CN106199834A - 光纤耦合器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤耦合器，其是通过先将两个多光纤束与一个多芯光纤的两端熔接，多芯光纤具有N个纤芯，多光纤束具有N根光纤，熔接时多光纤束的N根光纤分别与多芯光纤的N个纤芯对准，然后再将多芯光纤拉锥成耦合区来制得。相比原有的光纤耦合器的耦合区是由多根独立光纤拉锥制成，本发明的光纤耦合器的偏振相关损耗(PDL)更低，偏振隔离度(PER)更好，温度稳定性更好。本发明还公开一种光纤耦合器的制作工艺。

Description

光纤耦合器及其制作工艺

技术领域

本发明涉及光通信、光传感技术领域，特别是涉及一种光纤耦合器及其制作工艺。

背景技术

光纤耦合器模是光纤传感器的核心器件，特别是保线偏振光纤耦合器更有及其重要的应用，它的稳定性决定了光纤传感器的本身的稳定性。对光纤耦合器的应用，可以追溯到30多年以前，目前其在很多试验及产品中得到了应用，这些应用都取决于对传感系统本身稳定性的要求。以当前的应用情形来看，对于精度及稳定性要求不高的系统，是可以使用保偏光纤耦合器的；但对精度及稳定性要求高的系统，目前的保偏光纤耦合器的性能就不尽如意了。

现有技术中，光纤耦合器的常规工艺是将多根光纤叠放在一起后，经高温熔融拉锥来实现光耦合的。其中，器件的输入光纤、耦合区光纤和输出光纤其材料都是标准直径的光纤，所谓标准直径一般指125um和80um。以3×3保偏光纤耦合器为例，其工艺是非常复杂，要求极其高。本公司最早在2004年就成功开发了第一代的3×3保偏光纤耦合器，2009年左右又成功开发了第二代保偏光纤耦合器。这两种保偏光纤耦合器的基本结构相似，耦合区三根光纤的排列都是位于同一个平面的，也就是说三根光纤芯位于同一个平面，这种工艺结构的优点是光纤排列相对容易，其缺点在于该结构不是空间对称，在两侧的两根光纤间不能直接产生互相耦合，而且分光比较难控制。通常，3×3单模光纤耦合器其耦合区3根光纤的排列为“品”字型结构。理论上讲，三根光纤呈空间对称的“品”字型排列是最好的，但如果光纤是保线偏振光纤即直接将三根以“品”字型排列的保线偏振光纤拉锥来制作3×3保偏光纤耦合器，这样的排列就会产生很大的耦合损耗甚至是无法实现光耦合，而且其它性能也会非常差。而且，还有一个难以克服的缺陷就是熔融三根光纤后的对称性及其残余应力导致的光学性能下降难以避免。

为了解决上述技术问题，我们期望设计一种新的光纤耦合器及其制作工艺，以便确保制得光纤耦合器(包括N×N保偏光纤耦合器)具有很好的光学性能的稳定性，同时能具备规模化生产能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤耦合器，它可以有效的减少传输过程中的光损耗，温度稳定性更好，具有很好的光学性能稳定性，适于规模化生产。同时，本发明还提供一种光纤耦合器的制作工艺，该制作工艺可控性好，适于规模化生产。

为解决以上技术问题，本发明提供一种光纤耦合器，包括输入端、耦合区及输出端，其耦合区由多芯光纤制成，所述多芯光纤具有N个纤芯；其输入端及输出端均为多光纤束，所述多光纤束具有N根光纤；输入端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤一端的N个纤芯，输出端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤另一端的N个纤芯；输入端的多光纤束和输出端的多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接成一体；N为大于等于3的整数。这里所说的对准是指多光纤束的纤芯与多芯光纤的纤芯重叠或匹配，以获得较低的熔接损耗。由此，输入端的多光纤束和输出端的多光纤束通过耦合区的多芯光纤实现直接相通。

