CN107544112B - 光纤光学系统、数据通信系统及安装光混合器的方法 - Google Patents

光纤光学系统、数据通信系统及安装光混合器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤光学系统、数据通信系统及安装光混合器的方法。一种具有至少一个星形耦合器的光网络包括发射光混合器和接收光混合器，发射光混合器和接收光混合器分别光耦合至多个光电介质转换器的发射器和接收器。每个光电介质转换器包括通过塑料光纤光耦合至接收光混合器的相应的接收器以及通过塑料光纤光耦合至发射光混合器的相应的发射器。附接至接收光混合器的输出面的输出塑料光纤的直径小于附接至接收光混合器的输入面的输入塑料光纤的直径。

Description

光纤光学系统、数据通信系统及安装光混合器的方法
技术领域
本文公开的技术主要涉及使得能够在电气部件之间进行通信的光网络。
背景技术
使用塑料光纤的光网络可提供优于使用铜或其他金属布线的网络的优点。塑料光纤的类别包括塑料包层硅光纤、单芯塑料光纤或多芯塑料光纤。塑料光纤网络可具有较低的安装和维护成本。此外，由于塑料光纤比携带等量数据所需的金属布线更轻，所以使用塑料光纤可导致明显的重量节省。对于运载工具(例如飞机，重量节省会导致减少燃料消耗和降低排放)载有的网络，重量节省会是重要的。
在某些情况下，希望将多个线路可更换单元彼此连接。例如，在运载工具(例如飞机)前部的多个线路可更换单元可能需要附接至在运载工具后部的多个线路可更换单元。将每个线路可更换单元附接至每个其他线路可更换单元，会导致在线路可更换单元之间不合理的大量连接。另外，线路可更换单元之间的很多连接可能很长，导致光损耗。如果所有这些连接都以铜线的形式，则连接导致的空间和重量将会是运载工具的负担。电气数据总线已经用于连接线路可更换单元。单个光学数据总线可以消除线路可更换单元之间的电气连接的一些重量和尺寸。通常，诸如玻璃光纤和塑料光纤的光通信光纤可以比电气布线更轻并且容纳在更小的空间中。然而，实现光通信系统并不像用光纤替代所有电气布线那么简单。
塑料光纤具有高传输能力、对电磁干扰引起的噪声具有优异的免疫力、重量轻、高机械强度、优异的柔韧性。由于这些特性，塑料光纤被用于数据通信以及装饰、照明和相似的工业应用中。与玻璃光纤相比，塑料光纤的直径也更大。由于其直径较大，塑料光纤比玻璃光纤具有更大的光纤失配容差(misalignment tolerance)。由于这种大的失配容差，基于塑料光纤的网络具有更低的维护和安装成本。在航空航天平台上，塑料光纤还大大降低了在航空电子网络中使用的连接器和收发器部件的成本。
目前，飞机中使用的一些光数据总线架构(例如，ARINC 629塑料光纤(POF)数据总线)需要用于每个通道的单独封装的光电介质转换器。它们还需要单独封装的无源光学星形耦合器。这些单独封装的单元通过完全夹套的POF电缆互连在一起。
如本文所使用的，术语“星形耦合器”包括一种类型的一个或多个装置，该类型的装置在输入面处经由相应的输入光纤接收多个光信号并将每个接收的光信号的相应部分输出到光耦合至装置的输出面的多个输出光纤中的每一个。因此，每个输出光纤从所有输入光纤接收相应的输入光信号。已知将这种类型的两个装置组合，以形成星形耦合器，该星形耦合器可光耦合至多个光电介质转换器的发射器和接收器，以使分别电附接至光电介质转换器的多个电子部件(例如，线路可更换单元)能够彼此通信。
现有的解决方案使用输入和输出面耦合至1mm直径的塑料光纤光的双对称星形耦合器，这些塑料光纤还附接至相应光电介质转换器的发射器和接收器。在已知情况下，光电介质转换器的每个接收器包括直径小于1mm(例如，0.4mm)的光电检测器。由于光耦合至接收器光的1mm直径的输出塑料光纤大于光电检测器，所以这种失配产生光耦合损耗。
需要一种解决方案，如果不消除，则会减少由于包含在光电介质转换器的接收器中的POF端面和光电检测器的尺寸不匹配而导致的光耦合损耗。
发明内容
下面详细公开的主题涉及一种能够使得在诸如飞机上的线路可更换单元等电气部件之间通信的光网络。光网络包括至少一个星形耦合器，所述星形耦合器包括发射光混合器和接收光混合器，所述光混合器分别连接至多个光电介质转换器的发射器和接收器。每个光电介质转换器包括通过输出塑料光纤光耦合至接收光混合器的相应接收器以及通过输入塑料光纤光耦合至发射光混合器的相应发射器。根据将在下面更详细描述的实施例，附接至接收光混合器的输出面的输出塑料光纤的直径小于输入塑料光纤的直径。
如本文所使用的，术语“发射光混合器”是指附接的输入塑料光纤光耦合至发射器的光混合器。如本文所使用的，术语“接收光混合器”是指附接的输出塑料光纤光耦合至接收器的光混合器。本文中应用于光混合器的术语“不对称”是指输入塑料光纤的直径不同于输出塑料光纤的直径。
根据本文公开的实施例，接收光混合器连接至1mm直径的输入塑料光纤和更小直径(即，小于1mm)的输出塑料光纤，以增强接收器灵敏度。与仅连接至1mm直径的塑料光纤的对称接收光混合器相比，使用更小直径的输出塑料光纤通过更好地匹配集成到接收器内的光电检测器的直径(在所公开的示例中，0.4mm)而提高了接收器灵敏度。
下面详细公开的主题的一个方面是一种光纤光学系统，包括：混合光纤，具有面积为第一面积的第一端面和面积为第一面积的第二端面；第一输入塑料光纤，具有面积为第一面积的第一端面和面积为小于第一面积的第二面积的第二端面，第一输入塑料光纤的第二端面附接至混合光纤的第一端面的第一部分；第二输入塑料光纤，具有面积为第一面积的第一端面和面积为小于第一面积的第三面积的第二端面，第二输入塑料光纤的第二端面附接至混合光纤的第一端面的第二部分；以及多个输出塑料光纤，具有附接至混合光纤的第二端面的面积为小于第一面积的第四面积的端面。所述第二和第三面积的总和优选地等于所述第一面积。
根据在前述段落中描述的光纤光学系统的一些实施例，第一输入塑料光纤具有与第一输入塑料光纤的第二端面相交的第一侧面，并且第二输入塑料光纤具有与第二输入塑料光纤的第二端面相交的第二侧面。在这些实施例中，光纤光学系统还包括一层折射率匹配环氧树脂，其设置在第一侧面和第二侧面的相对部分之间并且粘合所述相对部分，在所述相对部分之间没有金属层。
