CN1076030A - 光纤耦合器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的光纤耦合器具有至少18分贝的 串话抑制特性。这种光纤耦合器有一组光纤。通过 除去部分外套，露出各根光纤内的一段玻璃纤维。这 些玻璃纤维段熔接在一起，受到拉伸。在此期间，光 纤被扭转和受到一个张力。经扭转的光纤在保持张 力的状态下固定到一个防护构件上。

Description

本发明与一种具有波长多路复用和多路分离功能的光纤耦合器有关。

具有波长多路复用和多路分离功能的光纤耦合器是一种用来对通过光纤传送的具有不同波长的光波进行多路复用和多路分离的装置。

图2为示出一种常规的波长多路复用/多路分离光纤耦器的原理图。图中，两根光纤分别标为1a和1b，光耦合部标为2，防护构件标为3，而粘合部标为4。制造多路复用/多路分离光纤耦合器目前最常用的方法是融伸法。这种方法在期刊“新型玻璃”（NEW    GLASS，Vol.6，No.1，1991，pp.48    to    59）中有所说明。在这种方法中，首先部分除去一组光纤的外套，然后通过用例如喷灯那样的燃烧器加热露出的玻璃纤维，将这些光维的无外套部亦即玻璃纤维部结合在一起。将结合的玻璃纤维部拉伸，并继续加热，从而形成一个光耦合部2。拉伸过程一直继续到获得所要求的耦合器特性（分路比）为止。在拉伸处理期间，通过将光输入到光纤1a或1b的一端而在光纤1a和1b的另一端检测光输出来测量光纤耦合器特性。最后，用粘结剂将经拉伸的光纤结合部固定到防护构件上。这种方法制造的光纤耦合器如图2所示。

上述光纤耦合器具有波长多路分离功能。如果一个波长为λ₁的光波和另一个波长为λ₂的光波同时输入到一个输入口，则波长为λ₁的光从输出口1射出，而波长为λ₂的光从输出口2射出。在以下的说明中，投射到输入口上的光的强度记为P₀，而从输出口1和输出口2输出的光的强度分别记为P₁和P₂。

图3示出了结合图2所说明的这种常规的波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性。在图3中，虚线表示P₁-P₀，实线表示P₂-P₀。在波长为λ₁处，光强P₁大，而光强P₂小。这说明极大部分波长为λ₁的光波从输出口1输出，而极大部分波长为λ₂的光波则从输出口2输出。

波长多路分离能力的强弱称为串话抑制。串话抑制越大则说明波长多路分离能力越强。在图3中，虚线与实线在波长λ₁处的差表示了串话抑制值。对于通信领域和传感器来说，要求串话抑制为15分贝或更大一些。

然而，这种常规光纤耦合器在要加以多路复用的各光波的波长之差△λ（即λ₂-λ₁）选为100毫微米或更短的情况下，串话抑制就会不大。

本发明的目的是提供一种即使在要加以多路复用或多路分离的各光波的波长之差为很小时也能具有良好的波长多路复用/多路分离特性的光纤耦合器。

本发明所提供的具有波长多路复用和多路分离功能的光纤耦合器有一个通过融接、拉伸一组光纤而形成的光耦合部，这个光耦合部经扭转后固定到一个防护构件上。此外，本发明还提供了一种制造光纤耦合器的方法。这种方法是：将一组光纤的玻璃纤维部分平行地放在一起，通过加热使这些玻璃纤维部分相互融接，然后将受到加热的融接玻璃纤维部拉伸，形成一个光耦合部，最后将经扭转的光耦合部固定到一个防护构件上。在这种制造光纤耦合器的方法中，在扭转光耦合部期间，光耦合部上加有一定张力，而光纤是在保持这所加张力的状态下固定到防护构件上的。在这种方法中，扭转期间施加的张力可以随扭转量的增大而增加。

