CN105785511A - 一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，包括如下步骤：单模光纤预处理，制备单模光纤束端，玻璃套管拉锥，玻璃套管切割及熔接；将若干前端已被腐蚀而后端仍带有涂覆层的单模光纤完全插入玻璃套管中，然后将玻璃套管竖直，使用氢氧焰对玻璃套管进行拉锥，拉锥位置为单模光纤已被腐蚀的部分，再对锥区部分进行切割抛光，最后直接与多芯光纤熔接，完成多芯光纤耦合器制备。本发明提供的基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，具有可扩展性好，成品率高，工艺简洁，操作简单的特点。

Description

一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法

技术领域

本发明属于光纤通信和传感技术领域，更具体地，涉及一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法。

背景技术

为满足通信系统需求，多芯光纤由于可提供新复用维度，极大增加通信系统容量，愈发受到重视。多芯光纤通信系统需要与现有单模光纤通信系统相融合，则要求多芯光纤和单模光纤实现低损耗连接，因此多芯光纤耦合器显得尤为重要，是推广多芯光纤实际应用与降低成本的关键技术。

目前现有多芯光纤耦合器的制备方法有几种方式：

拉锥法：将多根单芯光纤拉锥，实现光纤端面与多芯光纤几何一一对应，实现多芯到单芯光场耦合；这种多芯光纤耦合器制备方法，光纤耦合模场难以匹配，加工技术复杂，难度大；

透镜耦合法：使用微小透镜，将多芯光纤不同纤芯间微小间距放大到空间中较大间距，再使用透镜聚焦耦合入单芯光纤之中实现耦合；这种多芯光纤耦合器制备方法，器件体积较大，成本高，随着多芯纤芯数增加，难以扩展；

聚合物波导法：制备聚合物波导使其波导的排列同于多芯光纤的截面，实现波导和纤芯的一一对应关系；这种多芯光纤耦合器制备方法，其对准精度易受到光纤腐蚀精度以及套管内径影响；

综上，目前各类多芯光纤耦合器制备方法，受到加工精度的影响，光纤几何对准精度不高，而几何对准偏差导致较大的插入损耗，降低了多芯光纤耦合器的性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，其目的在于解决多芯光纤耦合器制备中的几何对准问题，降低由几何对准偏差导致的插入损耗，同时简化工艺流程。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，包括以下步骤：

(1)剥除N根单模光纤的涂覆层后获得N根第一中间件，对N根所述第一中间件进行腐蚀处理后获得N根第二中间件(所述第二中间件是直径为FD2的细光纤)；所述第二中间件直径FD2大于20微米且小于含M个纤芯的多芯光纤的纤芯间距FD(要求第二中间件直径FD2大于20微米的目的是使得光纤中光场无泄露)；N等于M，且均为大于1的正整数；所述第二中间件分为三段，前端腐蚀部分长度为2～5厘米，中部剥除层部分为1～3毫米，尾部包含涂覆层的尾纤长约1.5～3米；

(2)将N根第二中间件同时插入玻璃套管中，使其前端与中部均位于玻璃套管中，并在玻璃套管尾端对N根第二中间件尾部光纤点胶固定，获取第三中间件；由于在单模光纤束的涂覆层与玻璃套管进行点胶固定，不存在插纤易断的状况，从而保证高成品率；

(3)将第三中间件竖直放置，采用氢氧焰对玻璃套管进行拉锥处理，氢氧焰温度为2500～3000摄氏度，拉锥位置对应N根第二中间件前端部分；拉锥速度为每毫秒拉锥0.2～1微米，拉锥时间为30～60秒；套管拉锥后，孔径变小，使前端腐蚀部分的光纤由松散排列变为紧密排列，其光纤排列几何与多芯光纤纤芯排列几何，大小形状完全相同，获得第四中间件；竖置拉锥锥区过渡可保持为圆形，单模光纤束的排列由拉锥区对单模光纤的束缚所致，因此对玻璃套管内径公差应无限制，同时降低了插入损耗；

