光通信等多个领域得到了广泛的应用。主要体现在光纤滤波器、光干涉仪、光连接器、光纤放大器、光分插复用器、光纤开关、光学镊子和各种双芯光纤传感器等方面。
但由于双芯光纤的两个纤芯之间的距离以及纤芯的尺寸都非常小，在同时探测两个纤芯的输出时有较大困难，也使得双芯光纤无法像单模光纤一样通过各种光器件低损耗互联，因此在应用上受到了很大程度的限制。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种多芯光纤分路器，旨在解决现有的多芯光纤由于纤芯之间的距离以及纤芯的尺寸都非常小，因而将光纤中的光同时输出且无法通过各种光器件低损耗互联，应用受限的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种多芯光纤分路器，所述多芯光纤分路器是由至少两个多模光纤经熔融拉锥而成，所述至少两个多模光纤的熔融端共同作为所述多芯光纤分路器的输入端，所述至少两个多模光纤的非熔融端与至少两个单模光纤分别一一对应拉锥熔接，且所述至少两个单模光纤与所述多模光纤的非连接端作为所述多芯光纤分路器的多路输出端。
本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的多芯光纤分路器的制作方法，所述方法包括以下步骤：
将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤拉锥连接；
将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置并侧向加热及拉锥，以使得大直径多模光纤侧向融合形成锥形结构；
当拉锥至所述锥形结构的锥区的直径满足预设条件时，沿锥区的中间位置切断，得到多芯光纤分路器。
本发明提出的多芯光纤分路器由至少两个多模光纤熔融拉锥而成，且在多模光纤的非熔融端拉锥连接有单模光纤，实现了单模输出，同时使得其插入损耗较低，且制作方法简单、工作可靠、成本低。当该多芯光纤分路器为双芯的光纤分路器时，可将双芯光纤中平行排布的两个纤芯中的光能量低损耗地同时分光耦合输出，可大大拓展双芯光纤在传感及通信方面的应用；同时，在双芯的光纤分路器的端面有两个距离接近的大半圆形纤芯，因此该双芯的光纤分路器对于芯距小的耦合型双芯光纤或芯距大的非耦合型双芯光纤都是适用的。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的多芯光纤分路器的结构图；
图2是本发明第二实施例提供的多芯光纤分路器的制作方法的流程图；
图3是本发明第二实施例中，将多模光纤与对应的单模光纤连接的详细流程图；
图4是本发明第二实施例中，对多模光纤进行熔融拉锥的详细流程图；
图5a至图5e是以双芯的光纤分路器为例的加工过程示意图；
图6a是对利用本发明第二实施例制得的双芯的光纤分路器进行实验所采用的耦合型双芯光纤示意图；
图6b是采用耦合型双芯光纤对利用本发明第二实施例制得的双芯的光纤分路器进行实验时，得到的双芯光纤耦合输出光谱示意图；
图7a是利用本发明第二实施例制得的双芯的光纤分路器进行实验所采用的非耦合型双芯光纤示意图；
图7b是采用非耦合型双芯光纤对利用本发明第二实施例制得的双芯的光纤分路器进行实验时，得到的双芯光纤耦合输出光谱示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有双芯光纤及多芯光纤存在的耦合输出问题，本发明提出了一种多芯光纤分路器及其制作方法。该多芯光纤分路器由至少两个多模光纤熔融拉锥而成，且在多模光纤的非双熔融拉锥端连接有单模光纤。
本发明第一实施例提供了一种多芯光纤分路器，该多芯光纤分路器是由至少两个多模光纤经熔融拉锥而成，至少两个多模光纤的熔融端共同作为该多芯光纤分路器的输入端，至少两个多模光纤的非熔融端与至少两个单模光纤分别一一对应拉锥熔接，且至少两个单模光纤与多模光纤的非连接端作为该多芯光纤分路器的多路输出端。
优选地，单模光纤与对应的多模光纤采用熔融拉锥方式实现连接。
图1以两路的双芯的光纤分路器为例，示出了双芯的光纤分路器的一种结构。此时，光纤分路器是由两个多模光纤1经拉锥融合而成，多模光纤1的熔融端3作为光分路器的输入端，多模光纤1的非熔融端5连接单模光纤2，单模光纤2与多模光纤1的非连接端4作为该光纤分路器的多路输出端。
本发明第一实施例提供的多芯光纤分路器中，多模光纤的非熔融端连接有单模光纤，实现了单模输出，从而使得其插入损耗较低，且制作方法简单、工作可靠、成本低。当该多芯光纤分路器为双芯的光纤分路器时，可将双芯光纤中平行排布的两个纤芯中的光能量低损耗地同时分光耦合输出，可大大拓展双芯光纤在传感及通信方面的应用；同时，在双芯的光纤分路器的端面有两个距离接近的大半圆形纤芯，因此该双芯的光纤分路器对于芯距小的耦合型双芯光纤或芯距大的非耦合型双芯光纤都是适用的。
图2示出了本发明第二实施例提供的多芯光纤分路器的制作方法的流程，包括以下步骤：
S1：将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤拉锥熔接。
