CN112099156A - 光纤束套管及其制备方法、多芯光纤耦合器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光纤束套管的制备方法、光纤束套管及多芯光纤耦合器的制备方法，光纤束套管供单模光纤插接，以使单模光纤与多芯光纤熔接，并形成多芯光纤耦合器，制备方法包括如下步骤：根据多芯光纤，选取多根第一管体；按照多芯光纤的纤芯圆心的几何排布，将各第一管体堆叠成管束；向第一管体的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时调整气压值，以使第一管体的管孔形成光纤插接孔，并得到光纤束套管，光纤插接孔满足条件：d＞d₁，d‑d₁位于第一设定区间内，d为光纤插接孔的内径，d₁为用于插入光纤插接孔的单模光纤的直径；相邻光纤插接孔的间距等于多芯光纤中相邻纤芯的间距。本申请能解决相关技术中耦合损耗大、纤芯间耦合不均匀的问题。

Description

光纤束套管及其制备方法、多芯光纤耦合器的制备方法

技术领域

本申请涉及光纤耦合技术领域，特别涉及一种光纤束套管及其制备方法、多芯光纤耦合器的制备方法。

背景技术

光纤通信网是支撑大容量、高速率无线通信网快速发展的核心基础，随着未来5G/6G通信发展，大数据、人工智能、物联网等数据传输容量迅速提升，全球网络容量年均增长率已大大超越光通信网络传输容量的增速，逐渐出现容量危机，因此，提升现有光纤通信网传输容量已迫在眉睫。从现有光纤通信系统的物理链路来看，大多利用单模光纤，通过波分复用来提升信道容量，随着传输速率和光谱利用的不断提升，其容量已接近香农定理所限定的物理极限。

为此，人们开始不断关注如何充分提升单根光纤的利用率，开展多芯复用传输光纤的开发，多芯光纤空分复用技术近些年取得了蓬勃的发展，一方面显著提升了光纤通信系统的传输容量；另一方面，由于多芯光纤中不同纤芯、不同空间模式在同一光纤中共同传输时拥有不同的空间分布，这些空分光场特性会对周围环境参数的变化产生不同的响应，在此基础上可利用多芯光纤开展更前沿的传感技术研究。

然而，要实现多芯光纤的规模化应用，充分体现其性能优势，多芯光纤通信与传感系统需要与现有单模光纤通信系统相融合，则要求多芯光纤和单模光纤实现低损耗连接，因此，性能优良的多芯光纤耦合方法显得尤为重要，是推广多芯光纤实际应用与降低成本的核心关键技术。

相关技术中，采用的耦合方法是，单模光纤剥除涂层后，按照需要耦合的多芯光纤的纤芯分布结构，将所有的单模光纤排布成一个相应形状的光纤束，再插入一个内径比光纤束外径要大的毛细管中，由于是单模光纤排布好后整体插入，必须在毛细管中预留缝隙才能保证顺利插入，这就导致在后续的操作中，光纤束的结构很可能会发生变化，且一旦发生变化的话，就会造成单模光纤和多芯光纤对准有偏差，耦合损耗大，且纤芯间耦合不均匀，由于这种形状的改变是随机的，不同批次制作的多芯光纤耦合器，其耦合损耗差异也很大，不利于工业生产。

发明内容

本申请实施例提供一种光纤束套管及其制备方法、多芯光纤耦合器的制备方法，以解决相关技术中耦合损耗大、纤芯间耦合不均匀的问题。

第一方面，提供了一种光纤束套管的制备方法，所述光纤束套管用于供单模光纤插接，以使插入所述光纤束套管后的单模光纤与多芯光纤熔接，并形成多芯光纤耦合器，所述制备方法包括如下步骤：

根据多芯光纤，选取多根第一管体；

按照所述多芯光纤的纤芯圆心的几何排布，将各所述第一管体堆叠成管束；

向所述第一管体的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时，调整气压值，以使所述第一管体的管孔形成光纤插接孔，并得到光纤束套管；