(4)将所述第四中间件的锥区部分进行切割抛光后，与多芯光纤熔接，完成多芯光纤耦合器制备；对于熔接过程可用熔接机直接进行熔接，耦合过程简洁，并且回波反射弱。

优选的，上述步骤(1)中所采用的多芯光纤，其纤芯数量大于2，相邻纤芯排列间距相同。

优选的，上述步骤(2)中所采用的玻璃套管，其为轴向中心具有圆形均匀通孔的玻璃套管，壁厚200～400微米，长度为5～50毫米，通孔直径随不同多芯光纤种类而不同；玻璃套管材质为硼硅玻璃或石英玻璃；改进的，套管一端可以制作为喇叭口方便光纤插入；改进的，其圆形均匀通孔，套管一端直径可通过步骤(3)预先拉锥适当减小以辅助第二中间件尾端光纤排列，另一端用于保护并排列尾纤；改进的，其圆形均匀通孔，套管一端直径可通过步骤(3)预先拉锥适当减小以辅助第二中间件中部剥除层的光纤排列，再继续减小该端直径以辅助第二中间件前段腐蚀部分的光纤排列，另一端用于保护并排列尾纤；改进的，其圆形均匀通孔可根据纤芯排列的不同方式而变化为正方形通孔、六边形通孔等。

优选的，上述步骤(3)中所采用的拉锥方法，其热源还可采用电热装置或激光加热作为加热热源；其拉锥方向可竖置，也可水平。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，由于单模光纤的尾纤保留了涂覆层，因此可以保护尾纤；

(2)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，可扩展性良好，例如对于19芯的多芯光纤耦合器，只需要将玻璃套管的内径扩展至1250微米即可，对工艺精度要求低；

(3)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，竖置拉锥锥区过渡可保持为圆形，单模光纤束的排列由拉锥区对单模光纤的束缚所致，因此对玻璃套管内径公差应无限制，同时降低了插入损耗；

(4)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，由于在单模光纤束的涂覆层与玻璃套管进行点胶固定，不存在插纤易断的状况，从而保证高成品率；

(5)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，对于熔接过程可用熔接机直接进行熔接，耦合过程简洁，并且回波反射弱；

(6)本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，相对拉锥法，无需采用特殊的模场匹配的手段；相对腐蚀法，无需精确的套管内径束缚；相对插芯法，工艺简洁，适用于批量生产。

附图说明

图1是单模光纤腐蚀结构示意图；

图2为玻璃套管中单模光纤涂覆层部分端面示意图；

图3为玻璃套管中单模光纤包层部分端面示意图；

图4为玻璃套管中单模光纤腐蚀包层部分端面示意图；

图5为多芯光纤耦合器封装结构示意图；

图6为改进的两段式玻璃套管示意图；

图7为改进的三段式玻璃套管示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-单模光纤，2-玻璃套管，3-多芯光纤，4-氢氧焰机，5-单模光纤涂覆层，6-单模光纤包层，7-单模光纤腐蚀包层。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，包括以下步骤：(1)单模光纤预处理；(2)制备单模光纤束端；(3)玻璃套管拉锥；(4)玻璃套管切割及对准熔接；实施例以七芯光纤耦合器的制备为例，对本发明提供的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法进行详细阐述，具体如下：

(1)单模光纤预处理：选取模场与七芯光纤一致的单模光纤1共七根，长度为1.5～2米；如图1所示，剥除个各单模光纤的涂覆层5得到七根第一中间件；使用体积分数为10～50％的氢氟酸溶液腐蚀各单模光纤，直到单模光纤包层6直径减小至42微米得到七根第二中间件；所述第二中间件分为三段，前端腐蚀部分长度为2～5厘米，中部剥除层部分为1～3毫米，尾部包含涂覆层的尾纤长约1.5～3米；采用无水乙醇超声清洗第二中间件5～10分钟，使用蘸有无水乙醇的无尘纸清洁端面；

(2)制备单模光纤束端：如图2、图3和图4所示，将七根第二中间件各单模光纤1的腐蚀端7插入玻璃套管2中，连同包层6和涂覆层5，并在玻璃套管2尾端对含涂覆层5的各单模光纤进行填充热固胶，于160～180摄氏度环境下加热12～24分钟，使热固胶充分固化，获取第三中间件；

上述所采用的玻璃套管2，其为轴向中心具有圆形均匀通孔的玻璃套管，内径为750～760微米，壁厚200～400微米，长度为5～50毫米；玻璃套管材质为硼硅玻璃或石英玻璃；

(3)玻璃套管拉锥：如图5所示，将玻璃套管2竖直放置，使用氢氧焰机4对玻璃套管2进行拉锥，氢氧焰温度为2500摄氏度～3000摄氏度，拉锥位置为单模光纤腐蚀部分7；拉锥速度为每毫秒拉锥0.2微米～1微米，拉锥时间为30秒～60秒；将玻璃套管2拉锥后，内径减小为126微米～150微米，使腐蚀部分的单模光纤由松散排列变为紧密排列，其光纤排列几何与七芯光纤纤芯排列几何，大小形状完全相同，获得第四中间件；

