CN108761665B - 提高多芯光纤耦合效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高多芯光纤耦合效率的方法，该方法通过对光纤进行简单熔接和扩芯处理，让激光从小芯径多芯普通光纤的扩芯端面入射，可以有效提高激光与小芯径多芯光子晶体光纤的耦合效率。该方法具有简单实用、制备周期短、制备成本低的特点。

Description

提高多芯光纤耦合效率的方法

技术领域

本发明涉及光纤，特别是一种提高多芯光纤耦合效率的方法。

技术背景

超连续谱是指强脉冲入射到非线性介质中引起剧烈光谱展宽的非线性光学现象。使用的非线性光纤有合适的零色散点、模场小，非线性高是产生超连续谱的必要条件。然而，小芯径单芯光纤的损伤阈值低，严重限制了超连续谱的输出功率。与相同包层占空比的单芯光子晶体光纤相比，多芯光子晶体光纤的模场面积较大，而色散曲线变化不大。对多芯光纤的纤芯均匀打光，各个纤芯中传输的光场以倏逝场的形式耦合，最终形成超模。同相的超模，也就是所有的纤芯中传输的光的相位相同，具有完美的近高斯的远场光斑分布。这些特性使得多芯光子晶体光纤经常被用来提高超连续谱产生的功率。

泵浦光与小芯径多芯光子晶体光纤之间稳定、高效的耦合对于产生稳定、高功率的超连续谱是十分重要的，一般采用空间耦合、熔接耦合的方式。若直接用透镜将泵浦光聚焦，使聚焦后的激光光斑均匀覆盖小芯径多芯光纤的各个纤芯，对单个纤芯直径约4微米的多芯光纤，耦合效率仅为60％。对单个纤芯直径更小的情况，耦合效率还会降低。若采用直接熔接的方式，泵浦激光器的光纤尾纤与小芯径多芯光子晶体光纤之间的模场失配会带来很大的损耗。通过选择性塌缩小芯径多芯光子晶体光纤的内圈空气孔，匹配其与大模场光纤之间的模场，可以将耦合效率提高到90％以上。但是光子晶体光纤空气孔非常小，都是微米量级，精确堵孔非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高多芯光纤耦合效率的方法，该方法对光纤进行简单熔接和扩芯处理，让激光从小芯径多芯普通光纤的扩芯端面入射，可以将激光与小芯径多芯光子晶体光纤的耦合效率提高到80％以上。该方法具有简单实用、制备周期短、制备成本低。

本发明的技术方案是这样来实现的：

一种提高多芯光纤耦合效率的方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

1)分别切割小芯径多芯光子晶体光纤和小芯径多芯普通光纤，二者都得到平整、无碎屑的光纤端面；

2)将两根切割好的光纤分别放置在熔接机的两侧，设定合适的熔接程序，低损耗地熔接所述的小芯径多芯光子晶体光纤的各纤芯和小芯径多芯普通光纤的各纤芯之间形成低损耗熔接点，实现两种光纤的熔接；

3)长时间加热小芯径多芯普通光纤未熔接的另一端，进行均匀扩芯处理形成扩芯区域，加热温度需高于纤芯掺杂物质扩散的温度；

4)从小芯径多芯普通光纤的扩芯区域的中间切割，获得纤芯扩大的、平整的光纤端面，得到所需要的耦合的多芯光纤。

所述的小芯径多芯光子晶体光纤的纤芯较小，一般在5微米及以下，多用于产生非线性效应。

所述的小芯径多芯普通光纤的纤芯和包层尺寸与小芯径多芯光子晶体光纤的纤芯和包层尺寸相当，以减小熔接损耗。

所述的小芯径多芯普通光纤通过纤芯掺杂提高纤芯的折射率或包层掺杂降低包层的折射率，以形成波导结构，例如纤芯掺锗或包层掺氟。当对光纤加热时，可使掺杂物质扩散，扩大光纤的导光面积。

该方法中涉及到的扩芯和熔接操作无明确的先后顺序。

本发明的有益效果是：

本发明通过对光纤进行简单熔接和扩芯处理，让激光从小芯径多芯普通光纤的扩芯端面入射，可以有效提高激光与小芯径多芯光子晶体光纤的耦合效率。该方法简单实用、制备周期短、制备成本低。

附图说明

图1为本发明多芯光纤熔接后的结构示意图。

图2为小芯径7芯光子晶体光纤的端面示意图。

图3为纤芯掺杂的小芯径7芯普通光纤端面示意图。

图4为实施例1纤芯掺杂的小芯径7芯普通光纤扩芯后的光纤端面示意图。

图5为实施例2纤芯掺杂的小芯径7芯普通光纤扩芯后的光纤端面示意图。

图6为实施例3、实施例4的包层掺杂的小芯径7芯普通光纤的端面示意图。

图7为实施例3、实施例4包层掺杂的小芯径7芯普通光纤扩芯后的光纤端面示意图。

图8为实施例4小芯径7芯光子晶体光纤端面示意图。

图中，1为小芯径多芯普通光纤的扩芯区域，2为小芯径多芯普通光纤，3为小芯径多芯普通光纤与小芯径多芯光子晶体光纤之间的低损耗熔接点，4为小芯径多芯光子晶体光纤，5为包层空气孔，6为纤芯，7为掺锗的纤芯，8为扩芯区域，9为扩芯区域，10为包层掺氟区域，11位纤芯，12为扩芯区域，13为包层低折射率棒，14为纤芯。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1，提高多芯光纤耦合效率的方法包括以下步骤：