下面详细公开的主题的另一方面是一种光纤光学系统，包括：混合光纤，具有面积为第一面积的第一端面和面积为第一面积的第二端面；组合器，具有附接至混合光纤的第一端面的面积为第二面积的端面；第一长度的塑料光纤，具有等于第一面积的横截面积并且光耦合至组合器；第二长度的塑料光纤，具有等于第一面积的横截面积并且光耦合至组合器；以及多个输出塑料光纤，具有附接至混合光纤的第二端面的面积为小于第一面积的第三面积的端面。优选地，第二面积等于第一面积。根据在前述段落中描述的光纤光学系统的一些实施例，组合器包括第一和第二部分，其具有附接至混合光纤的第一端面的相应端面，组合器的第一和第二部分通过一层折射率匹配环氧树脂粘合在一起，第一长度的塑料光纤与组合器的第一部分整体形成，并且第二长度的塑料光纤与组合器的第二部分整体形成。根据其他些实施例，组合器可以是单独的光学透明部件，其具有附接至相应塑料光纤的端面的两个输入端面和附接至混合光纤的端面的输出端面。混合光纤优选地包括阶跃折射率塑料光纤(step-index plastic optical fiber)。
下面详细公开的主题的另一方面是一种数据通信系统，包括：第一多个电气装置和第二多个电气装置，被配置用于发送和接收表示数据的电信号；第一多个光电介质转换器，第一多个光电介质转换器的每个光电介质转换器包括：相应的发射器，将从第一多个电气装置中的相应一个接收的电信号转换为光信号；以及相应的接收器，将光信号转换成将被发送到第一多个电气装置中的相应一个的电信号；第二多个光电介质转换器，第二多个光电介质转换器的每个光电介质转换器包括：相应的发射器，将从第二多个电气装置中的相应一个接收的电信号转换为光信号；以及相应的接收器，将光信号转换成将被发送到第二多个电气装置中的相应一个电信号；第一多个输入塑料光纤，分别光耦合至第一多个光电介质转换器的发射器并且具有面积为第一面积的端面；第二多个输入塑料光纤，分别光耦合至第二多个光电介质转换器的发射器并且具有面积为第一面积的端面；第一多个输出塑料光纤，分别光耦合至第一多个光电介质转换器的接收器并且具有面积为小于第一面积的第二面积的端面；第二多个输出塑料光纤，分别光耦合至第二多个光电介质转换器的接收器，每个输出塑料光纤具有面积为小于第一面积的第三面积的端面；第一光学星形耦合器，包括：第一发射光混合器，具有附接至第一多个输入塑料光纤的端面的输入面并具有输出面；第一接收光混合器，具有附接至第一多个输出塑料光纤的端面的输出面；以及第一环绕式光纤光路，具有附接至第一发射光混合器的输出面的第一端面以及附接至第一接收光混合器的面积为小于第一面积的第四面积的第二端面；第二光学星形耦合器，包括：第二发射光混合器，具有附接至第二多个输入塑料光纤的端面的输入面并具有输出面；第二接收光混合器，具有附接至第二多个输出塑料光纤的端面的输出面；以及第二环绕式光纤光路，具有附接至第二发射光混合器的输出面的第一端面以及附接至第二接收光混合器的面积为小于第一面积的第五面积的第二端面；第一光纤光路，具有附接至第一发射光混合器的输出面的第一端面和附接至第二接收光混合器的面积为小于第一面积的第六面积的第二端面；以及第二光纤光路，具有附接至第二发射光混合器的输出面的第一端面和附接至第一接收光混合器的面积为小于第一面积的第七面积的第二端面。第一接收光混合器包括第一混合光纤，所述第一混合光纤具有附接至第一环绕式塑料光纤和第二光纤光路的第二端面的面积为第一面积的第一端面并且具有附接至第一多个输出塑料光纤的端面的面积为第一面积的第二端面。第二接收光混合器包括第二混合光纤，所述第二混合光纤具有附接至第二环绕式塑料光纤和第一光纤光路的第二端面的面积为第一面积的第一端面并且具有附接至第二多个输出塑料光纤的端面的面积为第一面积的第二端面。根据一些实施例，第四面积和第七面积的总和以及第六面积和第五面积的总和分别等于第一面积，第四面积和面积相等，并且第六面积和第五面积不相等。第一多个光电介质转换器和第二多个光电介质转换器的每个接收器包括具有小于第一面积的第八面积的相应光电检测器。根据一些实施例，第一多个电子装置是位于飞机的前部的线路可更换单元，并且第二多个电子装置是位于飞机的后部的线路可更换单元。
另一方面是一种在光网络中安装光混合器的方法，包括：切割一定长度的第一塑料光纤，以形成第一端面和第二端面，第一端面和第二端面中的每一个具有第一面积；将具有等于第一面积的横截面积的第二塑料光纤的端部整形，以形成与具有小于第一面积的第二面积的第一端面相交并垂直的第一侧面；将具有等于第一面积的横截面积的第三塑料光纤的端部整形，以形成与具有小于第一面积的第三面积的第二端面相交并垂直的第二侧面；使用折射率匹配环氧树脂将所述第二塑料光纤和第三塑料光纤的第一侧面和第二侧面粘合在一起；使用折射率匹配环氧树脂将第二塑料光纤和第三塑料光纤的第一端面和第二端面粘合到一定长度的第一塑料光纤的第一端面的相应部分；使用折射率匹配环氧树脂将均具有小于第一面积的第四面积的多个第四塑料光纤的端面粘合到一定长度的第一塑料光纤的第二端面的相应部分；使用灌封光学环氧树脂将一定长度的第一塑料光纤、所述第二塑料光纤和第三塑料光纤的端部的相应部分、以及多个第四塑料光纤的包层部分固定在套圈内部；并且将第二塑料光纤和第三塑料光纤以及多个塑料光纤连接至光网络的相应其他塑料光纤。优选地，第二面积和第三面积的总和等于第一面积。
本文公开的光网络被设计为增强光学系统的光链路预算，并使光学系统能够实现特定安装所需的目标使用周期结束(end-of-line)光功率余量。使用商用现成的塑料光纤部件，而不使用高温熔化工艺，所提出的设计是低成本和可制造的。
下面公开了用于光网络的不对称接收光混合器的其他方面。
附图说明
在前述部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立实现，或者可以在其他实施例中组合。为了说明上述和其他方面的目的，下面将参考附图描述各种实施例。在该部分中简要描述的图表都不是按比例绘制的，而这些图中描述的层的相对厚度未精确地反映实际厚度。
图1是描述具有经由具有两个对称的光学星形耦合器的塑料光纤网络连接的多个线路可更换单元的飞机的示图；
图2A和2B是根据一个实施例的分别表示锥形光混合器的等距视图和侧视图的示图；
图3A、3B和3C是分别表示两端附接至塑料光纤的如图2A和2B所示的类型的锥形光混合器的第一端视图、侧视图和第二端视图的示图；
图4是表示包括彼此光耦合的一对锥形光混合器的光网络的一部分的等距视图的示图；
图5是根据一个实施例的包括两对锥形光混合器的光网络的示意性表示；
图6是表示使用连接器的两个光纤的光耦合的剖面图的示图；
图7是示出根据一个实施例的光网络配置的示图，其具有在前部和后部星形耦合器之间的五个连接器断路器；
图8是示出根据另一实施例的光网络配置的示图，其具有在前部和后部星形耦合器之间的六个连接器断路器；