进一步地，如图3所示，步骤S1又可包括以下步骤：
S11：将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤以包层对齐的方式熔接并放电加热拉锥。
本发明第二实施例中，与单模光纤熔接的多模光纤的直径优选是125微米、纤芯直径优选是105微米。
S12：将熔接有单模光纤的多模光纤放置在熔接机中。
本发明第二实施例中，熔接机优选是日本藤仓的型号为FSM-100P+熔接机。
S13：调整熔接机的放电电极，使得放电电极加热中心对齐需要的放电位置。
S14：在手动模式下拉动熔接机的左右马达，同时控制熔接机通过调整放电电流以实现拉锥。
本发明第二实施例中，在选用型号为FSM-100P+熔接机时，可设置熔接机的放电电流为标准电流-0.3mA、放电时间为1500ms。
S2：将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置并侧向加热及拉锥，以使得大直径多模光纤侧向融合形成锥形结构。
本发明第二实施例中，可使用放电电弧作为热源进行加热，或使用火焰(如氢氧焰、乙炔焰、酒精灯焰等)作为热源进行加热，或使用CO2激光作为热源进行加热，不同的热源加热制备的方式效果略有不同，但是得到的多芯光纤分路器的结构相同。如图4以放电电弧作为热源进行加热为例，示出了步骤S2的详细步骤，具体包括以下步骤：
S21：将熔接机中的光纤夹具换为450微米夹具，并将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置在熔接机中。
S22：调整熔接机的左右载物马达及夹具，使得熔接机的放电电极对齐多模光纤的预定位置。
本发明第二实施例中，预定位置应位于多模光纤的距离熔接点较近处，例如该预定位置与熔接点的距离可以是数百微米。
S23：调整熔接机的放电参数及电极马达向后移动。
本发明第二实施例中，放电参数例如可以是放电时间、放电电流等。
本发明第二实施例中，调整电极马达向后移动的目的是为了选择加热位置以及使得熔接机的放电电弧有较大的加热区域以足够覆盖并排放置的两个多模光纤。
S24：控制熔接机通过放电电极放电，使得相邻多模光纤贴合并融为一体形成锥形结构。在此过程中，还可通过调整左右载物马达及放电电极位置来控制锥形结构的长度。
S25：判断锥形结构是否受热稳定，是则执行步骤S26，否则返回步骤S24。
本发明第二实施例中，锥形结构是否受热稳定是指锥形结构的形状是否会随着放电加热而继续变化，可根据熔接机的人机界面中的多模光纤拉锥后的锥形区域情况来判断。
S26：调整熔接机的放电参数，并在手动模式下拉动熔接机的左右马达以给锥形结构提供一个轴向拉力，在放电加热时该锥形结构的受热区域的直径对应减小。
本发明第二实施例中，通过调整放电参数，使得步骤S26的放电电流相对步骤S23的放电电流较大。即是说，在较小放电电流下控制多模光纤的熔融程度，在较大放电电流下控制锥形结构的锥区长度。
S27：判断锥形结构的锥区的直径是否满足预设条件，是则执行步骤S28，否则返回步骤S26。
本发明第二实施例中，预设条件优选为锥形结构锥区的直径大致等于单模光纤的直径。
S28：移动熔接机的电弧位置并控制熔接机的放电电极多次放电，以平滑锥形结构的锥区。
S3：当拉锥至该锥形结构的锥区的直径满足预设条件时，沿锥区的中间位置切断，得到多芯光纤分路器。
本发明第二实施例中，在满足预设条件后，可将熔融拉锥后的样品从熔接机中取出，使用普通商用切割刀沿锥区中心位置切断，即可得到所需的多芯光纤分路器。
如图5a至5e是以双芯的光纤分路器为例，示出了前述相应步骤的加工过程。其中，A1为左马达，A2为右马达，B1为大直径光纤，B2为单模光纤，B3为双纤光纤，C为电极，D1为250微米夹具，D2为450微米夹具。其中，图5a对应步骤S13，图5b对应步骤S14，图5c对应步骤S22，图5d对应步骤S24至步骤S26，图5e对应步骤S3。
对于利用前述步骤制作的双芯的光纤分路器，若采用如图6a所示的芯距小的耦合型双芯光纤对其进行测试时，当向双芯光纤的任一纤芯输入宽带光，根据耦合模理论，两个纤芯输出在两个光探测设备应同时呈现互补的余弦线性变化的光谱。经实验验证，用此光纤分光器将此耦合型双芯光纤的两路光同时输出，得到与理论吻合的双芯光纤耦合输出光谱如图6b所示。
对于利用前述步骤制作的双芯的光纤分路器，若采用如图7a所示的芯距大的非耦合型双芯光纤对其进行测试时，当向双芯光纤的任一纤芯输入宽带光，经实验验证，用此光纤分光器将此非耦合型双芯光纤的两路光同时输出，得到两路输出光谱的能量差高达39dB，即可验证双芯光纤的两路光分别成功地被同时输出，如附图7b所示。
本发明第二实施例提供的多芯光纤分路器的制作方法解决了现有平面波导连接法与单模光纤毛细玻璃管加热拉锥法制作双芯光纤分路器时存在的插入损耗大、精度及可重复性不高的缺点，并解决了现有采用级联4芯光纤与双子星光纤法制作双芯光纤分路器存在的制作方法困难、可操作性不高的缺点。同时，该制作方法制作过程简单，所需原料简单，实验证明，利用该制作方法制得的光纤分路器的插入损耗较低且可重复性高。
