CN111796361B - 一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用 - Google Patents

一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用，属于光纤通信和传感领域，包括：剥除N根非多包层光纤表面的部分涂覆层并切割，剥除N根多包层光纤表面的涂覆层并切割，将两个切割端熔接，得到第三中间件；将圆形毛细管拉伸，得到第四中间件；将第三中间件插入第四中间件，使第二非多包层光纤区全部或部分位于第一锥腰区，多包层光纤区同时位于第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；将第五中间件的第一锥腰区进行加热并拉伸后，将其中的第二锥腰区进行切割，选取左端至切割端的部分，将切割端与多芯光纤对准熔接，得到宽带平坦透过的多芯光纤耦合器。本发明能够实现宽带范围的低损耗连接，并抑制传输损耗的波动程度。

Description

一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于光纤通信和传感领域，更具体地，涉及一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用。
背景技术
多芯光纤对于提升系统容量有重要作用，如用于在数据中心实现短距连接。多芯光纤需要与现有单模光纤通信系统兼容，则需要与单模光纤实现低损耗连接，多芯光纤耦合器可以在单模光纤和多模光纤之间起到桥梁作用，因此，多芯光纤耦合器的制备技术极为重要。
目前，多芯光纤耦合器的制备方法主要有拉锥自组装法(CN201610328915.4)，基于低熔点套管的制备方法(CN201811089100.0)，采用多包层光纤的制备方法(CN201811393656.9)。
拉锥自组装法：将经过腐蚀处理的单模光纤穿入玻璃套管中，采用氢氧焰对光纤进行加热，同时拉锥，切割后与多芯光纤熔接实现多芯光纤耦合器的制备。这种方法由于受到腐蚀精度的影响，使得制备得到的多芯光纤耦合器插入损耗比较大。
基于低熔点套管的制备方法：将部分被去掉涂覆层单模光纤穿入经过低熔点套管并进行拉锥，然后将拉锥的光纤切割并与多芯光纤熔接，完成多芯耦合器的制备。这种方法由于熔接过程难度很大，使得制备得到的多芯光纤耦合器熔接损耗比较大。
采用多包层光纤的制备方法：采用结构为多个包层的光纤，包层由内至外依次包括：内包层、下陷内包层、环形包层、外包层、下陷外包层、机械包层；多芯光纤耦合器通过将N根多包层光纤穿入套管后，在套管中间将光纤拉锥、切割之后与多芯光纤熔接后得到。这种方法可以有效降低多芯光纤耦合器的插入损耗值，但是，由于光纤具有多包层结构，在拉锥的过程中，会引入显著的干涉效应，限制了可透过的光谱波段范围，并且传输损耗随着波长的变化会出现明显的波动。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法及其应用，其目的在于，实现宽带范围的低损耗连接，并抑制传输损耗的波动程度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，包括如下步骤：
(1)剥除N根非多包层光纤表面的部分涂覆层后，将N根非多包层光纤被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件；
(2)剥除N根多包层光纤表面的涂覆层后，将其一端进行切割，得到第二中间件；
(3)将第一中间件和第二中间件的切割端熔接，得到第三中间件，第三中间件包含三个区域，依次为包含芯层、包层和涂覆层的第一非多包层光纤区，包含芯层和包层的第二非多包层光纤区，以及包含芯层和包层的多包层光纤区；
(4)将圆形毛细管加热至熔融状态并拉伸，得到第四中间件；第四中间件包含五个区域，依次为左端、第一下降锥区、第一锥腰区、第一上升锥区和右端；
(5)将第三中间件插入第四中间件，使第二非多包层光纤区全部或部分位于第一锥腰区，多包层光纤区同时位于第一锥腰区和第一上升锥区，由此得到第五中间件；
(6)将第五中间件的第一锥腰区中仅包含多包层光纤区的一段区域进行加热并拉伸，使该段区域依次包含第二下降锥区、第二锥腰区和第二上升锥区，由此得到第六中间件；
(7)将第六中间件的第二锥腰区进行切割，选取第六中间件中左端至切割端的部分，将其中的切割端与待熔接多芯光纤进行对准熔接，得到宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；
其中，N为待熔接多芯光纤中的纤芯数量。
进一步地，非多包层光纤为单模光纤或少模光纤。
进一步地，第三中间件中，第一非多包层光纤区的长度L1为20cm-200cm，第二非多包层光纤区的L2为1cm-5cm，多包层光纤区的长度L3为0.1cm-4cm。
进一步地，圆形毛细管的材质为石英玻璃或高硼硅玻璃。
进一步地，圆形毛细管包含一个内孔，或者，圆形毛细管包含N个内孔。
进一步地，圆形毛细管中的内孔为圆形、正多边形或长方形。
进一步地，步骤(4)中，圆形毛细管在拉伸前的外径D1为0.75mm-2.5mm。
进一步地，第四中间件中，左端的长度M1为1cm-10cm，第一下降锥区的长度M2为0.5cm-1.5cm，第一锥腰区的长度M3为1.5cm-2.5cm，第一上升锥区的长度M4为0.1cm-2cm，右端的长度M5为1cm-10cm；第一锥腰区的直径D2为0.3mm-2.0mm。
进一步地，第六中间件中，第二下降锥区的长度P1为0.5cm-2cm，第二锥腰区的长度P2为0.5cm-1.5cm，第二上升锥区的长度P3为1.5cm-2.5cm；第二锥腰区的直径大小使得第二锥腰区内的多包层光纤横向不发生偏移。