具体的，多光纤束可以选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的总数目为N的多光纤束，且所述多光纤束中无芯光纤的数目不等于N。

具体的，输入端与输出端选用相同的多光纤束，所述多光纤束具有总数目为N的保线偏振光纤、单模光纤和/或无芯光纤，且所述多光纤束中无芯光纤的数目不等于N。优选的，所述多光纤束是光纤均为保线偏振光纤的多光纤束，或者是光纤均为单模光纤的多光纤束，或者是光纤为同时具有保线偏振光纤及单模光纤的多光纤束。

具体的，输入端与输出端选用不同的多光纤束，所述多光纤束具有总数目为N的保线偏振光纤、单模光纤和/或无芯光纤，且所述多光纤束中无芯光纤的数目不等于N。

具体的，多芯光纤长度为20mm至100mm。

具体的，所述输入端的多芯光纤的光纤数目与输出端的多芯光纤的光纤数目可以不相同。

具体的，所述多芯光纤为三芯光纤，所述输入端及输出端均为三光纤束。这类器件称为3×3光纤耦合器。

优选的，所述三芯光纤，其横截面上三个纤芯相互之间的距离相等呈品字型分布，三个纤芯距横截面圆心的距离相等。所述三光纤束的三根光纤也呈品字型排列。

具体的，其输入端与输出端采用相同的三光纤束，输入端和/或输出端可以是由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的三光纤束，但是三光纤束中的光纤不能全为无芯光纤，即无芯光纤的数目不等于3。

当输入端和输出端可以均选用具有三根保线偏振光纤的三光纤束，这类器件称之为3×3全保偏光纤耦合器。当输入端和输出端可以均选用具有三根单模光纤的三光纤束，这类器件称之为3×3单模光纤耦合器。

具体的，上述3×3光纤耦合器还可以进一步改进：输入端或输出端其中一端的三光纤束用一根保线偏振光纤或者一根单模光纤替代，该一根保线偏振光纤或者一根单模光纤与三芯光纤的其中一个纤芯对接；输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的三光纤束，且三光纤束中无芯光纤的数目不等于3。这类器件可以称为1×3光纤耦合器。

具体的，所述多芯光纤为四芯光纤，所述输入端及输出端均为四光纤束。这类器件称为4×4光纤耦合器。

优选的，所述四芯光纤，其横截面上四个纤芯呈正方形分布，四个纤芯分别位于正方形的四个顶点。所述四光纤束的四根光纤也呈正方形排列。

具体的，所述输入端和/或输出端可以是由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，但是四光纤束中的光纤不能全为无芯光纤，即无芯光纤的数目不等于4。

具体的，上述4×4光纤耦合器还可以进一步改进：输入端或输出端其中一端的四光纤束用一根或两根的保线偏振光纤或单模光纤替代，该一根或两根的保线偏振光纤或单模光纤与四芯光纤的一个或两个纤芯对接；输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，且四光纤束中无芯光纤的数目不等于4。这类器件可以称为1×4或2×4光纤耦合器。

具体的，所述多芯光纤为七芯光纤，所述输入端及输出端均为七光纤束。这类器件称为7×7光纤耦合器。

优选的，所述七芯光纤，其横截面上七个纤芯呈正六边形分布，七个纤芯分别位于正六边形的六个顶点及中心，正六边形的六个顶点距横截面圆心的距离相等。所述七光纤束的七根光纤也呈正六边形排列。

具体的，所述输入端和/或输出端可以是由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的七光纤束，但是七光纤束中的光纤不能全为无芯光纤，即无芯光纤的数目不等于7。

具体的，上述7×7光纤耦合器还可以进一步改进：输入端或输出端其中一端的七光纤束用一根保线偏振光纤或一根单模光纤替代，该一根保线偏振光纤或一根单模光纤与七芯光纤的中心一个纤芯对接；所述输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤任意组合的七光纤束，且七光纤束中无芯光纤的数目不等于7。这类器件称为1×7光纤耦合器。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种光纤耦合器的制作工艺，包括以下步骤：