在本发明的光纤耦合器中，由于这种光纤耦合器是在扭转时固定到防护构件上的，因此增大了串话抑制。扭转而引起的波长偏移可以通过在耦合器上施加张力得到校正。因此，这种光纤耦合器即使在要加以多路复用或多路分离的各光波的波长差很小时也具有良好的多路复用/多路分离特性。

通过结合附图对以下说明及所附权利要求的研究就可以清楚地看到本发明的其它一些目的和特点、这种结构的有关元件的制造方法和功能、以及关于部件组合和制造系统方面的各种情况。

在这些附图中，相同的标记数字标记了各图中相应的部件。这些附图是：

图1，该图简要地示出了按本发明的一个实施例所制造的光纤耦合器;

图2，该图简要地示出了常规的波长多路复用/多路分离光纤耦合器;

图3，该图示出了图2所示常规波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性;

图4，该图示出了用来实现本发明的波长多路复用/多路分离光纤耦合器制造方法的拉/扭设备;

图5，该图示出了采用常规的光纤耦合器制造方法所制造的波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性;以及

图6，该图示出了采用本发明所提供的光纤耦合器制造方法所制造的波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性。

图1示出了按本发明的一个实施例制成的光纤耦合器。图中，与图2中相同或等效的部分标了与图2中相同的标记数字。光纤的光耦合部2扭转了180°。光耦合部2在扭转时用一种适当的粘结剂粘合部4，从而固定到防护构件3上。

光耦合部2所以要扭转的原因将结合图5和图6加以说明。图5示出了用常规的光纤耦合器制造方法所制造的波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性。这里所用的光纤耦合器是用来处理波长为1.48微米和1.55微米的两个光波的光缆型耦合器。在这个耦合器中，要加以多路复用或多路分离的这两个光波的波长差很小。这样，串话抑制在波长为1.55微米处约为10分贝。这个串话抑制特性图表示出这个耦合器的串话抑制性能很差。

图6示出了用本发明所提供的光纤耦合器制造方法所制造的波长多路复用/多路分离光纤耦合器的特性。本发明的这个光纤耦合器的结构与图1所示的那个相同，只是光耦合部扭转了360°。由图6可见，在波长为1.55微米附近串话抑制很高，达到20分贝或更高一些。这个图表明，由于光耦合部2的扭转，提高了串话抑制。

图5和图6还表明，与图5相比，图6的特性除了增加了串话抑制外，多路复用和多路分离的两个光波的波长都会发生偏移。这个波长偏移量在每次制造光纤耦合器时各不相同。也就是说，制造出来的各耦合器的特性是不一致的。

经过对上述现象的仔细研究发现象是由于扭转和加在光耦合部的张力错综复杂的共同作用而引起的。而且还发现，如果在光耦合部上一直加有一个固定的张力，那么波长偏移就非常小，而且即使有波长偏移，也可以通过在光耦合部加一个张力来加以校正。

根据上述事实得出如下制造光耦合器的方法。

1.象常规方法一样，部分除去一组光纤的外套，露出各光纤的玻璃纤维。将露出的各玻璃纤维部放在一起，通过加热相互融接。继续加热，拉伸融接部，从而形成光耦合部。在这个情况下，改善串话抑制所需的扭转量（θ）以及由于扭转而引起的波长偏移量（λ_S）都是予先确定的，以便使得到的光纤耦合器具有多路复用和多路分离波长相对所规定的偏离λ_S。