按照本发明的另一个方面，提供了一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器，该多芯光纤耦合器由本发明所提供的上述宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法制备而成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明所提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，将非多包层光纤和多包层光纤熔接后，插入经过加热拉伸的圆形毛细管，并对圆形毛细管的锥腰区进行二次加热拉伸，之后通过切割二次拉伸形成的锥腰区，得到包含非多包层光纤和多包层光纤的中间件，由该中间件的切割端与多芯光纤熔接得到多芯光纤耦合器。一方面，由于制备过程中，不依赖于对腐蚀精度和打孔精度的精确控制，能够实现低损耗连接；另一方面，该制备方法减小了多芯光纤耦合器中多包层光纤的使用长度，可以有效抑制由拉锥引入的干涉效应，从而拓宽光谱波段范围，实现宽带范围(820nm-1700nm)内的稳定连接，并抑制传输损耗随波长变化的波动程度，使光谱平坦透过。
(2)本发明所提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，可使用单模光纤、少模光纤等非多包层光纤制备多芯光纤耦合器，使得所制备的多芯光纤耦合器可以单模光纤通信系统中的单模光纤进行连接。
(3)本发明所提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，通过将多包层光纤与单模光纤、少模光纤等非多包层光纤熔接后进行拉伸，可实现更稳定的连接，抑制输出光功率随光纤移动而发生的变化。
(4)本发明所提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，可实现宽带范围低损耗连接，光源不限制输入波段，覆盖820nm～1700nm，包含完整O(1260nm-1360nm)+E(1360nm-1460nm)+S(1460nm-1530nm)+C(1530nm-1565nm)+L(1565nm-1625nm)+U(1625nm-1675nm)波段。
(5)本发明所提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，可扩展性好，当待熔接的多芯光纤的纤芯数量发生变化时，仅通过适应性更改圆形毛细管的内、外径即可实现与多芯光纤之间的熔接。
附图说明
图1为现有的多包层光纤的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第三中间件示意图；
图3为本发明实施例提供的第四中间件示意图；
图4为本发明实施例提供的第六中间件示意图；
图5为本发明实施例提供的采用现有的多包层光纤制备方法制备而成的多芯光纤耦合器中，各纤芯对在1530nm-1570nm的透过光谱；
图6为本发明实施例提供的采用本发明提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法制备而成的多芯光纤耦合器中，各纤芯对在1530nm-1570nm的透过光谱；
图7为本发明实施例提供的采用本发明提供的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法制备而成的多芯光纤耦合器中，各纤芯对在820nm-1700nm的透过光谱；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为多包层光纤的纤芯，2为多包层光纤的内包层，3为多包层光纤的下陷内包层，4为多包层光纤的环形包层，5为多包层光纤的外包层，6为多包层光纤的下陷外包层，7为多包层光纤的机械包层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在详细解释本发明的技术方案之前，先对多包层光纤的结构做如下简要说明：
图1所示为多包层光纤的结构示意图，其中包括纤芯1和包层，包层由内到外依次包括：内包层2、下陷内包层3、环形包层4、外包层5、下陷外包层6和机械包层7。纤芯1、内包层2、下陷内包层3、环形包层4、外包层5、下陷外包层6、机械包层7成阶跃型剖面结构。具体可参考CN201811393656.9中的描述。
采用图1所示的多包层光纤制备多芯光纤耦合器时，下陷内包层作为沟道，其折射率小于纤芯和内包层，在光纤发生弯曲时可以限制场的覆盖范围，避免场向环形包层泄露，因此多包层光纤具有小的宏弯损耗。将多根多包层光纤插入玻璃套管中，经过拉锥和切割之后，和多芯光纤熔接得到多芯光纤耦合器。多包层光纤经过拉锥之后，芯层、内包层、下陷内包层、环形包层形成新的纤芯，外包层、下陷外包层、机械包层构成包层，因此在和多芯光纤熔接时具有低的熔接损耗；下陷外包层的折射率小于外包层，可以限制场的覆盖范围，避免场向外泄露，因此和多芯光纤熔接后具有小的芯间串扰，可以有效降低多芯光纤耦合器的插入损耗值。但是，由于光纤具有多包层结构，在拉锥的过程中，会引入显著的干涉效应，限制了可透过的光谱波段范围，并且传输损耗随着波长的变化会出现明显的波动。
为了实现宽带范围的低损耗连接，并抑制传输损耗的波动程度，本发明提供的一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，包括如下步骤：
(1)剥除N根非多包层光纤表面的部分涂覆层后，将N根非多包层光纤被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件；
(2)剥除N根多包层光纤表面的涂覆层后，将其一端进行切割，得到第二中间件；
(3)将第一中间件和第二中间件的切割端熔接，得到如图2所示的第三中间件，第三中间件包含三个区域，依次为包含芯层、包层和涂覆层的第一非多包层光纤区，包含芯层和包层的第二非多包层光纤区，以及包含芯层和包层的多包层光纤区；
(4)将圆形毛细管加热至熔融状态并拉伸，得到如图3所示的第四中间件；第四中间件包含五个区域，依次为左端、第一下降锥区、第一锥腰区、第一上升锥区和右端；
(5)将第三中间件插入第四中间件，使第二非多包层光纤区全部或部分位于第一锥腰区，多包层光纤区同时位于第一锥腰区和第一上升锥区，由此得到第五中间件；
(6)将第五中间件的第一锥腰区中仅包含多包层光纤区的一段区域进行加热并拉伸，使该段区域依次包含第二下降锥区、第二锥腰区和第二上升锥区，由此得到如图4所示的第六中间件；
(7)将第六中间件的第二锥腰区进行切割，选取第六中间件中左端至切割端的部分，将其中的切割端与待熔接多芯光纤进行对准熔接，得到宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；