综上所述，本发明提出的多芯光纤分路器由至少两个多模光纤熔融拉锥而成，且在多模光纤的非熔融端拉锥熔接有单模光纤，实现了单模输出，同时使得其插入损耗较低，且制作方法简单、工作可靠、成本低。当该多芯光纤分路器为双芯的光纤分路器时，可将双芯光纤中平行排布在两个纤芯中的光能量低损耗的同时分光耦合输出，可大大拓展双芯光纤在传感及通信方面的应用；同时，在双芯的光纤分路器的端面有两个距离接近的大半圆形纤芯，因此该双芯的光纤分路器对于芯距小的耦合型双芯光纤或芯距大的非耦合型双芯光纤都是适用的。同时，该多芯光纤分路器的制作方法解决了现有平面波导连接法与单模光纤毛细玻璃管加热拉锥法制作双芯光纤分路器时存在的插入损耗大、精度及可重复性不高的缺点，并解决了现有采用级联4芯光纤与双子星光纤法制作双芯光纤分路器存在的制作方法困难、可操作性不高的缺点。此外，本发明提出的多芯光纤分路器是一种通用型分光器，对于绝大多数多芯光纤，无论纤芯大小，只要相邻纤芯距离之间的距离大于4微米，这种多芯光纤分路器就可以将各纤芯中的光同时输出。同时，该制作方法制作过程简单，所需光纤类型简单易得，实验证明，利用该制作方法制得的光纤分路器的插入损耗低且可重复性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多芯光纤分路器，其特征在于，所述多芯光纤分路器是由至少两个直径是125微米且纤芯直径是105微米的多模光纤经熔融拉锥而成，所述至少两个多模光纤的熔融端共同作为所述多芯光纤分路器的输入端，所述至少两个多模光纤的非熔融端与至少两个单模光纤分别一一对应拉锥熔接，且所述至少两个单模光纤与所述多模光纤的非连接端作为所述多芯光纤分路器的多路输出端。
2.如权利要求1所述的多芯光纤分路器，其特征在于，所述多芯光纤分路器是由两个多模光纤经熔融拉锥而成。
3.一种如权利要求1或2所述的多芯光纤分路器的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤拉锥熔接；
将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置并侧向加热及拉锥，以使得大直径多模光纤侧向融合形成锥形结构；
当拉锥至所述锥形结构的锥区的直径满足预设条件时，沿锥区的中间位置切断，得到多芯光纤分路器，其中，所述预设条件为所述锥形结构的锥区的直径等于所述单模光纤的直径。
4.如权利要求3所述的多芯光纤分路器的制作方法，其特征在于，所述将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤拉锥连接的步骤包括以下步骤：
将至少两个多模光纤分别与对应的单模光纤以包层对齐的方式熔接并放电加热拉锥；
将熔接有单模光纤的多模光纤放置在熔接机中；
调整所述熔接机的放电电极，使得所述放电电极加热中心对齐需要的放电位置；
在手动模式下拉动所述熔接机的左右马达，同时控制所述熔接机通过调整放电电流以实现拉锥。
5.如权利要求3所述的多芯光纤分路器的制作方法，其特征在于，所述将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置并侧向加热及拉锥，以使得大直径多模光纤侧向融合形成锥形结构的步骤包括以下步骤：
将熔接机中的光纤夹具换为450微米夹具，并将各个连接有单模光纤的多模光纤并排对齐放置在熔接机中；
调整所述熔接机的左右载物马达及夹具，使得所述熔接机的放电电极对齐多模光纤的预定位置，其中，所述预定位置与熔接点的距离是数百微米；
调整所述熔接机的放电参数及电极马达向后移动；
控制所述熔接机通过所述放电电极放电，使得相邻多模光纤贴合并融为一体形成锥形结构；
当所述锥形结构受热稳定时，调整所述熔接机的放电参数，并在手动模式下拉动熔接机的左右马达以给锥形结构提供一个轴向拉力，在放电加热时所述锥形结构的受热区域的直径对应减小，其中，受热稳定是指所述锥形结构的形状不会随着放电加热而继续变化；
当所述锥形结构的锥区的直径满足预设条件时，移动所述熔接机的电弧位置并控制所述熔接机的所述放电电极多次放电，以平滑所述锥形结构的锥区，其中，所述预设条件为所述锥形结构的锥区的直径等于所述单模光纤的直径。
6.如权利要求5所述的多芯光纤分路器的制作方法，其特征在于，所述熔接机是型号为FSM-100P+的熔接机。
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Inventor after: Wang Yiping

Inventor after: Zhou Jiangtao

Inventor after: Liao Changrui

Inventor before: Zhou Jiangtao

GR01 Patent grant
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