2.将因此形成的耦合器的光耦合部在受到一个固定张力的同时扭转一个角度θ。或者，也可以采用步骤2′来代替步骤2。

2′缓慢地扭转耦合器的光耦合部，同时，按照扭转量逐渐增大光耦合部的张力，补偿波长偏移。

3.将光耦合部和光纤固定到防护构件上，维持光耦合部的扭转和张力。

用上述方法制造的多路复用/多路分离光纤耦合器在所规定的多路复用/多路分离波长处理具有良好的串话抑制。

图4示出了用来实现制造本发明的多路复用/多路分离光纤耦合器的方法的拉扭设备。图中，标记数字1a和1b为光纤，2为耦合部，5和6为光纤夹具，7为滑块，8为张力施加装置9为转动滑动而10为基座。光纤1a和1b固定在光纤夹具5上。用加热装置（（未示出）加热光耦合部2的中部，使之融接在一起，再加热拉长。光纤夹具5紧固在滑块7上。滑块7安装在基座10上，可以沿基座10滑动。滑块7上加有张力源，也就是张力施加装置8。当张力源8受到驱动时，就将滑块7拉回张力源8。张力源8可以用诸如弹簧油压、水压和/或马达之类的装置加以驱动。张力可以固定在一个不变的数值上，也可以随需要改变。光纤夹具6紧固在转动滑块9上。转动滑块9安装在基座10上，可以绕固定在夹具6上的光纤1a和1b的纵向轴转动。当转动滑块9转动时，带动夹具6和光纤1a和1b的端部一起转动。

下面将简要地说明拉扭设备的工作情况。首先，将光纤1a和1b固定到光纤夹具5和6上。部分除去光纤的外套，露出玻璃纤维将露出的各玻璃纤维紧密地平行排靠，用加热装置（未示出）加热，从而融接在一起。此时，张力源8尚未驱动。而后启动张力源8，一面加热，一面拉伸光耦合部。拉伸后，在张力源8正在工作的情况下转动滑块9，使光耦合部2扭转角度

。拉伸和扭转光耦合部引起光纤1a和1b的长度发生改变。因此，光纤夹具5和6之间的距离也要改变，这是通过滑块7的运动来实现的。最后，在保持光耦合部的扭转和张力的情况下，例如用粘接剂将光耦合部2和光纤1a和1b粘接到防护构件（未示出）上。

下面将具体地说明这种光纤耦合器的制造方法的实施例。

实施例1

在这种光纤耦合器制造方法的第一个实施例中，两根色散的光纤都剥去了长约25毫米的外套。将无外套的玻璃纤维部分平行地排靠在一起。然后用丙烷/氧生成的火焰加热无外套部分，使无外套部分相互融接。在受到加热的状态下，对光纤的融接部施加1.5克的张力，拉伸融接部。在拉伸处理期间，将光输入其中一根光纤的一端对从两根光纤的另一端输出的光加以监视。当多路复用/多路分离的波长达1.45微米和1.52微米时，停止拉伸处理。然后，将经拉伸的融接部在受到1.5克的拉力的情况下扭转360°。为了扭，拉融接部，使用了如图4所示的拉扭设备，以保持在整个扭转光纤触部处理中张力不变。由于扭转光耦合部而引起的多路复用/多路分离波长的改变通过在拉伸处理期间的监视耦合器特性得到试验证实在这个试验中，当耦合部被扭转了360°时停扭转操作，多路复用/多路分离波长为1.48微米和1.55微米。此后，在保持光耦合部的扭转量和张力的情况下，用粘接剂将光纤（连同光耦合部）固定到防护构件上。

在这样选出来的光纤耦合器中，串话抑制在波长为1.55微米处为18分贝或更高一些。然而，在不加扭转处理而制造出来的1.48/1.55微米光纤耦合器中，串话抑制仅为11分贝。比较一下表示串话抑制的各图，可以看到本发明的光纤耦合器的串话抑制性能大大优于不经扭转的光纤耦合器。