图9是示出通过焊接到盖的球透镜耦合至接收器的0.4mm直径的光电检测器的1mm直径的塑料光纤的一端的示图；
图10A是示出前部星形耦合器的锥形接收光混合器的示图，接收光混合器具有附接至其输入面的一对1mm直径的输入塑料光纤以及附接至其输出面的多个输出塑料光纤；
图10B是示出后部星形耦合器的锥形接收光混合器的示图，接收光混合器具有附接至其输入面的两个1mm直径的输入塑料光纤以及附接至其输出面的四个1mm直径的输出塑料光纤；
图11是示出根据一个实施例的前部星形耦合器的前部接收光混合器的示图，该前部接收光混合器包括1mm直径的阶跃折射率塑料光纤，其具有附接至其输入端面的相应输入塑料光纤的一对对称的D形端面并且具有附接至其输出端面的多个190μm直径的输出塑料光纤的端面；
图12A是表示会聚以形成如图11中所示的光混合器中的组合器的两个塑料光纤的等距视图的示图；
图12B是如图12A中所示的组合器的端部的放大视图；
图12C是示出如图12A中所示的塑料光纤的半圆形端面的示图；
图13是示出如图11中所示的多个190μm直径的输出塑料光纤的端面的形状的示图；
图14是示出可以附接至如图11中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤的市售的多芯塑料光纤束的多个190μm直径的输出塑料光纤的端面的真实(非理想化)形状的示图；
图15是示出其一部分通过去除纤维束的外包层而被分离为单独的塑料光纤的多芯塑料光纤束的示图；
图16是示出根据第二实施例的可以附接至如图11中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤的输出端面的多个175μm直径的输出塑料光纤的端面的形状的示图；
图17是示出根据第三实施例的可以附接至如图11中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤的输出端面的多个175μm直径的输出塑料光纤的端面的形状的示图；
图18是示出根据一个实施例的后部星形耦合器的后部接收光混合器的示图，该后部接收光混合器包括1mm直径的阶跃折射率塑料光纤，其具有与相应输入塑料光纤的两个不对称端面附接的输入端面以及与四个400μm直径的输出塑料光纤的端面连接的输出端面；
图19是示出在图18中所示的输入塑料光纤的两个不对称端面的示图；以及
图20是示出在图18中所示的四个400μm直径的输出塑料光纤的端面的示图。
下面将参照附图，其中，在不同图中的相似元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
下面详细描述光网络的说明性实施例。然而，在本说明书中并不描述实际实施方式的所有特征。本领域技术人员将理解的是，在开发任何这样的实际实施例时，必须做出很多实施方式特定的决定，以实现开发者的具体目标，例如，遵守与系统相关的和与业务相关的约束，这随着实施方式的不同而不同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言，这将是常规任务。
为了说明的目的，下面将详细描述用于在飞机上的线路可更换单元之间能够光通信的光纤网络的各种实施例。然而，本文公开的光纤网络的实施方式不仅仅限于飞机的环境，而是可以用于其他类型的运载工具载有的光纤光学网络或光纤网络中。
已知使用包括双对称星形耦合器的光纤光学系统互连飞机上的线路可更换单元。在一些情况下，线路可更换单元通过塑料光纤附接至光学星形耦合器。以这种方式，由每个线路可更换单元发送的信号由所有其他线路可更换单元接收。一些线路可更换单元相隔较长的距离。
图1描述了载有多个线路可更换单元401的飞机400。为了便于描述，并非所有的线路可更换单元401都被标记。飞机运载工具包括使得线路可更换单元401能够彼此进行通信的光网络。根据图1中所示的实施例，光网络包括设置在飞机400前部的前部星形耦合器410和设置在飞机400后部的后部星形耦合器420。光网络还包括以下：(a)从飞机400的前部中的线路可更换单元401的每个介质转换器到前部星形耦合器410的塑料光纤传输线411；(b)塑料光纤接收线412，其将前部星形耦合器410连接回在飞机400前部中的线路可更换单元401的每个介质转换器；(c)从飞机400后部中的线路可更换单元401的每个介质转换器到后部星形耦合器420的塑料光纤传输线421；(d)塑料光纤接收线422，其将后部星形耦合器420连接回在飞机400后部中的线路可更换单元401的每个介质转换器；(e)第一长塑料光纤传输线431，其将前部星形耦合器410附接至后部星形耦合器420；以及(f)第二长塑料光纤传输线432，其将前部星形耦合器410附接至后部星形耦合器420。
光纤是沿其轴线传输光的圆柱形电介质波导。光纤由透明芯构成，该透明芯由透明包层(以下称为“包层”)包围，这两者均由电介质材料制成。光由全内反射现象保持在芯内。为了将光信号限制在芯内，芯的折射率大于包层的折射率。芯和包层之间的边界可能像阶跃折射率光纤一样是突跳的(abrupt)，或者像渐变折射率光纤一样是渐变的。虽然光纤可以由玻璃或塑料制成，但本发明涉及采用塑料光纤的系统。
根据本文公开的实施例，前部星形耦合器410和后部星形耦合器420均包括相应的一对锥形光混合器。图2A和2B是根据一个实施例的分别表示光混合器610的等距视图和侧视图的示图。光混合器610具有第一面611和第二面612。第一面611的尺寸621可以基于要附接至第一面611的光纤的数量。第二面612的尺寸622可以基于要附接至第二面612的光纤的数量。如果要附接至第一面611的光纤的数量不同于要附接至第二面612的光纤的数量，则第一面611的尺寸和第二面612的尺寸可以不同，从而使得光混合器610具有锥形形状。光混合器610的长度623可以基于面611和612的尺寸621和622。每个面611和612可以基本上围绕轴线624居中，该轴线基本上垂直于这两个面611中的每一个。光混合器610优选地由具有与连接至光混合器610的塑料光纤的塑料材料的折射率相等的折射率的材料制成。
图3A、图3B和图3C是分别表示两端附接至塑料光纤的如图2A和图2B中所示的类型的锥形光混合器610的第一端视图、侧视图和第二端视图的示图。更具体地，第一组光纤640附接至光混合器610的第一面611，并且第二组光纤650附接至光混合器610的第二面612。可以确定面611和612的尺寸和光混合器610的长度，使得从第一组光纤640中的任何一个进入的光将基本均匀地分布在第二面612上，而从第二组光纤650中的任何一个进入的光基本上均匀地分布在第一面611上。以这种方式，当光信号从光纤进入光混合器610的一个面时，相同的光信号被传输给附接至光混合器610的相对面的所有光纤。