(1)选材：根据所设计器件的要求选择一个多芯光纤和两个多光纤束，所述多芯光纤具有N个纤芯，所述多光纤束具有N根光纤；

(2)熔接：将步骤(1)的两个多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接，确保多光纤束的N个光纤分别与多芯光纤的N个纤芯对准，以获得较低的溶解损耗；

(3)拉锥：将步骤(2)熔接后得到的器件放置在拉锥平台上，然后对多芯光纤区域进行加热软化并拉锥成耦合区。

具体的，在步骤(3)拉锥过程中，通过其一端的多光纤束的任意一光纤端口输入预定波长的光功率，同时监控另一端的三光纤束的多个光纤端口的光功率，直至使多光纤束具有相同或相近的输出光功率为止。这里的相近是要求误差在+/-10％以内。

具体的，还包括步骤(4)封装：将步骤(3)拉锥得到的器件进行适当的保护封装后，就做成了一个光纤耦合器。

本发明的光纤耦合器是通过先将两个多光纤束与一个多芯光纤的两端熔接，熔接时多光纤束的N个光纤分别与多芯光纤的N个纤芯对准，然后再将多芯光纤区域拉锥成耦合区来制得。其输入端和输出端是熔接于两端的多光纤束，其耦合区是由一段完成的多芯光纤制得。本发明的光纤耦合器的具有耦合损耗低、光学性能稳定的特点。相比原有的光纤耦合器的耦合区是由多根独立光纤拉锥制成，本发明的光纤耦合器的偏振相关损耗(PDL)更低，偏振隔离度(PER)更好，光传输质量更稳定。尤其是相比原有的耦合区直接采用保线偏振光纤拉锥的保偏光纤耦合器，本发明的优势更加明显。而且，本发明的光纤耦合器可以通过输入端和输出端选择不同的多光纤束，可以很容易的得到适用于不同情况的光纤耦合器，其适用范围很广。另外，相比现有技术中的多根光纤同时熔接拉锥的工艺技术，其多根光纤之间相互干扰大，工艺稳定性差，而本发明的光纤耦合器的制作工艺，其熔接步骤可以一根一根的实现对接也可以同时对接，其拉锥步骤是拉锥一段完整的多光纤束，其工艺过程更加容易控制，制得产品的质量稳定，成品率高。