(4)玻璃套管切割及熔接：将所述第四中间件的锥区部分进行切割抛光后，与七芯光纤熔接，完成多芯光纤耦合器制备；

实施例2提供一种优选的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法，步骤(2)中所采用的玻璃套管2，其一端可以制作为喇叭口方便光纤插入。

实施例3提供一种优选的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法，如图6所示，步骤(2)中所采用的玻璃套管2，其圆形均匀通孔，套管一端直径可通过步骤(3)预先拉锥适当减小以辅助第二中间件尾端光纤排列，另一端用于保护并排列尾纤。

实施例4提供一种优选的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法，如图7所示，步骤(2)中所采用的玻璃套管2，其圆形均匀通孔，套管一端直径可通过步骤(3)预先拉锥适当减小以辅助第二中间件中部剥除层的光纤排列，再继续减小该端直径以辅助第二中间件前段腐蚀部分的光纤排列，另一端用于保护并排列尾纤。

实施例5提供一种优选的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法，步骤(2)中所采用的玻璃套管2，其圆形均匀通孔可根据纤芯排列的不同方式而变化为正方形通孔、六边形通孔等。

实施例6提供一种优选的基于微孔加工的多芯光纤耦合器制备方法，步骤(3)中所采用的拉锥方法，其热源还可采用电热装置或激光加热作为加热热源；其拉锥方向可竖置，也可水平。

本发明提供的基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，多芯光纤不限于七个纤芯，其纤芯数量大于2，相邻纤芯排列间距相同，至多纤芯数无限制。

本发明提供的基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，采用的材料易于获得且价格低廉，相对拉锥法，无需采用特殊的模场匹配的手段；相对腐蚀法，无需精确的套管内径束缚；相对插芯法，工艺简洁，适用于批量生产，可解决多芯光纤的应用受制于多芯光纤耦合器的技术问题，有利于多芯光纤推广应用；另一方面，本方法可扩展性良好，对工艺精度要求低，只需调整玻璃套管的加工参数即可实现适应不同数目纤芯多芯光纤；又一方面，由于单模光纤的尾纤保留了涂覆层，因此可以保护尾纤，同时由于在单模光纤束的涂覆层与玻璃套管进行点胶固定，不存在插纤易断的状况，从而保证高成品率。

本发明提供的多芯光纤耦合器制备方法，本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)剥除N根单模光纤的涂覆层后获得N根第一中间件，对N根所述第一中间件进行腐蚀处理后获得N根第二中间件；所述第二中间件分为三段，前端为腐蚀部分；中部为剥除层部分；尾部为包含涂覆层的尾纤；

(2)将N根第二中间件同时插入玻璃套管中，使其前端与中部均位于玻璃套管中，并在玻璃套管尾端对N根第二中间件尾部光纤点胶固定后获得第三中间件；

(3)将第三中间件竖直放置，采用氢氧焰对玻璃套管进行拉锥处理后获得第四中间件，所述第四中间件中玻璃套管在被拉锥后孔径变小，且前端腐蚀部分的光纤由松散排列变为紧密排列，其光纤排列几何与多芯光纤纤芯排列几何相同，大小形状完全相同；

(4)将所述第四中间件的锥区部分进行切割抛光后，与多芯光纤熔接后获得多芯光纤耦合器。

2.如权利要求1所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，所述第二中间件直径FD2大于20微米且小于含M个纤芯的多芯光纤的纤芯间距FD；其中，N等于M，且均为大于1的正整数。

3.如权利要求1或2所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，所述第二中间件中前端的长度为2厘米～5厘米，中部的长度为1毫米～3毫米，尾部的长度为1.5米～3米。

4.如权利要求1-3任一项所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述拉锥处理的工艺条件包括：氢氧焰温度为2500摄氏度～3000摄氏度，拉锥位置对应N根第二中间件前端部分；拉锥速度为每毫秒拉锥0.2微米～1微米，拉锥时间为30秒～60秒。

5.如权利要求1所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，步骤(1)中所采用的多芯光纤，其纤芯数量大于2，相邻纤芯排列间距相同。

6.如权利要求1所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述玻璃套管为轴向中心具有均匀通孔的玻璃套管，壁厚200微米～400微米，长度为5毫米～50毫米，玻璃套管材质为硼硅玻璃或石英玻璃。

7.如权利要求6所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，所述玻璃套管的一端为喇叭口型，方便光纤插入；另一端用于保护并排列尾纤。

8.如权利要求6所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，所述均匀通孔为圆形、正方形或六边形。

9.如权利要求1所述的多芯光纤耦合器制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述拉锥处理的工艺中热源为电热装置或激光加热装置。