在图3A所示的示例中，光纤640的数量为19个；在图3C所示的示例中，光纤650的数量为4个。然而，通常，光纤640的数量可以从7变到40，而光纤650的数量可以从2变成4。
第一组光纤640和第二组光纤650可以与光混合器630的相应面611和612对准，以优化耦合。在对准之后，第一组光纤640和第二组光纤650可以用折射率匹配的紫外光固化粘合剂附接至光混合器610的相应面611和612。光纤640和650以及光混合器610的完成的组件可以封装在保护外壳中。连接器可用于通过外部光纤与封装的保护外壳内的光纤配合。
图4是表示包括通过光纤730彼此光耦合的一对锥形光混合器710和720的光网络的一部分的等距视图的示图。光混合器710具有第一组光纤712所附接至的第一面711以及光纤714和730所附接至的第二面713。类似地，光混合器720具有第二组光纤722所附接至的第一面721以及光纤724和730所附接至的第二面723。光混合器710可以在第二面713上均匀地分布来自从第一组光纤712接收的光信号的光，使得进入光纤714和730的光信号是从第一组光纤712接收的所有光信号的组合。另外，光纤714可以附接至另一对光混合器(未示出)中的一个。此外，光纤730可以将从第一组光纤712接收到的光信号的组合传送到光混合器720的第二面723。光纤724也可以传送来自另一对光混合器(未示出)中的一个的光信号。光混合器720可以在第一面721上均匀地分配来自从光纤724和730接收到的光信号的光，使得进入第二组光纤722的光信号是从光纤724和730接收到的所有光信号的组合。
图5是根据一个实施例的包括四个光混合器812、813、822和823的光网络800的示意图。光网络800包括第一多个光电介质转换器811-1至811-N(即，第一多个中的光电介质转换器的数量为N)，这些转换器：(a)分别电耦合至第一多个N线路可更换单元810-1至810-N；(b)通过塑料光纤814光耦合至光混合器812；并且(c)通过塑料光纤815光耦合至光混合器813。第一多个的每个光电介质转换器包括：(a)相应的发射器(图5中未示出)，其具有用于将从相应的线路可更换单元接收到的电信号转换成将被发送到光混合器812的光信号的激光；以及(b)相应的接收器(图5中未示出)，其具有用于将从光混合器813接收的光信号转换为将被发送到相应的线路可更换单元的电信号的光电检测器。
光网络800还包括第二多个M光电介质转换器821-1至821-M(即，第二多个中的光电介质转换器的数量为M)，这些转换器：(a)分别电耦合至第二多个M线路可更换单元820-1至820-M；(b)通过塑料光纤824光耦合至光混合器822；并且(c)通过塑料光纤825光耦合至光混合器823。第二多个的每个光电介质转换器包括：(a)相应的发射器(图5中未示出)，其具有用于将从相应的线路可更换单元接收到的电信号转换成将被发送到光混合器822的光信号的激光；以及(b)相应的接收器(图5中未示出)，其具有用于将从光混合器823接收的光信号转换成将被发送到相应的线路可更换单元的电信号的光电检测器。
如图5所示的光网络800还包括光纤831、832、833和834。光纤831被连接成使得能够将光信号从光混合器812的较小端传播到光混合器813的较小端。光纤832被连接成使得能够将光信号从光混合器812的较小端传播到光混合器823的较小端。光纤833被连接成使得光信号从光混合器822的较小端传播到光混合器813的较小端。光纤834被连接成使得能够将光信号从光混合器822的较小端传播到光混合器823的较小端。根据如图5所示的光网络800，由任何一个线路可更换单元发送的每个信号由所有其他线路可更换单元接收。
在图5所示的实施例中，第一光混合器812和第二光混合器813被配置为在一端连接至N个光纤，在另一端连接至两个光纤。这样的光混合器可以被称为2×N光混合器。第三光混合器822和第四光混合器823被配置为在一端连接至M个光纤，另一端连接至两个光纤。这样的光混合器可以称为2×M光混合器。
在一个示例中，电信号由线路可更换单元810-1发送到光电介质转换器811-1，该光电转换器将电信号转换成经由光纤814中的一个发送到光混合器812的光信号。光信号分别经由光纤831和832从光混合器812发送到光混合器813和823。第二光混合器813经由光纤831接收光信号，并沿着每个光纤815将该光信号发送到第一多个光电介质转换器811-1至811-N。这些光信号被转换成电信号，并被发送到第一多个线路可更换单元810-1至810-N中的相应一个。同时，第四光混合器823经由光纤832从光混合器812接收光信号，并沿着每个光纤825将该光信号发送到第二多个光电介质转换器821-1至821-M。这些光信号被转换成电信号，并发被送到第二多个线路可更换单元820-1至820-M中的相应一个。
由于连接前部和后部星形耦合器的一些光纤光路的长度较长，所以通常使用连接器将多个较短长度的塑料光纤串联光耦合。图6是示出使用连接器6将第一光纤光学装置8a的一端与第二光纤光学装置8b的一端光耦合的剖视图。第一光纤光学装置8a包括由金属(例如不锈钢或铝)或陶瓷制成的套圈4a包围的塑料光纤2a，而第二光纤光学装置8b包括由金属或陶瓷制成的套圈4b包围的塑料光纤2b。众所周知，图6(和其他附图)中所示的每个塑料光纤包括由氟化聚合物包层包围的聚合物芯(例如，由PMMA制成)。在图6所示的示例中，塑料光纤2a和2b具有基本上相同的直径。因此，沿着塑料光纤2a从左向右(如图6所示)传播的光线(由虚线箭头表示)可以以小的光耦合损耗进入塑料光纤2b内。
存在很多不同类型的光纤连接器，并且这些连接器可购买到。因此，图6未力图描述任何特定配置或类型的光纤连接器，而是仅将通用连接器表示(部分地)为大致圆柱形结构。此外，众所周知，一些连接器包括用于将两个光纤装置的端部推动为彼此接触的弹簧和相关的结构。在图6中也未示出这样的弹簧和相关的结构。
连接器的光耦合损耗取决于塑料光纤(POF)2a和2b的相对(在该示例中，也是邻接的)端面的质量。对于每个连接器，差的POF端面可能会引入额外的光学损耗。提供平滑的POF端面对于减少由于较长的POF长度而导致光链路预算非常紧张的航空电子POF网络的连接器的光耦合损耗是重要的。