附图说明

图1为本发明涉及的三芯光纤的横截面示意图。

图2A为本发明的三光纤束第一种实施方式的横截面示意图。

图2B为图2A中的三光纤束在熔接时对准三芯光纤的示意图。

图3A为本发明的三光纤束第二种实施方式的横截面示意图。

图3B为图3A中的三光纤束在熔接时对准三芯光纤的示意图。

图4A为本发明的三光纤束第三种实施方式的横截面示意图。

图4B为图4A中的三光纤束在熔接时对准三芯光纤的示意图。

图5A为本发明的三光纤束第四种实施方式的横截面示意图。

图5B为图5A中的三光纤束在熔接时对准三芯光纤的示意图。

图6A为本发明的三光纤束第五种实施方式的横截面示意图。

图6B为图6A中的三光纤束在熔接时对准三芯光纤的示意图。

图7A为本发明的3×3光纤耦合器的熔接前的立体图。

图7B为本发明的3×3光纤耦合器的熔接后的立体图。

图8为本发明的3×3光纤耦合器的拉锥后的立体图。

图9为本发明涉及的四芯光纤的横截面示意图。

图10A为本发明的四光纤束第一种实施方式的横截面示意图。

图10B为图10A中的四光纤束在熔接时对准四芯光纤的示意图。

图11为本发明的四光纤束第二种实施方式的横截面示意图。

图12为本发明的四光纤束第三种实施方式的横截面示意图。

图13为本发明的四光纤束第四种实施方式的横截面示意图。

图14为本发明的四光纤束第五种实施方式的横截面示意图。

图15本发明涉及的七芯光纤的横截面示意图。

图16A为本发明的七光纤束第一种实施方式的横截面示意图。

图16B为图16A中的七光纤束在熔接时对准七芯光纤的示意图。

图17为本发明的七光纤束第二种实施方式的横截面示意图。

图18为本发明的七光纤束第三种实施方式的横截面示意图。

图19为本发明的七光纤束第四种实施方式的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种光纤耦合器，包括输入端、耦合区及输出端，其耦合区是由多芯光纤制成，多芯光纤具有N个纤芯；其输入端及输出端均为多光纤束，多光纤束具有N根光纤。输入端的多光纤束和输出端的多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接成一体，熔接时，输入端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤一端的N个纤芯，输出端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤另一端的N个纤芯。多芯光纤区域进行加热软化并拉锥成耦合区，其中N为大于等于3的整数。这里所说的对准是指多光纤束的光纤与多芯光纤的纤芯重叠或匹配，以获得较低的熔接损耗。由此，输入端的多光纤束和输出端的多光纤束通过耦合区的多芯光纤实现直接相通。

本实施例的光纤耦合器，其耦合区是由一段完成的多芯光纤拉锥制得，其输入端和输出端是熔接于两端的多光纤束，相比现有的光纤耦合器的耦合区多是由多根独立光纤拉锥制成，本发明具有偏振相关损耗更低，偏振隔离度更好，对温度稳定性更好，光传输质量更稳定的优点。

在本实施例中，多光纤束可以选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的总数目为N的多光纤束，且所述多光纤束中无芯光纤的数目不等于N。

其中，该光纤耦合器的输入端与输出端可以选用相同的多光纤束，比如，输入端与输出端的多光纤束可以选用光纤均为保线偏振光纤的多光纤束，这样的耦合器称为全保偏光纤耦合器；或者是选用光纤均为单模光纤的多光纤束，这样的耦合器称为单模光纤耦合器；或者是选用光纤为同时具有保线偏振光纤及单模光纤的多光纤束，或者是选用光纤为同时具有保线偏振光纤及无芯光纤的多光纤束，这样的耦合器称为部分保偏光纤耦合器。

其中，该光纤耦合器的输入端与输出端也可以选用不同的多光纤束，这样的搭配方式可以得到多样化的光纤耦合器，其应用范围更加扩大化。可以采用的实施方式有很多种，比如：

输入端和输出端其中之一端选用的多光纤束是光纤均为保线偏振光纤的多光纤束，而另一端选用的多光纤束是光纤均为单模光纤的多光纤束；

输入端和输出端其中之一端选用的多光纤束是光纤均为保线偏振光纤的多光纤束，而另一端选用的多光纤束是光纤为同时具有保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤三者中至少两者的多光纤束；

输入端和输出端其中之一端选用的多光纤束是为同时具有保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤三者中至少两者的多光纤束，而另一端选用的多光纤束是光纤均为单模光纤的多光纤束；

输入端和输出端选用的多光纤束均是光纤为同时具有保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤三者中至少两者的多光纤束，但是多光纤束的保线偏振光纤、单模光纤及无芯光纤的数量和/或排列是不同的。

上述所列举的具体实施方式，其共同点是耦合区是由一段完整的多芯光纤拉锥制得，输入端和输出端是熔接于两端的多光纤束，输入端和输出端可以根据实际应用的不同需要而采用保线偏振光纤、单模光纤和/或无芯光纤的不同组合，但在实际应用中一般不采用全为无芯光纤的多光纤束。

在本实施例中，所使用的多芯光纤的长度为20～100mm，以能保证在拉锥制成耦合区之时有合适的长度来进行操作。当然根据具体器件的设计要求，所使用多芯光纤的长度也不限于上述范围。