1)取一段小芯径7芯光子晶体光纤4，其光纤端面如图2所示。光纤外径125微米，包层空气孔5的直径1.08微米，孔间距1.54微米，纤芯6的直径约2微米。切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面；

取一段小芯径7芯普通光纤2，其光纤端面如图3所示。普通光纤2的纤芯7掺锗，提高纤芯折射率，光纤外径125微米，纤芯7的直径约2微米，7个纤芯的位置分布与小芯径7芯光子晶体光纤4的纤芯位置分布基本相同，切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面；

2)将切割好的小芯径7芯光子晶体光纤4和小芯径7芯普通光纤2放置在熔接机两侧，驱动熔接机旋转马达，观察光纤端面，精确对准7芯光纤的7个纤芯，驱动熔接机的纵向平移马达，使熔接机的放电中心偏移熔接点，在小芯径7芯普通光纤2的一侧，防止熔接机放电时，光子晶体光纤4中的空气孔塌缩。采用多次放电的方式进行光纤熔接，降低熔接损耗，增加熔接点的机械强度。用CO₂激光熔接机进行上述光纤熔接，激光放电功率为标准STD-75bit，每次放电时间750ms，放电次数为3次，熔接点损耗约0.5dB；

3)将小芯径7芯普通光纤2未熔接的另一端剥除涂覆，放置在熔接机两侧，熔接机放电，对小芯径7芯普通光纤2的纤芯7进行加热扩芯处理，使光纤的各个纤芯变大，形成一个大的均匀的纤芯区域。用CO2激光熔接机进行上述光纤处理，激光放电功率为标准STD+75bit，每次放电时间8000ms。

4)从小芯径的7芯普通光纤的扩芯区域中间进行切割，获得平整无碎屑的、有大的均匀纤芯区域8的光纤端面，扩芯后的光纤端面如图4所示。

让激光从图1中的1处入射，可以将激光与小芯径光子晶体光纤之间的耦合效率提高到至少80％以上。

实施例2，提高多芯光纤耦合效率的方法包括以下步骤：

1)取一段小芯径7芯光子晶体光纤，其光纤端面如图2所示。光纤外径125微米，包层空气孔5直径1.08微米，孔间距1.54微米，纤芯6直径约2微米，切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面；取一段小芯径7芯普通光纤2，其光纤端面如图3所示。纤芯7掺锗提高纤芯折射率，光纤外径125微米，纤芯7直径约2微米，7个纤芯的位置分布与小芯径7芯光子晶体光纤的纤芯位置分布基本相同，切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面；

2)将切割好的小芯径7芯光子晶体光纤4和小芯径7芯普通光纤2放置在熔接机两侧，驱动熔接机旋转马达，观察光纤端面，精确对准7芯光纤的7个纤芯。驱动熔接机的纵向平移马达，使熔接机的放电中心偏移熔接点，在小芯径7芯普通光纤的一侧，防止熔接机放电时，光子晶体光纤中的空气孔塌缩。采用多次放电的方式进行光纤熔接，降低熔接损耗，增加熔接点的机械强度。用CO₂激光熔接机进行上述光纤熔接，激光放电功率为标准STD-100bit，每次放电时间750ms，放电次数为4次，熔接点损耗约0.4dB。

3)将小芯径7芯普通光纤2未熔接的另一端剥除涂覆，放置在熔接机两侧，熔接机放电，对小芯径7芯普通光纤的纤芯进行加热扩芯处理，使光纤的各个纤芯变大，形成一个大的均匀的纤芯区域。用CO₂激光熔接机进行上述光纤处理，激光放电功率为标准STD+75bit，每次放电时间10000ms。

4)从小芯径的7芯普通光纤的扩芯区域中间进行切割，获得平整无碎屑的、有大的均匀纤芯区域9的光纤端面，扩芯后的光纤端面如图5所示。

让激光从图1中的1处入射，可以将激光与小芯径光子晶体光纤之间的耦合效率提高到至少80％以上。

实施例3，提高多芯光纤耦合效率的方法包括以下步骤：

1)取一段小芯径7芯光子晶体光纤，其光纤端面如图2所示。光纤外径125微米，包层空气孔5直径1.08微米，孔间距1.54微米，纤芯6直径约2微米。切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面。取一段小芯径7芯普通光纤，其光纤端面如图6所示。包层10掺氟降低包层折射率，光纤外径125微米，纤芯11直径约2微米，7个纤芯的位置分布与小芯径7芯光子晶体光纤的纤芯位置分布基本相同，切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面。