在诸如飞机的运载工具的运动中，振动以各种振动幅度和频率在各种部件中发生。在两个部件接触的情况下，振动会导致这些部件彼此摩擦。在这两个部件由塑料制成的情况下，这两个部件的摩擦表面可能会被划伤或形成其他缺陷。为了避免这样的损坏，期望提供一种光纤光学系统，其中，在如图6所示的塑料光纤2a和2b的相对端面之间存在气隙。这可以通过抛光光纤光学装置8a和8b的端面使得套圈4a和4b的端面邻接，而塑料光纤2a和2b的端面被气隙分开来实现，如美国专利申请号15/161,552中所公开的。
图7是示出根据一个实施例的光网络配置的示图，其在将前部星形耦合器10附接至后部星形耦合器20的两个光纤光路30和40中的每一个中具有五个连接器断路器。前部星形耦合器10包括24x 2发射光混合器12和2×24接收光混合器14。后部星形耦合器20包括4×2发射光混合器22和2×4接收光混合器24。光混合器由光学透明材料制成。
仍然参考图7，24×2发射光混合器12的输入面通过相应的塑料光纤36附接至多个发射器16的相应发射器Tx1-Tx19，而2×24接收光混合器14的输出面通过相应的塑料光纤38附接至多个接收器18的相应接收器Rx1-Rx19。多个接收器18中的每一个可以是封装在金属盖内的单片接收器集成电路(IC)芯片(下面参照图9进一步描述)。发射器16和接收器18在相应的前部光电介质转换器中是成对的。例如，发射器Tx1和接收器Rx1包含在电耦合至第一前部线路可更换单元(图7中未示出)的第一前部光电介质转换器中；发射器Tx2和接收器Rx2包含在电耦合至第二前部线路可更换单元(图7中未示出)的第二前部光电介质转换器中；以此类推。前部光电介质转换器的19对发射器/接收器(Tx1-Tx19/Rx1-Rx19)形成19个通道，即，十八个有源通道和一个备用通道，每个通道耦合至设置在飞机前部的相应的线路可更换单元。
同样，4×2发射光混合器22的输入面通过相应的塑料光纤46附接至多个发射器26的相应发射器Tx1-Tx4，而2×4接收光混合器24的输出面通过相应的塑料光纤48附接至多个接收器28的相应接收器Rx1-Rx4。发射器26和接收器28在相应的后部光电介质转换器中是成对的。例如，发射器Tx1和接收器Rx1包含在电耦合至第一后部线路可更换单元(图7中未示出)的第一后部光电介质转换器中；发射器Tx2和接收器Rx2包含在电耦合至第二后部线路可更换单元(图7中未示出)的第二后部光电介质转换器；以此类推。后部光电介质转换器的四对发射器/接收器(Tx1-Tx4/Rx1-Rx4)形成四个通道，即，三个有源通道和一个备用通道，每个通道耦合至设置在飞机后部的相应的线路可更换单元。
在图7所示的光网络中，24×2发射光混合器12的输出面通过光纤光路30光耦合至2×4接收光混合器24的输入面，而4×2发射光混合器22的输出面通过光纤光路40光耦合至2×24接收光混合器14的输入面。光纤光路30包括通过五个连接器34a-34e串联光耦合的六个塑料光纤32a-32f，而光纤光路40包括通过五个连接器44a-44e串联光耦合的六个塑料光纤42a-42f。此外，24×2发射光混合器12的输出面通过由连接器52连接的塑料光纤50a和50b光耦合至2×24接收光混合器14的输入面，而4×2发射光混合器22的输出面通过由光衰减器56连接的塑料光纤54a和54b光耦合至2×4接收光混合器24的输入面。
计算机模拟确定，利用图7所示的光学系统的发射器光输出功率和接收器灵敏度，考虑到POF光损耗和连接器光损耗，可以在航空电子环境下，在高可靠性光纤光学系统的设计目标内实现使用周期结束(end-of-life)的光链路余量。然而，由图7所示的配置表示的安装的后续检查表示光纤光路30和40的长度应该增加。
为了实现所提出的长度增加，确定了一个连接器应该被添加到每个光纤光路30和40中。在图8中示出所得到的配置，图8与图7相同，除了光纤光路30具有额外(即，第六)连接器34f和额外(即，第七)塑料光纤32g并且光纤光路40具有额外(即，第六)连接器44f和额外(即，第七)塑料光纤42g。塑料光纤32g从连接器34f延伸到接收光混合器24的输入面；塑料光纤42g从连接器44f延伸到接收光混合器14的输入面，
计算机模拟显示，POF链路数量和连接断路器的数量的这种增加将减少系统的使用周期结束的光链路余量。因此，致力于设计结构性变化，该变化将光链路余量提高到更高的水平。分析确定，用于在光链路预算中实现所需改进的最可靠和稳健的方法将是增强接收器灵敏度。
图9是示出根据一个实施例的通过球透镜62光耦合至单片接收器IC芯片68的0.4mm直径的光电检测器64的1mm直径的输出塑料光纤2的一端的示图。单片接收器IC芯片68被封装在金属盖60的内部。金属盖60的顶部具有球透镜62所在的圆形孔。将球透镜62焊接到适当的位置(见焊料66)。单片接收器IC芯片68具有硅PIN(p型固有n型)检测器形式的集成光电检测器64。接收器IC芯片68被配置为用作基于由光电检测器64检测的光信号产生电信号的突跳模式接收器。
将接收器电子器件和光电检测器64集成在同一芯片上的目的是减小尺寸并使信噪比最大化。由于这种尺寸限制，一个市售接收器中的光电检测器64的直径仅为400微米(0.4mm)。同一市售接收器中的球透镜62的直径为2mm。如图9所示，将0.4mm直径的光电检测器64耦合至1mm直径的输出塑料光纤2，由于尺寸不匹配而产生光耦合损耗。可以使用面积失配比计算该光耦合损耗(OCL)：OCL＝10×Log[(0.4/1)2]dB＝-8dB。该理论计算显示将每个1mm直径的输出塑料光纤2耦合至每个0.4-mm直径的光电检测器64时存在8dB光损耗。
为了补偿上述光学8dB耦合损耗，本文提出的解决方案是替代直径小于1mm，优选小于0.4mm的输出塑料光纤。将直径更小的输出塑料光纤耦合至具有集成的0.4mm直径的光电检测器的接收器的实验结果显示了接收器灵敏度的改善。然而，用图10A和图10B所示的现有星形耦合器设计来改变输出光纤尺寸是不可行的。
图10A示出了具有附接至2.5mm×2.5mm输入面的两个1mm直径的输入塑料光纤42f和50b以及附接至7mm x 7mm输出面的24个1mm直径的输出塑料光纤38的5cm锥形玻璃混合杆形式的前部接收光混合器14。19个塑料光纤38光耦合至位于飞机前部的相应光电介质转换器的相应接收器(图10A中未示出)。(当只需要24个输出塑料光纤中的19个时，可以切断额外的五个)。