实施例2

在这种光纤耦合器制造方法的第二个实施例中，两根单模光纤都剥去了长约25毫米的外套。将无外套的玻璃纤维部分平行地靠在一起。然后用丙烷/氧生成的火焰加热无外套部分，使无外套部分相互接触。在受到加热的状态下，对光纤的融接部施加1.5克的张力，拉伸融接部。在拉伸处理期间，将光输入其中一根光纤的一端，对从两根光纤的另一端输出的光加以监视。当多路复用/多路分离波长达到1.48微米和1.55微米时，停止拉伸处理。在这样制造出来的光纤耦合器中，串话抑制在波长为1.55微米处为11分贝或高一些。此后，一面监视耦合器的特性，一面扭转光耦合部，当获得最高串话抑制时，停止扭转。在光耦合部（光纤）上加有一个逐渐增大的张力，以补偿由于扭转操作而引起的多路复用/多路分离波长的偏移。图4所示的拉扭设备可以用来提供这个张力。为了获得为18分贝的最高串话抑制，需要扭转量为360°，而张力为26克。然后在保持光耦合部的扭转量和张力的情况下，用粘接剂将光纤（连同光耦合部）固定到防护构件上。

由上述可见，本发明成功地提供了一种无论多路复用/多路分离波长如何都具有良好特性的光纤耦合器，非常适用于通信和传感器。非常适用于通信和传感器。

虽然本发明结合了目前认为是最实用的优选实施例进行了说明，但可以理解，本发明并不局限于所揭示的实施例，本发明的范围包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等效装置。

Claims (9)

1、一种光纤耦合器，它包括一组光纤，每根光纤都有一段外套切去、露出一段玻璃纤维的无外套段，这种光纤耦合器的特征是：

所述光纤组无外套段的各玻璃纤维是融接在一起、经拉伸的；

所述无外套段的各玻璃纤维是经扭转的；以及

所述光纤组是在受到张力的状态下通过所述无外套的相对端部固定到一个防护构件上的。

2、一种如在权利要求1中提出的光纤耦合器，其特征是：其中所述光纤耦合器中的串话抑制特性至少为18分贝。

3、一种制造光纤耦合器的方法，其特征是该方法包括下列各步骤：

将一组光纤的各无外套的玻璃纤维部相互平行排靠;

通过加热，融接各无外套的玻璃纤维部，同时拉伸融接的玻璃纤维部，从而形成一个耦合部;以及

将光耦合部扭转后固定到一个防护构件上。

4、按权利要求3提出的制造光纤耦合器的方法，其特征是该方法还包括下列各步骤：

在扭转操作期间，对光耦合部施加一个固定的张力;以及

在固定操作期间，保持各光纤内的张力。

5、按权力要求3提出的制造光纤耦合器的方法，其特征是该方法还包括下列步骤：

在扭转操作期间，对光耦合部施加一个随扭转量增大而增大的张力;以及

在固定操作期间，保持各光纤内的张力。

6、一种光纤耦合器，其特征是：这种光纤耦合器是采用权利要求3的工艺过程制成的。

7、一种实现权利要求3的方法的设备，其特征是这种设备包括：

一个基座;

一个安装在所述基座上、可以滑动的第一光纤夹具;

一个对所述第一光纤夹具施加张力的张力源;以及

一个连接到所述基座上、可以转动的第二光纤夹具，用来对所述光纤组施行扭转。

8、一种光纤耦合器，其特征是这种光纤耦合器是采用下列工艺步骤制成的：

将一组光纤的各无外套的玻璃纤维部相互平行排靠;

通过加热，融接各无外套的玻璃纤维部，同时拉伸融接的玻璃纤维部，从而形成一个光耦合部;以及

将光耦合部扭转后固定到一个防护构件上。

9、一种实现包括将一组光纤的各无外套玻璃纤维部相互平行排靠、通过加热融接各无外套玻璃纤维部同时拉伸融接玻璃纤维部从而形成一个光耦合部、以及将光耦合部扭转后固定到一个防护构件上各步的方法的设备，其特征是这种设备包括：

一个基座;

一个安置在所述基座上、可以滑动的第一光纤夹具;

一个对所述第一光纤夹具施加张力的张力源;以及

一个连接到所述基座上、可以转动的第二光纤夹具，用来对所述光纤组施行扭转。

Images