CN107765368B

CN107765368B - 一种空芯反谐振光纤的熔接方法

Info

Publication number: CN107765368B
Application number: CN201710953535.4A
Authority: CN
Inventors: 汪滢莹; 李晓倩; 高寿飞; 王璞
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: CN107765368A

Abstract

本发明提供一种空芯反谐振光纤的熔接方法，包括：S1、获取第一待熔接光纤和第二待熔接光纤，其中所述第一待熔接光纤的模场直径大于所述第二待熔接光纤的模场直径；S2、对所述第二待熔接光纤进行热扩芯处理，直至所述第二待熔接光纤的模场直径在所述第一待熔接光纤的模场直径匹配范围内；S3、将所述第一待熔接光纤和热扩芯后的第二待熔接光纤进行熔接。本发明提出的光纤熔接方法，通过热扩芯技术，使得待熔接的两光纤模场能够相互匹配，并且熔接损耗较小。

Description

一种空芯反谐振光纤的熔接方法

技术领域

本发明涉及激光光电子技术领域，更具体地，涉及一种空芯反谐振光纤的熔接方法。

背景技术

空芯光子晶体光纤因其利用纤芯的空气导光而具有一些显著的优点。相比于实芯光纤，空芯光子晶体光纤可以利用空气的超低的瑞利散射和非线性系数，实现超低损耗和低非线性的光传输。此外，还可以提供更高的传播速度和激光损伤阈值。其中，空芯反谐振光纤是空芯光子晶体光纤新的研究焦点，空芯反谐振光纤能在很宽的光谱内实现反谐振反射导光，并且可以提供一个至多个倍频程的传输带宽。空芯反谐振光纤可以用于高功率激光传输、超短脉冲压缩，其相对于自由空间和毛细管这样的无波导或高损耗波导而言，具有较为良好的光束质量、长的光与物质的相互作用距离以及相对低的损耗，空芯反谐振光纤在传感、生物光子学以及量子光学等领域也有着巨大的应用前景，但是其要真正得到广泛应用，必须要能和普通单模光纤简便、低损耗地熔接。

现有的空芯反谐振光纤熔接技术通常采用的是电弧或石墨丝放电熔接法，具体的熔接过程如下：第一步预放电过程，清洁光纤上面杂物，然后再对准两光纤，设置间隔值；第二步再放电过程，软化光纤端面，此过程中电流过小，熔接点机械强度会减小，时间过长，光纤端面形状会改变或坍塌，变成球形；设置两光纤重合值开始第三步放电过程，按照设置好的熔接参数放电将两光纤熔接。

虽然放电熔接法可以快速的熔接两光纤，并且接点结构紧凑牢固，但是该方法只适用于模场相差不大的光纤熔接。对于空芯反谐振光纤和单模光纤，两者模场相差过大，并且前者纤芯和包层毛细管中都是空气，直接用放电熔接会导致熔接损耗过大，以至于无法使用。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光纤熔接方法，包括：

S1、获取第一待熔接光纤和第二待熔接光纤，其中所述第一待熔接光纤的模场直径大于所述第二待熔接光纤的模场直径；

S2、对所述第二待熔接光纤进行热扩芯处理，直至所述第二待熔接光纤的模场直径在所述第一待熔接光纤的模场直径匹配范围内；

S3、将所述第一待熔接光纤和热扩芯后的第二待熔接光纤进行熔接。

其中，步骤S2之前还包括：

估算所述第一待熔接光纤模场直径匹配范围。

其中，步骤S3之前还包括：

移动所述热扩芯后的第二待熔接光纤，直至所述热扩芯后的第二待熔接光纤的纤芯对准所述第一待熔接光纤的纤芯。

其中，步骤S2包括：

基于预设的加热参数，使所述第二待熔接光纤在光纤拉锥机上加热，并在加热过程中估测所述第二待熔接光纤的模场直径扩大范围，直到所述第二待熔接光纤的模场直径达到所述第一待熔接光纤的模场直径匹配范围内。