同样，图10B示出了具有附接至2.5mm×2.5mm输入面的两个1mm直径的输入塑料光纤32f和54b以及附接至5mm x 5mm输出面的4个1mm直径的输出塑料光纤48的5cm锥形玻璃混合杆形式的后部接收光混合器24。输出塑料光纤38光耦合至位于飞机后部的相应光电介质转换器的相应接收器(未示出)。
图10A和图10B中所示的接收光混合器14和24是具有连接至1mm直径的塑料光纤的输入面和输出面的对称POF耦合器。该耦合器设计对于发射光混合器12和22(参见图7)非常有利，以使得发射器激光输出功率至光学链路的耦合最大化。但是对于接收光混合器14和24，每个1mm直径的输出塑料光纤与相应的接收器中的前述0.40mm直径的光电检测器具有大的失配。然而，减小输出塑料光纤的尺寸将产生与接收光混合器14和24的输出面的尺寸的大失配。
本文提出的这种困境的解决方案是设计一种不对称接收光混合器，其允许使用直径小于输入塑料光纤的直径的输出塑料光纤。现在将描述各种实施例，其中，输入塑料光纤具有1mm直径，并且输出塑料光纤具有小于1mm的各种直径。然而，应当理解的是，本文公开的概念不要求输入塑料光纤具有1mm的直径且光电检测器具有0.4mm的直径。更一般地，如果每个输入塑料光纤的直径dinput大于光电检测器的直径ddetector，则每个输出塑料光纤的直径doutput应小于dinput，优选地也等于或小于ddetector。
图11是示出根据一个实施例的前部星形耦合器的前部接收光混合器100的示图。该前部接收光混合器100包括1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102，相应的输入塑料光纤104和106的两个D形端面附接至其输入端面，19个190μm直径的输出塑料光纤114附接至其输出端面。
图12A是表示会聚以形成如图11中所示的光混合器中的组合器108的两个输入塑料光纤104和106的等距视图的示图。图12B是如图12A中所示的组合器108的端部的放大视图。输入塑料光纤104和106的端部使用一层折射率匹配环氧树脂105粘合在一起，以形成组合器108。图12C示出如图12A中所示的塑料光纤的半圆形端面120和122。在该实施例中，每个端面120和122的半径等于在图11中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的半径(即，0.5mm)。
再次参考图11，输入塑料光纤104和106包括相应的端部(所述端部开始于输入塑料光纤104和106的圆形横截面转变为非圆形处并终止在端面120和122处)，这些端部通过这层折射率匹配环氧树脂105在界面处彼此光耦合和粘合。这些光耦合的端部形成组合器108，该组合器将被视为前部接收光混合器100的一部分(另一部分是上述1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102)。使用名称为“前部接收光混合器”的修改语“前部接收器”，表示190μm直径的输出塑料光纤114(这些光纤均具有光耦合至前部接收光混合器的一端)具有光耦合至位于飞机前部的接收器(未示出)的其他端部。
如图11、图12A和图12B所示，输入塑料光纤104的端部被整形为形成与端面120相交且垂直的第一侧面，而输入塑料光纤106的端部被整形为形成与端面122相交并垂直的第二侧面。这些侧面然后通过一层折射率匹配环氧树脂105粘合并光耦合在一起。
根据图11所示的实施例的一个实施方式，1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102是由PMMA制成的标准高温塑料光纤。1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的长度LF优选在5至10cm的范围内，用于在输入光信号传播过程中均匀混合输入光信号。除了在形成组合器108的相应端部内之外，两个输入塑料光纤104和106具有1mm的直径。在图12A所示的半圆形端面120和122使用折射率匹配环氧树脂附接至在图11所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的圆形输入端面。根据一个实施例，每个端面120和122是半圆形，其半径等于1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的圆形输入端面的半径(即，0.5mm)。
在一个实施方式中，组合器108可具有约8mm或更长的长度。为了增强输入的两个光信号的混合均匀性，使用这层折射率匹配环氧树脂105(见图12A)将输入塑料光纤104和106的相对平面粘合在一起(没有金属层)。
根据替代实施例，组合器108可以是单独的单片光学透明元件，其具有光耦合至相应的1mm直径的输入塑料光纤的两个圆形的1mm直径的输入端面以及光耦合至1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的输入端面的一个圆形的1mm直径的输出端面。
根据图11所示的实施例的一个实施方式，包括捆绑在一起的19个190μm直径的阶跃折射率塑料光纤114的1mm直径的多芯塑料光纤束110附接至1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的输出端面。这样的纤维束的输入面如图13所示(使用圆圈，表示典型塑料光纤端面的理想的而非真实的形状)。19个190μm直径的输出塑料光纤114在外包层116中捆绑在一起。通过使用溶剂溶解纤维束的外包层116或通过机械剥离外包层116，容易分离1mm直径的多芯塑料光纤束110的190μm直径的阶跃折射率塑料光纤114。
图14示出可以附接至如图11所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的输出端面的市售的多芯塑料光纤束的多个190μm直径的输出塑料光纤的端面的真实(非理想化)形状。图15是表示这样的可分离的1mm直径的多芯塑料光纤束110的一部分的示图。该图示出了在去除了外包层116的部分中的19个190μm直径的阶跃折射率塑料光纤114的展开端。