2)将切割好的小芯径7芯光子晶体光纤和小芯径7芯普通光纤放置在熔接机两侧，驱动熔接机旋转马达，观察光纤端面，精确对准7芯光纤的7个纤芯。驱动熔接机的纵向平移马达，使熔接机的放电中心偏移熔接点，在小芯径7芯普通光纤的一侧，防止熔接机放电时，光子晶体光纤中的空气孔塌缩。采用多次放电的方式进行光纤熔接，降低熔接损耗，增加熔接点的机械强度。用CO₂激光熔接机进行上述光纤熔接，激光放电功率为标准STD-100bit，每次放电时间750ms，放电次数为4次，熔接点损耗约0.4dB。

3)将小芯径7芯普通光纤未熔接的一端剥除涂覆，放置在熔接机两侧，熔接机放电，对小芯径7芯普通光纤进行加热扩芯处理，使光纤的各个纤芯变大，形成一个大的均匀的纤芯区域。用CO₂激光熔接机进行上述光纤处理，激光放电功率为标准STD+75bit，每次放电时间10000ms。

4)从小芯径的7芯普通光纤的扩芯区域中间进行切割，获得平整无碎屑的、有大的均匀纤芯区域12的光纤端面，扩芯后的光纤端面如图7所示。

让激光从图1中的1处入射，可以将激光与小芯径光子晶体光纤之间的耦合效率提高到至少80％以上。

实施例4，提高多芯光纤耦合效率的方法包括以下步骤：

1)取一段小芯径7芯光子晶体光纤，其光纤端面如图8所示，光纤外径125微米，包层低折射率棒13的直径1.08微米，棒间距1.54微米，纤芯14的直径约2微米。切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面。取一段小芯径7芯普通光纤2，其光纤端面如图6所示。包层10掺氟降低包层折射率，光纤外径125微米，纤芯11的直径约2微米，7个纤芯的位置分布与小芯径7芯光子晶体光纤的纤芯位置分布基本相同，切割光纤，获得平整无碎屑的光纤端面；

2)将切割好的小芯径7芯光子晶体光纤和小芯径7芯普通光纤放置在熔接机两侧，驱动熔接机旋转马达，观察光纤端面，精确对准7芯光纤的7个纤芯。熔接机的放电中心对准熔接点，放电熔接。用CO₂激光熔接机进行上述光纤熔接，激光放电功率为标准STDbit，每次放电时间3000ms，熔接点损耗约0.2dB。

3)将小芯径7芯普通光纤未熔接的另一端剥除涂覆，放置在熔接机两侧，熔接机放电，对小芯径7芯普通光纤进行加热扩芯处理，使光纤的各个纤芯变大，形成一个大的均匀的纤芯区域。用CO₂激光熔接机进行上述光纤处理，激光放电功率为标准STD+75bit，每次放电时间10000ms。

4)从小芯径的7芯普通光纤的扩芯区域中间进行切割，获得平整无碎屑的、有大的均匀纤芯区域12的光纤端面，扩芯后的光纤端面如图7所示。

让激光从图1中的1处入射，可以将激光与小芯径光子晶体光纤之间的耦合效率提高到至少80％以上。

Claims (5)

1.一种提高多芯光纤耦合效率的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)分别切割小芯径多芯光子晶体光纤(4)和小芯径多芯普通光纤(2)，二者都得到平整、无碎屑的光纤端面；

2)将两根切割好的光纤分别放置在熔接机的两侧，设定合适的熔接程序，低损耗地熔接所述的小芯径多芯光子晶体光纤(4)的各纤芯(6)和小芯径多芯普通光纤(2)的各纤芯(7)之间形成低损耗熔接点(3)，实现两种光纤的熔接；

3)长时间加热小芯径多芯普通光纤(2)未熔接的另一端，进行均匀扩芯处理形成扩芯区域(8)，加热温度需高于纤芯掺杂物质扩散的温度；

4)从小芯径多芯普通光纤(2)的扩芯区域(8)的中间切割，获得纤芯扩大的、平整的光纤端面，得到所需要的耦合的多芯光纤。

2.根据权利要求1所述的提高多芯光纤耦合效率的方法，其特征是所述的小芯径多芯光子晶体光纤(4)的纤芯在5微米及以下，用于产生非线性效应。

3.根据权利要求1所述的提高多芯光纤耦合效率的方法，其特征是所述的小芯径多芯普通光纤(2)的纤芯和包层尺寸与小芯径多芯光子晶体光纤的纤芯和包层尺寸相当，以减小熔接损耗。

4.根据权利要求1所述的提高多芯光纤耦合效率的方法，其特征是所述的小芯径多芯普通光纤通过纤芯掺杂提高纤芯的折射率或包层掺杂降低包层的折射率，以形成波导结构。

5.根据权利要求1所述的提高多芯光纤耦合效率的方法，其特征是该方法中涉及到的扩芯和熔接操作无明确的先后顺序。