在其他改进实施方式中，输入端的多芯光纤与输出端的多芯光纤的光纤数目不相同。这样，可以制作多样化的两端光线束目不等的光纤耦合器，比如可以将输入端或输出端其中一端的多光纤束用一根保线偏振光纤替代，该一根保线偏振光纤与多芯光纤的其中一个纤芯对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的多光纤束且多光纤束的光纤不全为无芯光纤，这样可以制成一种1×N光纤耦合器。按照这种方式，也可制作各种2×N(N>2)光纤耦合器、3×N(N>3)光纤耦合器等。

实施例二

基于实施例一的实施方案，其中，该光纤耦合器为一种3×3光纤耦合器，包括输入端、耦合区及输出端，其耦合区是由三芯光纤拉锥制成，其输入端及输出端均为一个三光纤束(如图7A、7B、8)。其中，输入端的三光纤束的三根光纤芯分别对准三芯光纤一端的三个纤芯，输出端的三光纤束的三根光纤分别对准三芯光纤另一端的三个纤芯，输入端的三光纤束和输出端的三光纤束分别与三芯光纤的两端通过光纤熔接机熔接成一体。在熔接时，三光纤束的光纤与三芯光纤的纤芯应该尽量的重叠或匹配，以获得较低的熔接损耗。所使用的三芯光纤，其横截面上三个纤芯相互之间的距离相等呈品字型分布(如图1)，三个纤芯距横截面圆心的距离相等。为使三光纤束的三根光纤分别对准三芯光纤的三个纤芯，所使用的三光纤束的三根光纤也呈品字型排列(如图2A、3A、4A、5A和6A)。由此，输入端的三光纤束和输出端的三光纤束通过耦合区的三芯光纤实现直接相通。

本实施例的3×3光纤耦合器，可以将输入端及输出端的三光纤束选用不同的光纤，可供选择的光纤有保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤，从而制得多样化的3×3光纤耦合器。

在本实施例中，输入端及输出端都可以选用多种类型的三光纤束，比如可以选用具有三根保线偏振光纤的三光纤束(如图2A)，或者是具有两根保线偏振光纤及一根单模光纤的三光纤束(如图3A)，或者是具有一根保线偏振光纤及两根单模光纤的三光纤束(如图4A)，或者是具有三根单模光纤的三光纤束(如图5A)，或者是一根保线偏振光纤及两根无芯光纤的三光纤束(如图6A)。而且，输入端及输出端可以选用相同的或不同的三光纤束。

根据输入端及输出端选用多种类型的三光纤束，可以制作多种不同的3×3光纤耦合器，例如：

一种3×3光纤耦合器，其输入端和输出端均选用具有三根保线偏振光纤的三光纤束，三光纤束的三个纤芯分别对准三芯光纤的三个纤芯后通过光纤熔接机熔接成一体(如图2B)，耦合区是由三芯光纤拉锥制成。这类器件称之为3×3全保偏光纤耦合器。

一种3×3光纤耦合器，其输入端和输出端均选用具有三根单模光纤的三光纤束，三光纤束的三个纤芯分别对准三芯光纤的三个纤芯后通过光纤熔接机熔接成一体(如图5B)，耦合区是由三芯光纤拉锥制成。这类器件称之为3×3单模光纤耦合器。

一种3×3光纤耦合器，其输入端和输出端均选用具有两根保线偏振光纤及一根单模光纤的三光纤束，三光纤束的三个纤芯分别对准三芯光纤的三个纤芯后通过光纤熔接机熔接成一体(如图3B)，耦合区是由三芯光纤拉锥制成。这类器件称之为3×3部分保偏光纤耦合器。

一种3×3光纤耦合器，其输入端和输出端均选用具有一根保线偏振光纤及两根单模光纤的三光纤束，三光纤束的三个纤芯分别对准三芯光纤的三个纤芯后通过光纤熔接机熔接成一体(如图4B)，耦合区是由三芯光纤拉锥制成。这类器件也称之为3×3部分保偏光纤耦合器。