再次参考图11，使用内径为1mm的精密金属(或陶瓷)套圈112(由虚线矩形表示)容纳整个1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102、组合器108的一部分、以及1mm直径的多芯塑料光纤束110的一部分(当附接至彼此时，1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102和组合器108形成前部接收光混合器100)。使用额外的灌封光学环氧树脂将1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102以及组合器108和1mm直径的多芯塑料光纤束110的上述部分牢固地安装在套圈112内。图11中未示出设置在套圈112内并未分离为单个纤维的1mm直径的多芯塑料光纤束110的该部分的外包层。
使用市售的1mm直径的多芯塑料光纤束110的替代方案是将19个小直径的塑料光纤(单独购买)捆绑在内径为1mm的套圈112内。最适合的单独单芯小直径的塑料光纤是175μm直径的塑料光纤。图16示出了包括通过外包层116捆绑在一起的19个175μm直径的塑料光纤124的纤维束118。外包层116的外径可以为1mm，以匹配图11所示的周围套圈112的内径。175μm直径的塑料光纤可从日本东京的Asahi Kasei Corporatio购买到。
如果在前部接收光混合器100中需要超过19个通道，则图17示出了可以将21个单独的175μm直径的塑料光纤128装配到1mm套圈内。21个单独的175μm直径的塑料光纤128的端面可以附接至图11所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤102的输出面。通过这种21个光纤的选择，前部接收光混合器100具有多达三个备用通道的灵活性。这将允许通过18个有源接收通道和3个备用接收通道实现前部星形耦合器。
图11至图17示出了用于附接至位于飞机的前部的多个接收器的不对称前部接收光混合器的设计和实施方式。该设计增加了从位于飞机后部的发射器传播的光信号的链路预算。可以对后部接收光混合器的设计和实施方式进行相似的改变。
图18是示出根据一个实施例的后部星形耦合器的后部接收光混合器200的示图。该接收光混合器200包括1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202，相应输入塑料光纤204和206的两个D形端面附接至其输入端面，并且四个400μm直径的输出塑料光纤214附接至其输出端面。图19示出了两个D形端面220和222，其是直径为1mm的圆的互补部分。端面220和222的区域沿着圆圈的弦交汇，这表示相对表面是平面的。
为了最小化面积失配损耗，用于后部接收光混合器200的四个输出塑料光纤214的最佳直径为400微米(0.4mm)。400μm直径的塑料光纤是可购买到的单独单芯塑料光纤的标准尺寸之一。400μm直径的塑料光纤214也具有与图9中所示的接收器的前述光电检测器64的直径的良好匹配。
再次参考图18，输入塑料光纤204和206包括相应的端部(所述端部开始于输入塑料光纤204和206的圆形横截面转变为非圆形处并终止在端面220和222处)，这些端部通过一层折射率匹配环氧树脂205在界面处彼此光耦合和粘合。这些光耦合的端部形成组合器208，该组合器将被视为后部接收光混合器200的一部分(另一部分是上述1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202)。使用名称为“后部接收光混合器”的修改语“后部接收器”，表示400μm直径的输出塑料光纤214(这些光纤均具有光耦合至后部接收光混合器的一端)具有光耦合至位于飞机后部的接收器(未示出)的其他端部。
如图18所示，输入塑料光纤204的端部被整形为形成与端面220相交且垂直的第一侧面(参照图19)，而输入塑料光纤206的端部被整形为形成与端面222相交并垂直的第二侧面(参照图19)。这些侧面然后通过折射率匹配环氧树脂205粘合并光耦合在一起。
根据图18中描述的实施例的一个实施方式，1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202是由PMMA制成的标准高温塑料光纤。1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202的长度LF优选在5至10cm的范围内，用于在输入光信号通过其传播的过程中均匀混合输入光信号。除了在形成组合器108的相应端部内之外，两个输入塑料光纤204和206具有1mm的直径。在图19中所示的端面220和222使用折射率匹配环氧树脂附接至在图18中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202的圆形输出端面。根据一个实施例，每个端面220和222是直径为1mm的圆的一部分。
通过选择400-μm直径的塑料光纤，来耦合至1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202的输出端面，进行分析，以确定与图11中所示的相同的50/50分束组合器是否可以用于形成组合器208。分析结果表明光耦合损耗高于最大允许电平。
如图8中所示的后部星形耦合器20的内部架构所示，左输入臂(即，塑料光纤54b)将后部接收光混合器24附接至光衰减器56，该光衰减器进而通过右输出臂(即，塑料光纤54a)附接至后部发射光混合器22。该连接是在后部星形耦合器20内部的光混合器之间的本地“环绕式”光学连接。由于后部发射光混合器22的高输出功率和后部接收光混合器24的低端口数量，所以光学衰减器56具有大的衰减。这提供了改变组合器208的分束比以在后部星形耦合器20中实现更低的光耦合损耗的优点。通过将组合器分束比改变为80/20并降低光衰减器56的衰减，将塑料光纤206用作后部接收光混合器24的左输入臂54b，并且将塑料光纤204用作后部接收光混合器24的右输入臂32g，可以获得低于最大允许电平的总损耗。
图19示出了1mm直径的输入塑料光纤204和206的不对称端面220和222。端面220和222附接至1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202的圆形输入端面并且通过这层折射率匹配环氧树脂205附接至彼此。当从端部观察时，界面205由定位成使得端面220和222的面积比为80/20的弦限定。
图20示出了包括使用灌封光学环氧树脂226捆绑在一起的四个400μm直径的塑料光纤228的纤维束224。灌封光学环氧树脂226的外径为1mm，以与图18中所示的周围套圈212的内径相匹配。四个400μm直径的输出塑料光纤228的端面附接至图18中所示的1mm直径的阶跃折射率塑料光纤202的输出端面。