其中，所述光纤插接孔满足如下条件：

d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d为所述光纤插接孔的内径，d₁为用于插入所述光纤插接孔的单模光纤的直径；两个相邻的所述光纤插接孔的间距D_孔等于所述多芯光纤中两个相邻纤芯的间距D。

一些实施例中，根据多芯光纤，选取多根第一管体，包括如下步骤：

测量所述多芯光纤中两个相邻纤芯的间距D，比值m＝d/D；

选取满足如下条件的玻璃管为第一管体：|m-m₀|≤设定值，比值m₀＝d₀/D₀，d₀为第一管体内径，D₀为第一管体外径，且D₀/D位于第二设定区间内；

根据多芯光纤的纤芯数量，选取数量相同的所述第一管体。

一些实施例中，所述设定值为10％，所述第二设定区间为40％～50％。

一些实施例中，在进行熔融拉制之前，还包括如下步骤：

将所述管束插入第二管体内，所述第二管体的内径与所述管束外切圆直径大致相等。

一些实施例中，调整气压值，以使所述第一管体的管孔形成光纤插接孔，并得到光纤束套管，包括如下步骤：

在拉制过程中，实时截断，以取样；

测量样品中光纤插接孔的内径，并与d₁作差，得到差值，以及测量样品中相邻两个光纤插接孔的间距，判断所述差值与第一设定区间的关系，以及样品中相邻两个光纤插接孔的间距是否等于D；

若所述差值大于所述第一设定区间的最大值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔的间距小于D，则减小气压值，并重新取样；

若所述差值小于所述第一设定区间的最小值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔的间距大于D，则增大气压值，并重新取样；

若所述差值位于所述第一设定区间内，且样品中相邻两个光纤插接孔的间距等于D，则保持当前气压值，并拉制光纤束套管。

一些实施例中，所述第一设定区间为1μm～3μm。

一些实施例中，在向所述第一管体的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时，调整气压值，以使所述第一管体的管孔形成光纤插接孔之后，在得到光纤束套管之前，还包括如下步骤：

对所述光纤插接孔一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口。

一些实施例中，所述光纤插接孔一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口，包括如下步骤：

使所述光纤插接孔内吸入溶剂；

将所述光纤插接孔一端置于氢氟酸中，并进行溶蚀，直至该端形成喇叭口。

第二方面，提供了一种光纤束套管，其用于供单模光纤插接，以使插入所述光纤束套管后的单模光纤与多芯光纤熔接，并形成多芯光纤耦合器，该光纤束套管包括主体，所述主体上具有多个用于单模光纤插入的光纤插接孔，所述光纤插接孔满足如下条件：

d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d为所述光纤插接孔的内径，d₁为用于插入所述光纤插接孔的单模光纤的直径；两个相邻的所述光纤插接孔的间距D_孔等于所述多芯光纤中两个相邻纤芯的间距D。

第三方面，提供了一种多芯光纤耦合器的制备方法，其包括如下步骤：

提供如上所述的光纤束套管；

将单模光纤插入所述光纤束套管的光纤插接孔中，并点胶固定；

对插接有单模光纤的光纤束套管进行切割，以形成熔接端；

将多芯光纤与所述熔接端对准，并熔接。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种光纤束套管及其制备方法、多芯光纤耦合器的制备方法，根据多芯光纤的纤芯圆心的几何排布，对第一管体进行堆叠成束，在加热条件下，进行熔融拉制，并利用通入管孔中的气体来调整光纤插接孔的大小以及相邻光纤插接孔的间距，以使之满足要求，由此制备得到光纤束套管，将单模光纤插入光纤束套管的光纤插接孔中，通过光纤插接孔的约束，可以防止单模光纤束的结构发生变化，从而避免单模光纤与多芯光纤出现对准偏差，故可以解决相关技术中耦合损耗大、纤芯间耦合不均匀的问题。

本申请实施例提供的光纤束套管的制备方法，可以进行标准化生产，以生产出规格相同的光纤束套管，在进行多芯光纤耦合器制作时，即使是不同批次制作的，其耦合损耗大致相同，故本申请有利于多芯光纤耦合器的工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的多芯光纤示意图；