上述四种3×3光纤耦合器是输入端与输出端的三光纤束相同的情况。

本实施例的进一步改进，还包括输入端与输出端的三光纤束不相同的情况，例如：

一种3×3光纤耦合器，其不同之处在于，其输入端和输出端其中之一选用具有三根保线偏振光纤的三光纤束，而另一则选用具有两根保线偏振光纤及一根单模光纤的三光纤束，或者是具有一根保线偏振光纤及两根单模光纤的三光纤束，或者是具有三根单模光纤的三光纤束。

一种3×3光纤耦合器，其不同之处在于，其输入端和输出端其中之一选用两根保线偏振光纤及一根单模光纤的三光纤束，而另一则选用具有一根保线偏振光纤及两根单模光纤的三光纤束，或者是具有三根单模光纤的三光纤束；

一种3×3光纤耦合器，其不同之处在于，其输入端和输出端其中之一选用具有一根保线偏振光纤及两根单模光纤的三光纤束，而另一则选用具有三根单模光纤的三光纤束。

这里所列举的输入端与输出端的三光纤束不相同3×3光纤耦合器，其输入端及输出端具有至少一根保线偏振光纤和一根单模光纤，所以也称之为3×3部分保偏光纤耦合器。当然，在其他实施方式中，输入端及输出端的光纤还可以是保线偏振光纤与无芯光纤的组合，或单模光纤与无芯光纤的组合，或同时具有保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤的组合。例如：

一种3×3耦合器，其不同之处在于，其输入端和输出端其中之一选用具有一根保线偏振光纤及两根无芯光纤的三光纤束(如图6A、6B)。

在其他改进的实施方式中，可以将输入端或输出端其中一端的三光纤束用一根保线偏振光纤或者一根单模光纤替代，该一根保线偏振光纤或者一根单模光纤与三芯光纤的其中一个纤芯对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的三光纤束，这样可以制成一种1×3保线偏振光纤耦合器或者1×3单模光纤耦合器。这里的一根保线偏振光纤或者一根单模光纤也可以使用两根保线偏振光纤或者两根单模光纤。

实施例三

基于实施例一的实施方案，其中，该光纤耦合器为一种4×4光纤耦合器，包括输入端、耦合区及输出端，其耦合区是由四芯光纤拉锥制成(如图9)，其输入端及输出端均为一个四光纤束(如图10A、11、12、13和14)。其中，输入端的四光纤束的四根光纤芯分别对准四芯光纤一端的四个纤芯，输出端的四光纤束的四根光纤分别对准四芯光纤另一端的四个纤芯(如图10B)，输入端的四光纤束和输出端的四光纤束分别与四芯光纤的两端通过光纤熔接机熔接成一体。在熔接时，四光纤束的光纤与四芯光纤的纤芯应该尽量的重叠或匹配，以获得较低的熔接损耗。所使用的四芯光纤，其横截面上四个纤芯呈正方形分布，四个纤芯分别位于正方形的四个顶点，四个纤芯距横截面圆心的距离相等。所述四光纤束的四根光纤也呈正方形排列。由此，输入端的三光纤束和输出端的四光纤束通过耦合区的四芯光纤实现直接相通。

在具体的实施方式中，该4×4光纤耦合器的输入端和/或输出端的四光纤束可以选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，且四光纤束中无芯光纤的数目不等于4。例如，可以选用具有四根保线偏振光纤的四光纤束(如图10A)，具有四根单模光纤的四光纤束(如图11)，具有两根单模光纤和两根无芯光纤的四光纤束(如图12)，具有一根保险偏振光纤和三根无芯光纤的四光纤束(如图13)，或者是具有两根单模光纤和两根保线偏振光纤的四光纤束(如图14)等。