组合器208的分束比进一步增加到90/10，将进一步减小后部接收光混合器200的光耦合损耗。然而，对于大于80/20的分束比，制造组合器的工艺变得更加困难。
总之，本公开提出了可以结合在航空电子系统中以增加光学数据总线的使用周期结束的光链路余量，降低安装和维护成本并提高系统的可靠性的不对称塑料光纤星形耦合器设计。
根据一个实施例，图11中所描述的类型的光混合器可以使用包括以下步骤的方法安装在光网络中：切割一定长度的第一塑料光纤102，以形成第一和第二端面，第一端面和第二端面中的每一个具有第一面积；将具有等于第一面积的横截面积的第二塑料光纤104的端部整形，以形成与具有小于第一面积的第二面积的第一端面120相交并垂直的第一侧面；将具有等于第一面积的横截面积的第三塑料光纤106的端部整形，以形成与具有小于第一面积的第三面积的第二端面122相交并垂直的第二侧面；使用折射率匹配环氧树脂105将第二塑料光纤的第一侧面和第三塑料光纤的第二侧面粘合在一起；使用折射率匹配环氧树脂将第二塑料光纤104的第一端面120和第三塑料光纤106的第二端面122粘合到一定长度的第一塑料光纤12的第一端面的相应部分；使用折射率匹配环氧树脂将均具有小于第一面积的第四面积的多个塑料光纤114的端面粘合到一定长度的第一塑料光纤102的第二端面的相应部分；使用灌封光学环氧树脂将一定长度的第一塑料光纤102、混合器108、以及包层110固定在套圈112内部；并且将第二塑料光纤104和第三塑料光纤106与多个塑料光纤114附接至光网络的相应其他部件。在所公开的实施例中，第二面积和第三面积的总和等于第一面积。
虽然已经参考各种实施例描述了光网络系统，但是本领域技术人员将会理解，在不背离本文的教导的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，可以进行很多修改，以使本文所公开的实践的概念和缩减适合特定情况。因此，其目的在于，权利要求所涵盖的主题不限于所公开的实施例。
注意：以下段落描述了本公开的另外的方面：
A1、一种光纤光学系统，包括：
混合光纤，具有面积为第一面积的第一端面和面积为第一面积的第二端面；
组合器，具有附接至混合光纤的第一端面的面积为第二面积的端面；
第一长度的塑料光纤，具有等于第一面积的横截面积并且光耦合至所述组合器；
第二长度的塑料光纤，具有等于第一面积的横截面积并且光耦合至组合器；以及
多个输出塑料光纤，具有附接至混合光纤的第二端面的面积为小于第一面积的第三面积的端面。
A2、根据段落A1所述的光纤光学系统，其中，第二面积等于第一面积。
A3、根据段落A1所述的光纤光学系统，其中，组合器包括第一部分和第二部分，具有附接至混合光纤的第一端面的相应的端面，组合器的第一部分和第二部分通过一层折射率匹配环氧树脂粘合在一起，第一长度的塑料光纤与组合器的第一部分整体形成，并且第二长度的塑料光纤与组合器的第二部分整体形成。
A4、根据段落A1所述的光纤光学系统，其中，混合光纤包括阶跃折射率塑料光纤。
A5、根据段落A1所述的光纤光学系统，还包括外包层，多个输出塑料光纤的相应第一部分嵌入在外包层内，其中，每个输出塑料光纤包括延伸超出外包层的相应的第二部分，其中，多个输出塑料光纤的第二部分是展开的。
A6、根据段落A5所述的光纤光学系统，还包括：
套圈，包围混合光纤、组合器的一部分、以及外包层的至少一部分；以及
灌封光学环氧树脂，设置在套圈内部，用于将混合光纤、组合器的一部分、以及外包层的至少一部分固定在套圈内部。

Claims (9)

1.一种光纤光学系统，包括：
混合光纤，具有第一端面和第二端面，所述第一端面具有第一面积，所述第二端面具有所述第一面积；
第一输入塑料光纤，具有第一端面和第二端面，所述第一输入塑料光纤的所述第一端面具有所述第一面积，所述第一输入塑料光纤的所述第二端面具有小于所述第一面积的第二面积，所述第一输入塑料光纤的所述第二端面附接至所述混合光纤的所述第一端面的第一部分；
第二输入塑料光纤，具有第一端面和第二端面，所述第二输入塑料光纤的所述第一端面具有所述第一面积，所述第二输入塑料光纤的所述第二端面具有小于所述第一面积的第三面积，所述第二输入塑料光纤的所述第二端面附接至所述混合光纤的所述第一端面的第二部分，
其中，所述第一输入塑料光纤具有与所述第一输入塑料光纤的所述第二端面相交的第一侧面，并且所述第二输入塑料光纤具有与所述第二输入塑料光纤的所述第二端面相交的第二侧面，所述光纤光学系统包括一层折射率匹配环氧树脂，所述一层折射率匹配环氧树脂设置在所述第一侧面和所述第二侧面的相对部分之间并且粘合和光耦合所述相对部分；以及
多个输出塑料光纤，具有附接至所述混合光纤的所述第二端面的面积为小于所述第一面积的第四面积的端面。
2.根据权利要求1所述的光纤光学系统，其中，所述第二面积和所述第三面积的总和等于所述第一面积。
3.根据权利要求1所述的光纤光学系统，其中，所述第二面积等于所述第三面积。
4.根据权利要求1所述的光纤光学系统，其中，所述混合光纤的所述第一端面和所述第二端面具有圆形形状。
5.根据权利要求4所述的光纤光学系统，其中，所述第一输入塑料光纤的所述第二端面和所述第二输入塑料光纤的所述第二端面被设置为彼此相邻并且形成沿着圆的弦交汇的圆的相应部分。
6.根据权利要求1所述的光纤光学系统，其中，所述混合光纤包括阶跃折射率塑料光纤。
7.根据权利要求1所述的光纤光学系统，还包括外包层，所述多个输出塑料光纤的相应的第一部分嵌入在所述外包层内，其中，每个输出塑料光纤包括延伸超出所述外包层的相应的第二部分，其中，所述多个输出塑料光纤的第二部分展开。
8.根据权利要求7所述的光纤光学系统，还包括：
套圈，包围所述混合光纤、与所述混合光纤相邻的所述第一输入塑料光纤的部分和第二输入塑料光纤的部分、以及所述外包层的至少一部分；以及
灌封光学环氧树脂，设置在所述套圈内部，用于将所述混合光纤、与所述混合光纤相邻的第一输入塑料光纤的部分和第二输入塑料光纤的部分、以及所述外包层的至少一部分固定在所述套圈内部。
9.根据权利要求1所述的光纤光学系统，还包括：
锥形混合杆，包括具有第五面积的输入面和具有第六面积的输出面，所述第五面积大于所述第六面积；以及
多个第三输入塑料光纤，具有附接至所述锥形混合杆的输入面的端面，所述多个第三输入塑料光纤的端面具有第一面积，
其中，所述第一输入塑料光纤的所述第一端面附接至所述锥形混合杆的所述输出面。
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