其中，步骤S2还包括：

基于预设的加热参数，使所述第二待熔接光纤在光纤拉锥机上加热，并在加热后测量热扩芯后第二待熔接光纤与所述第一待熔接光纤的对接损耗值；

当所述对接损耗值最小时，得到所述第二待熔接光纤最佳热扩芯参数。

其中，所述加热参数包括：

加热时间、氢氧焰温度、火苗位置。

其中，步骤S3包括：

将所述第一待熔接光纤的末端连接功率计；

移动对准所述第一待熔接光纤的纤芯和所述第二待熔光纤的纤芯，获取对准过程中所述功率计对应的读数；

当所述功率计读数达到最大时，停止移动，并基于预设的熔接参数开始熔接。

其中，所述开始熔接所基于的预设熔接参数包括：

基于所述第一待熔接光纤的纤芯和毛细管结构，设置对应的熔接参数开始熔接；

其中，所述熔接参数包括放电时间、放电功率和所述两待熔光纤之间的重叠值。

其中，所述第一待熔接光纤为空芯反谐振光纤。

其中，所述第二待熔接光纤为单模光纤。

本发明提出的光纤熔接方法，通过热扩芯技术，使得待熔接的两光纤模场能够相互匹配，并且熔接损耗较小。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光纤熔接方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施例提供的一种光纤熔接方法流程图，如图1所示，包括：

针对于现有技术中空芯反谐振光纤熔接存在的模场不匹配和光纤结构被破坏导致熔接损耗过大问题，本发明实施例提供了一种热扩芯及优化熔接参数的光纤熔接方法来解决该问题。本发明实施例提供的方法实现了熔接后空芯反谐振光纤的结构完整，导光特性不变，以及两光纤熔接损耗最小。

S1中，可以理解的是，获取的是两根待熔接的光纤，其中一根光纤的模场直径是待熔的另一跟光纤模场直径的三倍。那么本发明实施例中，将模场直径较小的一根光纤称为第二待熔接光纤，将模场直径较大的一根光纤称为第一待熔接光纤。

S2中，所述热扩芯为光电子领域常用的扩芯技术，可以理解的是，热扩芯技术是对光纤局部进行高温加热，纤芯中掺杂锗离子逐渐向包层扩散，引起光纤端面模场直径的变大，而其外包层直径保持不变。此外热扩芯过程中光纤归一化频率值保持不变，即单模光纤热扩芯处理后，仍可以保持基模传输。相比其它模场匹配办法如过渡光纤的办法，热扩芯法可以提供模场更加匹配的光纤，可以更有效的降低熔接损耗。

S3中，可以理解的是，将两根光纤进行熔接，是将两根光纤放在光纤熔接机上进行熔接，所述光纤熔接机是利用石墨丝放电将两光纤端面熔化的同时用高精度运动机构平缓推进让两根光纤熔接在一起以实现光纤模场的高效耦合。

本发明实施例通过热扩芯技术，使得待熔接的两光纤模场能够相互匹配，并且熔接损耗较小。

在上述实施例的基础上，步骤S2之前还包括：

估算所述第一待熔接光纤的模场直径匹配范围。

需要说明的是，本发明实施例提供的估算模场直径范围是根据软件进行仿真的方式进行估算，本发明实施例通过软件仿真可以估算每一根待熔接光纤的模场直径匹配范围以及对应耦合时的耦合损耗。

在上述实施例的基础上，步骤S3之前还包括：

可以理解的是，移动过程由熔接机完成，当所述热扩芯后的所述第二待熔接光纤中的纤芯，对准所述第一待熔接光纤的纤芯后，才可进行熔接过程，否则会由于第一待熔光纤里传输的光不能完全耦合进第二待熔光纤，导致熔接损耗太大，无法使用。

在上述实施例的基础上，步骤S2包括：

基于预设的加热参数，以使所述第二待熔接光纤在光纤拉锥机上加热，并在加热过程中估测所述第二待熔接光纤的纤芯模场直径扩大范围，直到所述第二待熔接光纤的纤芯模场直径达到所述第一待熔接光纤的模场直径匹配范围内。

其中，所述光纤拉锥机在本发明实施例中是用于进行热扩芯，而传统的拉锥是将大模场光纤在拉锥机上拉锥减小模场直径。其中在热扩芯中，使用氢氧焰加热能够快速的使得纤芯扩张，增大光纤等效纤芯半径，进而增大光纤的模场。