在其他改进的实施方式中，可以将输入端或输出端其中一端的四光纤束用一根保线偏振光纤替代，该一根保线偏振光纤与四芯光纤的一个纤芯对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，且四光纤束中无芯光纤的数目不等于4。这样可以制成一种1×4保线偏振光纤耦合器，当然，也可以使用两根保线偏振光纤来实现上述的替代，这样制作的是一种2×4保线偏振光纤耦合器。还可以改成，将输入端或输出端其中一端的四光纤束用一根单模光纤替代，该一根单模光纤与四芯光纤的其中一个纤芯直接对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，也可以制成一种1×4单模光纤耦合器，当然，也可以使用两根单模光纤来实现上述的替代，这样制作的是一种2×4单模光纤耦合器。

实施例四

基于实施例一的实施方案，其中，该光纤耦合器为一种7×7光纤耦合器，包括输入端、耦合区及输出端，其耦合区是由七芯光纤拉锥制成(如图15)，其输入端及输出端均为一个七光纤束(如图16A、17、18和19)。其中，输入端的七光纤束的七根光纤芯分别对准七芯光纤一端的七个纤芯，输出端的七光纤束的七根光纤分别对准七芯光纤另一端的七个纤芯(如图16B)，输入端的七光纤束和输出端的七光纤束分别与七芯光纤的两端通过光纤熔接机熔接成一体。在熔接时，七光纤束的光纤与七芯光纤的纤芯应该尽量的重叠或匹配，以获得较低的熔接损耗。所使用的七芯光纤，其横截面上七个纤芯呈正六边形分布，七个纤芯分别位于正六边形的六个顶点及中心，且正六边形的六个顶点距横截面圆心的距离相等。所述七光纤束的七根光纤也呈正六边形排列。由此，输入端的三光纤束和输出端的七光纤束通过耦合区的七芯光纤实现直接相通。

在具体的实施方式中，该7×7光纤耦合器的输入端和/或输出端的七光纤束可以选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的七光纤束。例如，可以选用具有七根保线偏振光纤的七光纤束(如图16A)，具有七根单模光纤的七光纤束(如图17)，具有一根保线偏振光纤和六根无芯光纤的七光纤束(如图18)，或者是具有一根单模光纤和六根无芯光纤的七光纤束(如图19)。

在其他改进的实施方式中，可以将输入端或输出端其中一端的七光纤束用一根保线偏振光纤替代，该一根保线偏振光纤与七芯光纤的一个纤芯对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的七光纤束，这样可以制成一种1×7保线偏振光纤耦合器。也可以改成，将输入端或输出端其中一端的七光纤束用一根单模光纤替代，该一根单模光纤与七芯光纤的一个纤芯直接对接，输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的七光纤束，也可以制成一种1×7单模光纤耦合器。

实施例五

一种光纤耦合器的制作工艺，包括以下步骤：

(1)选材：根据所设计器件的要求选择一个多芯光纤和两个多光纤束，多芯光纤具有N个纤芯，多光纤束具有N根光纤，N为大于等于2的正整数。为了保证在拉锥制成耦合区之时有合适的长度来进行操作，所使用的多芯光纤的长度一般为20～100mm，当然，根据具体器件的设计要求，所使用多芯光纤的长度可以相应调整而不限于上述范围。

(2)熔接：将两个多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接，确保多光纤束的N根光纤分别与多芯光纤的N个纤芯对准，以获得较低的溶解损耗。多芯光纤横截面上的N个纤芯一般呈对称分布。例如，本发明所采用的三光纤束的三根光纤呈品字型排列，四芯光纤的四个纤芯呈正方形分布等。

(3)拉锥：将熔接后的N芯光纤放置在拉锥平台上，然后对N芯光纤进行加热软化并拉锥成耦合区。

而本发明的光纤耦合器的制作工艺，其熔接步骤可以一根一根的实现对接也可以同时对接，其拉锥步骤是拉锥一段完整的多芯光纤，其工艺过程更加容易控制，制得产品的质量稳定，成品率高，适于规模化生产。