图2为本申请实施例提供的管束示意图；

图3为本申请实施例提供的光纤束套管示意图(插接有单模光纤)；

图4为本申请实施例提供的光纤束套管立体图。

图中：1、多芯光纤；2、第一管体；3、光纤插接孔；4、第二管体；5、单模光纤。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种光纤束套管的制备方法，其能解决相关技术中耦合损耗大、纤芯间耦合不均匀的问题。

参见图1、图2、图3和图4所示，本申请实施例提供了一种光纤束套管的制备方法，该光纤束套管用于供单模光纤5插接，以使插入光纤束套管后的单模光纤5与多芯光纤1熔接，并形成多芯光纤耦合器，该制备方法包括如下步骤：

101：根据多芯光纤1，选取多根第一管体2；

102：按照多芯光纤1的纤芯圆心的几何排布，将各第一管体2堆叠成管束；

103：向第一管体2的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，通入的气体可以采用如氩气、氮气等惰性气体，同时，调整气压值，以使第一管体2的管孔形成光纤插接孔3，并得到光纤束套管，其中，光纤插接孔3满足如下条件：d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d₁为用于插入光纤插接孔3的单模光纤5的直径，两个相邻的光纤插接孔3的间距D_孔等于多芯光纤1中两个纤芯的间距D；d＞d₁，且d-d₁的值限定在一个设定区间内，可以便于单模光纤5顺利地插入光纤插接孔3中，第一设定区间的具体大小，可以根据实际制备需求进行选择，确保既不太大，以免光纤损耗太大，也不太小，以免单模光纤5难以插入。D_孔与D尽可能地相等，以确保尽可能地无耦合损耗，当然了，如果存在微小的差距，只要能够满足相应的耦合损耗要求也是可以的。

本申请实施例提供的光纤束套管的制备方法，根据多芯光纤1的纤芯圆心的几何排布，对第一管体2进行堆叠成束，在加热条件下，进行熔融拉制，并利用通入管孔中的气体来调整光纤插接孔3的大小以及相邻光纤插接孔3的间距，以使之满足要求，由此制备得到光纤束套管，将单模光纤5插入光纤束套管的光纤插接孔3中，通过光纤插接孔3的约束，可以防止单模光纤束的结构发生变化，从而避免单模光纤5与多芯光纤1出现对准偏差，故可以解决相关技术中耦合损耗大、纤芯间耦合不均匀的问题。

本申请实施例提供的光纤束套管的制备方法，可以进行标准化生产，以生产出规格相同的光纤束套管，在进行多芯光纤耦合器制作时，即使是不同批次制作的，其耦合损耗大致相同，故本申请有利于多芯光纤耦合器的工业化生产。

申请人经过反复的试验和验证后发现，采用激光打孔时，孔内的粗糙度较大，如果不进行表面处理，其一方面，在后续制造耦合器件时，单模光纤难以插入；其二方面，如果进行表面处理，则需增加工序，不仅仅要进行处理，还需要反复测量粗糙度，反复打磨，过程复杂，且对孔壁处理较为麻烦；其三方面，激光打孔目前还不能完全解决孔之间平行度的问题。而采用本申请则可以解决上述问题。

此外，由于激光打孔是利用了激光与物质之间的热物理传导，管体存在应力集中，这种应力集中现象会造成细微的肉眼不可见的裂纹，这些瑕疵都会对耦合产生影响，而本申请加热熔融拉制，则可以避免应力集中的问题。

在一些优选的实施例中，第一设定区间为1μm～3μm。

参见图1、图2和图3所示，上述步骤101具体包括如下步骤：

201：测量多芯光纤1中两个相邻纤芯的间距D，比值m＝d/D；

202：为了后续拉制的工艺实现的可行性，选取满足如下条件的玻璃管为第一管体2：|m-m₀|≤设定值，比值m₀＝d₀/D₀，d₀为第一管体2内径，D₀为第一管体2外径，且D₀/D位于第二设定区间内；