其中，N为待熔接多芯光纤中的纤芯数量。
在本发明的一些实施例中，非多包层光纤为单模光纤或少模光纤。
在本发明的一些实施例中，第三中间件中，第一非多包层光纤区的长度L1为20cm-200cm，第二非多包层光纤区的L2为1cm-5cm，多包层光纤区的长度L3为0.1cm-4cm。
在本发明的一些实施例中，圆形毛细管的材质为石英玻璃或高硼硅玻璃。
在本发明的一些实施例中，圆形毛细管包含一个内孔，或者，圆形毛细管包含N个内孔。
在本发明的一些实施例中，圆形毛细管中的内孔为圆形、正多边形或长方形。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，圆形毛细管在拉伸前的外径D1为0.75mm-2.5mm。
在本发明的一些实施例中，第四中间件中，左端的长度M1为1cm-10cm，第一下降锥区的长度M2为0.5cm-1.5cm，第一锥腰区的长度M3为1.5cm-2.5cm，第一上升锥区的长度M4为0.1cm-2cm，右端的长度M5为1cm-10cm；第一锥腰区的直径D2为0.3mm-2.0mm。
在本发明的一些实施例中，第六中间件中，第二下降锥区的长度P1为0.5cm-2cm，第二锥腰区的长度P2为0.5cm-1.5cm，第二上升锥区的长度P3为1.5cm-2.5cm；第二锥腰区的直径大小使得第二锥腰区内的多包层光纤横向不发生偏移。
本发明还提供了一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器，该多芯光纤耦合器由本发明所提供的上述宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法制备而成。
以下为实施例：
实施例1：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到如图2所示的第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度150cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度1-2cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度4cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得如图3所示的第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度4cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度20mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度3mm，毛细管右端、长度10cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得如图4所示的第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度15mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度15mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致。
以下为两个直接采用长度150cm多包层光纤制备的多芯光纤耦合器(样品1和样品2)，各耦合器在1550nm波段的插入损耗如表1所示。
表1.多芯光纤耦合器样品1550nm处插入损耗
纤芯编号 1 2 3 4 5 6 7
样品1的插入损耗/dB 0.4 0.8 0.2 0.6 0.6 0.8 0.3
样品2的插入损耗/dB 0.1 0.6 0.6 1.0 0.2 1.3 0.5
将上述两个多芯光纤耦合器样品的多芯光纤端熔接，采用超连续谱光源和光谱分析仪测得多芯光纤耦合器的透过光谱，超连续谱光源注入光的波段为820nm-1700nm。各纤芯对在1530nm-1570nm波段的透过光谱如图5所示，图5中每条线分别对应一个纤芯对的透过光谱，包括位于几何中心的纤芯对的透过光谱及包围中间芯的各纤芯对的透过光谱，纤芯对的传输损耗随波长波动明显且各纤芯对的波动范围不同，不同纤芯对的最大波动范围约1dB-2dB。
以下为两个由实施例1提供的制备方法制备的多芯光纤耦合器(样品3和样品4)，表2给出了样品3、4的在1550nm处的插入损耗。
表2.多芯光纤耦合器样品1550nm处插入损耗
纤芯编号 1 2 3 4 5 6 7
样品3的插入损耗/dB 0.5 1.0 0.4 0.5 0.3 1.6 1.0
样品4的插入损耗/dB 0.4 0.5 0.8 0.6 1.0 1.2 0.7
将样品3、4的多芯光纤端熔接后，测得七个纤芯对在1530nm-1570nm波段的透过光谱如图6所示。对比图5和图6可知，与直接采用多包层光纤制备的多芯光纤耦合器对比，实施例1所提供的制备方法减小多包层光纤长度后多芯光纤耦合器的透过光谱在波段1530nm-1570nm更加平坦。
采用实施例1提供的制备方法制备的多芯光纤耦合器在全测试谱范围的透过光谱，如图7所示，根据图7所示的测试结果可知，采用实施例1提供的制备方法制备的多芯光纤耦合器可以实现宽带范围的低损耗链接，光源不限制输入波段，覆盖820nm～1700nm，并且在该宽带范围内，透过光谱依然较为平坦。