为了使制得的光纤耦合器达到所设计的性能，一般在步骤(3)拉锥过程中，需要通过其一端的多光纤束的任意一光纤端口输入预定波长的光功率，同时监控另一端的多光纤束的N个光纤端口的光功率，直至使多光纤束具有相同或相近的输出光功率为止。这里的相近是要求误差在+/-10％以内。

一般的，制作工艺还包括步骤(4)封装：将步骤(3)拉锥得到的器件进行适当的保护封装后，就做成了一个光纤耦合器。

上述光纤耦合器的制作工艺中，两端的两个多光纤束可以是相同的多光纤束们也可以是不同的多光纤束，两个多光线束的光线数目也可以不相同。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光纤耦合器，其特征在于，包括输入端、耦合区及输出端，所述耦合区由多芯光纤制成，所述多芯光纤具有N个纤芯；所述输入端及输出端均为多光纤束，所述多光纤束具有N根光纤；输入端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤一端的N个纤芯，输出端的多光纤束的N个光纤分别对准多芯光纤另一端的N个纤芯；输入端的多光纤束和输出端的多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接成一体；所述N为大于等于3的整数。

2.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多光纤束是由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的总数目为N的多光纤束，且所述多光纤束中无芯光纤的数目不等于N。

3.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端的多光纤束的光纤数目与输出端的多光纤束的光纤数目不相同。

4.根据权利要求1或2任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤为三芯光纤，所述输入端及输出端均为三光纤束；优选的，所述三芯光纤，其横截面上三个纤芯相互之间的距离相等呈品字型分布，三个纤芯距横截面圆心的距离相等，所述三光纤束的三根光纤也呈品字型排列。

5.根据权利要求4所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端或输出端其中一端的三光纤束用一根保线偏振光纤或者一根单模光纤替代，该一根保线偏振光纤或者一根单模光纤与三芯光纤的其中一个纤芯对接；所述输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的三光纤束，且三光纤束中无芯光纤的数目不等于3。

6.根据权利要求1或2任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤为四芯光纤，所述输入端及输出端均为四光纤束；优选的，所述四芯光纤，其横截面上四个纤芯呈正方形分布，四个纤芯分别位于正方形的四个顶点，所述四光纤束的四根光纤也呈正方形排列。

7.根据权利要求6所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端或输出端其中一端的四光纤束用一根或两根的保线偏振光纤或单模光纤替代，该一根或两根的保线偏振光纤或单模光纤与四芯光纤的一个或两个纤芯对接；所述输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤中的一种或多种任意组合的四光纤束，且四光纤束中无芯光纤的数目不等于4。

8.根据权利要求1或2任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤为七芯光纤，所述输入端及输出端均为七光纤束；优选的，所述七芯光纤，其横截面上七个纤芯呈正六边形分布，七个纤芯分别位于正六边形的六个顶点及中心，正六边形的六个顶点距横截面圆心的距离相等，所述七光纤束的七根光纤也呈正六边形排列。

9.根据权利要求8所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端或输出端其中一端的七光纤束用一根保线偏振光纤或一根单模光纤替代，该一根保线偏振光纤或一根单模光纤与七芯光纤的中心纤芯对接；所述输入端或输出端其中的另一端仍选用由保线偏振光纤、单模光纤和无芯光纤任意组合的七光纤束，且七光纤束中无芯光纤的数目不等于7。

10.一种光纤耦合器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选材：根据所设计器件的要求选择一个多芯光纤和两个多光纤束，所述多芯光纤具有N个纤芯，所述多光纤束具有N根光纤；

(2)熔接：将步骤(1)的两个多光纤束分别与多芯光纤的两端熔接，确保多光纤束的N个光纤分别与多芯光纤的N个纤芯对准，以获得较低的熔接损耗；

(3)拉锥：将步骤(2)熔接后得到的器件放置在拉锥平台上，然后对多芯光纤区域进行加热软化并拉锥成耦合区。