本发明实施例在热扩芯后搭置了光路，使用光束质量分析仪，测量光纤模场直径。

在上述实施例的基础上，步骤S2还包括：

基于预设的加热参数，以使所述第二待熔接光纤在光纤拉锥机上加热，并在加热后测量热扩芯后第二待熔接光纤与所述第一待熔接光纤的对接损耗值；

当所述对接损耗值最小时，得到所述第二待熔接光纤的最佳热扩芯参数。

可以理解的是，本发明实施例还可以测量热扩芯后所述第二待熔接光纤与所述第一待熔接光纤的对接损耗。

为了优选的获得最小熔接损耗时的待熔接光纤模场直径，本发明实施例通过三维调整架，测量两待熔光纤的对接损耗，找出最低对接损耗。

那么，当找出最低的对接损耗时，此时的模场直径将是最适合熔接的模场直径，并进一步得到最佳热扩芯参数，使得热扩芯后的模场直径是最优的模场直径匹配结果。

在上述实施例的基础上，所述预设热扩芯的加热参数包括：

加热时间、氢气流量、火苗位置。

可以理解的是，通过控制加热时间、氢气流量、火苗位置这些参数，能够来控制被加热光纤的模场直径。

在上述实施例的基础上，步骤S3包括：

将所述第一待熔接光纤的末端连接功率计；

移动所述第一待熔接光纤，获取移动过程中所述功率计对应的读数；

当所述功率计读数达到最大时，停止转动，并基于预设的熔接参数开始熔接。

本发明实施例在熔接过程中，采用光纤熔接机进行熔接，将热扩芯后所述第二待熔接光纤与所述第一待熔接光纤放置在所述光纤熔接机上；按照预设的熔接参数进行设置，并且把热扩芯后所述第二待熔接光纤的末端连接激光器，所述第一待熔接光纤的末端连接功率计，手动调节光纤的位置，使得所述热扩芯后的所述第二待熔接光纤中纤芯，对准所述第一待熔接光纤的纤芯；然后移动所述第一待熔接光纤，当所述功率计读数最大时，基于预设的熔接参数进行放电熔接。

在上述实施例的基础上，所述开始熔接所基于得预设的熔接参数包括：

其中，所述熔接参数包括放电时间、放电功率和两待熔光纤的重叠值。

由于熔接过程中空芯反谐振光纤包层毛细管可能会塌缩，导致光纤变形，优选的，本发明实施例采用优化放电参数来调控熔接过程。

可以理解的是，本发明实施例通过优化放电参数，来保证光纤包层毛细管结构的完整，那么具体的优化放电参数过程则是通过调整放电时间和放电功率的大小，以及两待熔光纤的重叠值进行的。

在上述实施例的基础上，所述第一待熔接光纤为空芯反谐振光纤。

需要说明的是，所述第一待熔接光纤的纤芯和包层内是空气。

可以理解的是，本发明实施例针对的方案是解决空芯反谐振光纤在熔接过程中可能会造成的熔接损耗过大问题。

在上述实施例的基础上，所述第二待熔接光纤为单模光纤。

可以理解的是，第二待熔接光纤为单模光纤时或为其他光纤时均可完成热扩芯操作，但优选的，本发明实施例提供的方案为单模光纤。

具体的，将单模光纤放置在光纤拉锥机上，并在光纤拉锥机上设置好加热时间、氢气流量以及火苗位置等参数；然后把剥去涂敷层的光纤放在夹具上加热得到热扩芯光纤；接着用模式质量分析仪测试热扩芯光纤的模场直径；与此同时，用三维调整架调整测量热扩芯光纤与反谐振空芯光纤的对接损耗，寻找最小损耗对应的模场直径；最后利用光纤熔接机将前一步得到的光纤与第一待熔接光纤进行熔接。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种空芯反谐振光纤的熔接方法，其特征在于，包括：

S3、将所述第一待熔接光纤和热扩芯后的第二待熔接光纤进行熔接；所述第一待熔接光纤为空芯反谐振光纤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2之前还包括：

估算所述第一待熔接光纤模场直径匹配范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3之前还包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2还包括：

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述加热参数包括：

加热时间、氢氧焰温度、火苗位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：

将所述第一待熔接光纤的末端连接功率计；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述开始熔接所基于的预设熔接参数包括：

其中，所述熔接参数包括放电时间、放电功率和所述两待熔接光纤之间的重叠值。

9.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述第二待熔接光纤为单模光纤。