实施例2：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度20cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度1-2cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度0.1cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度4cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度5mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度20mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度10mm，毛细管右端、长度1cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度5mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度5mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度15mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致。
实施例3：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度200cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度3cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度2cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度4cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度10mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度20mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度5mm，毛细管右端、长度10cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度5mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度5mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度15mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致。
实施例4：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度100cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度5cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度0.1cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度1cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度15mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度10mm，毛细管右端、长度6cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度5mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度5mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度15mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致。
实施例5：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度200cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度1-2cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度4cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度10cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度25mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度20mm，毛细管右端、长度10cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度15mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度15mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致
实施例6：
1)光纤预处理：选取单模光纤一共七根，长度为100-150cm；剥除单模光纤表面的部分涂覆，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对光纤进行清洁，之后对其中被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件，第一中间件包含两部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，第二部分为仅包含芯层和包层的光纤；截取多包层光纤一共七根，长度20cm；剥除多包层光纤表面全部的涂覆层，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸进行清洁，之后进行切割，得到第二中间件；
2)光纤熔接：将第一中间件的切割端与第二中间件的切割端对齐熔接后，得到第三中间件；该第三中间件包含三个部分，第一部分为包含芯层、包层和涂覆层的完整的单模光纤，长度150cm；第二部分为仅包含芯层和包层的单模光纤，长度1-2cm；第三部分为包含芯层和包层的多包层光纤，长度4cm；
3)毛细管拉伸：清洗圆形毛细管内外壁，然后将其固定在位移平台上并由计算机控制进行加热，同时拉伸，设置加热功率为120～125W，拉伸速度为0.5mm/s，获得第四中间件；第四中间件包含五个部分，依次为：毛细管左端、长度4cm，毛细管直径减小的第一下降锥区、长度15mm，直径保持不变的第一锥腰区、长度20mm、直径376μm-378μm，直径增大的第一上升锥区、长度3mm，毛细管右端、长度10cm；