203：根据多芯光纤1的纤芯数量，选取数量相同的第一管体2。

在一些优选的实施例中，设定值可以选择为8％、10％或12％等值，较优地，选择10％。

在一些优选的实施例中，第二设定区间可以选择为40％～50％。

在一些优选的实施例中，参见图2所示，步骤103中，在进行熔融拉制之前，还包括如下步骤：将管束插入第二管体4内，第二管体4的内径与管束外切圆直径大致相等。第二管体4也采用玻璃管，设置第二管体4的好处是，对管束进行约束，以便于熔融拉制。

实际拉制过程中一般高温炉温度控制在1700-1800℃之间，由于管束在拉制过程中，高温情况下管孔会塌陷或者扩张，很难控制到d-d₁位于第一设定区间内，以及相邻两个光纤插接孔3的间距等于D，拉制时如果不进行其他控制情况下，会发生较大的偏差，故，在一些优选的实施例中，调整气压值，以使第一管体2的管孔形成光纤插接孔3，并得到光纤束套管，包括如下步骤：

301：在拉制过程中，实时截断，以取样；

302：测量样品中光纤插接孔3的内径，并与d₁作差，得到差值，以及测量样品中相邻两个光纤插接孔3的间距，判断差值与第一设定区间的关系，以及样品中相邻两个光纤插接孔3的间距是否等于D；

若差值大于第一设定区间的最大值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔3的间距小于D，则减小气压值，并重新取样；

若差值小于第一设定区间的最小值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔3的间距大于D，则增大气压值，并重新取样；

若差值位于第一设定区间内，且样品中相邻两个光纤插接孔3的间距等于D，则保持当前气压值，并拉制光纤束套管。

一般的气压值与当地大气压的差值在-10kpa～10kpa之间。

在一些优选的实施例中，参见图4所示，在向第一管体2的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时，调整气压值，以使第一管体2的管孔形成光纤插接孔3之后，在得到光纤束套管之前，还包括如下步骤：对光纤插接孔3一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口30，形成喇叭口30的目的是方便单模光纤5插入光纤插接孔3中。

在一些优选的实施例中，对光纤插接孔3一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口30，包括如下步骤：

401：使光纤插接孔3内吸入溶剂；

光纤插接孔3进行预虹吸，虹吸密度1～1.3g/cm³的溶剂，如水、植物油等可以溶解HF的液体，再将光纤插接孔3竖直；

402：将光纤插接孔3一端置于氢氟酸中，并进行溶蚀，控制氢氟酸温度为15℃～30℃，溶蚀时间120～200min，直至该端形成喇叭口30。氢氟酸HF体积分数为20％～40％。

插入氢氟酸后，光纤插接孔3里面有溶剂存在，光纤插接孔3外面都是氢氟酸，这样，由于毛细现象，氢氟酸会往光纤插接孔3里面向上运动，自下而上，光纤插接孔3内氢氟酸的浓度逐渐减小，这样浓度差异造成同样时间内溶蚀的尺寸不一样，从而形成喇叭口30。

参见图3所示，本申请实施例还提供了一种光纤束套管，其用于供单模光纤5插接，以使插入光纤束套管后的单模光纤5与多芯光纤1熔接，并形成多芯光纤耦合器，该光纤束套管包括主体，主体上具有多个用于单模光纤5插入的光纤插接孔3，光纤插接孔3满足如下条件：d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d为光纤插接孔3的内径，d₁为用于插入光纤插接孔3的单模光纤5的直径；两个相邻的光纤插接孔3的间距D_孔等于多芯光纤1中两个相邻纤芯的间距D。

本实施例的光纤束套管可以采用如上各实施例提供的制备方法制备而成。

本申请实施例还提供了一种多芯光纤耦合器的制备方法，其包括如下步骤：

501：提供如上的光纤束套管；

502：将单模光纤5插入光纤束套管的光纤插接孔3中，并点胶固定；

503：对插接有单模光纤5的光纤束套管进行切割，以形成熔接端，确保切割端面在2°以内；

504：将多芯光纤1的纤芯与熔接端的各个单模光纤5的纤芯对准，并熔接。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光纤束套管的制备方法，所述光纤束套管用于供单模光纤(5)插接，以使插入所述光纤束套管后的单模光纤(5)与多芯光纤(1)熔接，并形成多芯光纤耦合器，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

根据多芯光纤(1)，选取多根第一管体(2)；

按照所述多芯光纤(1)的纤芯圆心的几何排布，将各所述第一管体(2)堆叠成管束；

向所述第一管体(2)的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时，调整气压值，以使所述第一管体(2)的管孔形成光纤插接孔(3)，并得到光纤束套管；

其中，所述光纤插接孔(3)满足如下条件：

d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d为所述光纤插接孔(3)的内径，d₁为用于插入所述光纤插接孔(3)的单模光纤(5)的直径；两个相邻的所述光纤插接孔(3)的间距D_孔等于所述多芯光纤(1)中两个相邻纤芯的间距D。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，根据多芯光纤(1)，选取多根第一管体(2)，包括如下步骤：

测量所述多芯光纤(1)中两个相邻纤芯的间距D，比值m＝d/D；

选取满足如下条件的玻璃管为第一管体(2)：|m-m₀|≤设定值，比值m₀＝d₀/D₀，d₀为第一管体(2)内径，D₀为第一管体(2)外径，且D₀/D位于第二设定区间内；

根据多芯光纤(1)的纤芯数量，选取数量相同的所述第一管体(2)。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述设定值为10％，所述第二设定区间为40％～50％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行熔融拉制之前，还包括如下步骤：

将所述管束插入第二管体(4)内，所述第二管体(4)的内径与所述管束外切圆直径大致相等。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，调整气压值，以使所述第一管体(2)的管孔形成光纤插接孔(3)，并得到光纤束套管，包括如下步骤：

在拉制过程中，实时截断，以取样；

测量样品中光纤插接孔(3)的内径，并与d₁作差，得到差值，以及测量样品中相邻两个光纤插接孔(3)的间距，判断所述差值与第一设定区间的关系，以及样品中相邻两个光纤插接孔(3)的间距是否等于D；

若所述差值大于所述第一设定区间的最大值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔(3)的间距小于D，则减小气压值，并重新取样；

若所述差值小于所述第一设定区间的最小值，和/或样品中相邻两个光纤插接孔(3)的间距大于D，则增大气压值，并重新取样；

若所述差值位于所述第一设定区间内，且样品中相邻两个光纤插接孔(3)的间距等于D，则保持当前气压值，并拉制光纤束套管。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述第一设定区间为1μm～3μm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在向所述第一管体(2)的管孔中通入气体，并进行熔融拉制，同时，调整气压值，以使所述第一管体(2)的管孔形成光纤插接孔(3)之后，在得到光纤束套管之前，还包括如下步骤：

对所述光纤插接孔(3)一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口(30)。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对所述光纤插接孔(3)一端进行溶蚀，以使该端形成喇叭口(30)，包括如下步骤：

使所述光纤插接孔(3)内吸入溶剂；

将所述光纤插接孔(3)一端置于氢氟酸中，并进行溶蚀，直至该端形成喇叭口(30)。

9.一种光纤束套管，其用于供单模光纤(5)插接，以使插入所述光纤束套管后的单模光纤(5)与多芯光纤(1)熔接，并形成多芯光纤耦合器，其特征在于：该光纤束套管包括主体，所述主体上具有多个用于单模光纤(5)插入的光纤插接孔(3)，所述光纤插接孔(3)满足如下条件：

d＞d₁，且d-d₁位于第一设定区间内，d为所述光纤插接孔(3)的内径，d₁为用于插入所述光纤插接孔(3)的单模光纤(5)的直径；两个相邻的所述光纤插接孔(3)的间距D_孔等于所述多芯光纤(1)中两个相邻纤芯的间距D。

10.一种多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

提供如权利要求9所述的光纤束套管；

将单模光纤(5)插入所述光纤束套管的光纤插接孔(3)中，并点胶固定；

对插接有单模光纤(5)的光纤束套管进行切割，以形成熔接端；

将多芯光纤(1)与所述熔接端对准，并熔接。

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