4)光纤穿入毛细管：将第三中间件自左端穿入第四中间件，使第三中间件的第二部分全部或部分位于第四中间件中的第一锥腰区，且第三中间件的第三部分同时位于第四中间件中的第一锥腰区和第一上升锥区，得到第五中间件；
5)光纤拉伸：对第五中间件加热并进行拉伸，拉伸的位置为第五中间件中的第一锥腰区中，仅包含多包层光纤的一段区域，获得第六中间件，该拉伸区域经拉伸后包含三个区域，依次为直径减小的第二下降锥区、长度20mm，直径保持不变的第二锥腰区、长度10mm、直径160μm-165μm，直径增大的第二上升锥区、长度20mm；此次拉伸直至拉伸区域中的第二锥腰区的直径大小能够确保其中的7根多包层光纤横向不发生位置偏移时，停止拉伸；
6)切割及熔接：对第六中间件中的第二锥腰区进行切割，并与包含七个纤芯的多芯光纤进行对准熔接，获得宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；切割时，要求切割位置处各纤芯几何参数同所熔接的多芯光纤一致。
对上述实施例2～6所制备的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器分别进行与上述实施例1相同的对比实验，即分别与直接采用多包层光纤制备的多芯光纤耦合器对比，实验结果表明，与实施例1类似，采用实施例2～6中任意一个实施例提供的制备方法制备的多芯光纤耦合器可以实现宽带范围的低损耗链接，光源不限制输入波段，覆盖820nm～1700nm，并且在该宽带范围内，透过光谱依然较为平坦。
采用上述任意一个实施例的制备参数及工艺条件，将其中的单模光纤替换为少模光纤，可制备得到同样具有宽带平坦透过特性的多芯光纤耦合器。具体的制备流程及工艺条件，可参考上述实施例中的描述，在此将不作赘述。
当待熔接的多芯光纤中包含的纤芯数量为其他数值，即N发生变化时，相应调整所选取的非多包层光纤和多包层的数量即可，具体的制备流程及工艺条件，可参考上述实施例中的描述，在此将不作赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)剥除N根非多包层光纤表面的部分涂覆层后，将所述N根非多包层光纤被剥除涂覆层的一端进行切割，得到第一中间件；
(2)剥除N根多包层光纤表面的涂覆层后，将其一端进行切割，得到第二中间件；
(3)将所述第一中间件和所述第二中间件的切割端熔接，得到第三中间件，所述第三中间件包含三个区域，依次为包含芯层、包层和涂覆层的第一非多包层光纤区，包含芯层和包层的第二非多包层光纤区，以及包含芯层和包层的多包层光纤区；
(4)将圆形毛细管加热至熔融状态并拉伸，得到第四中间件；所述第四中间件包含五个区域，依次为左端、第一下降锥区、第一锥腰区、第一上升锥区和右端；
(5)将所述第三中间件插入所述第四中间件，使所述第二非多包层光纤区全部或部分位于所述第一锥腰区，所述多包层光纤区同时位于所述第一锥腰区和所述第一上升锥区，由此得到第五中间件；
(6)将所述第五中间件的所述第一锥腰区中仅包含所述多包层光纤区的一段区域进行加热并拉伸，使该段区域依次包含第二下降锥区、第二锥腰区和第二上升锥区，由此得到第六中间件；
(7)将所述第六中间件的所述第二锥腰区进行切割，选取所述第六中间件中所述左端至切割端的部分，将其中的切割端与待熔接多芯光纤进行对准熔接，得到宽带平坦透过的多芯光纤耦合器；
其中，N为所述待熔接多芯光纤中的纤芯数量。
2.如权利要求1所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述非多包层光纤为单模光纤或少模光纤。
3.如权利要求1或2所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述第三中间件中，所述第一非多包层光纤区的长度L1为20cm-200cm，所述第二非多包层光纤区的L2为1cm-5cm，所述多包层光纤区的长度L3为0.1cm-4cm。
4.如权利要求1所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述圆形毛细管的材质为石英玻璃或高硼硅玻璃。
5.如权利要求1所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述圆形毛细管包含一个内孔，或者，所述圆形毛细管包含N个内孔。
6.如权利要求5所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述圆形毛细管中的内孔为圆形、正多边形或长方形。
7.如权利要求1、4～6任一项所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述圆形毛细管在拉伸前的外径D1为0.75mm-2.5mm。
8.如权利要求1、4～6任一项所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述左端的长度M1为1cm-10cm，所述第一下降锥区的长度M2为0.5cm-1.5cm，所述第一锥腰区的长度M3为1.5cm-2.5cm，所述第一上升锥区的长度M4为0.1cm-2cm，所述右端的长度M5为1cm-10cm；所述第一锥腰区的直径D2为0.3mm-2.0mm。
9.如权利要求1、4～6任一项所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述第二下降锥区的长度P1为0.5cm-2cm，所述第二锥腰区的长度P2为0.5cm-1.5cm，所述第二上升锥区的长度P3为1.5cm-2.5cm；所述第二锥腰区的直径大小使得所述第二锥腰区内的多包层光纤横向不发生偏移。
10.一种宽带平坦透过的多芯光纤耦合器，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的宽带平坦透过的多芯光纤耦合器的制备方法制备而成。
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