CN112789534A - 光波导适配器组件 - Google Patents

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Abstract

一种光波导适配器组件，包括：实芯光波导，其在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第一光模式场尺寸的实心波导芯；空芯光波导，其在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第二光模式场尺寸的空心波导芯；以及光模式场适配器，其在第一端和第二端之间延伸并且具有波导芯，所述波导芯被配置为基本上在所述光模式场适配器的第一端处的第一光模式场尺寸和所述光模式场适配器的第二端处的第二光模式场尺寸之间改变波导光信号的光模式场，所述光模式场适配器的第一端接合到所述实芯光波导的耦合端，以在所述实芯光波导的波导芯和所述光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合，并且所述光模式场适配器的第二端接合到所述空芯光波导的耦合端，以在所述空芯光波导的波导芯和所述光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合。

Description

光波导适配器组件
技术领域
本发明涉及光波导适配器组件。
背景技术
光纤的重要用途是用于短距离和长距离的数据传输，诸如用于电信应用。常规上，已经使用具有被配置用于传播单个光模式(单模式或SM光纤)或多个光模式(多模式或MM光纤)的实心波导芯的光纤。广泛使用的示例是承载约1550nm波长的光信号的二氧化硅光纤，在这个波长处二氧化硅的损耗最低，从而可以以最小的衰减在长距离上传播信号。可以将用于承载数据信号的光纤包装到在外护套内包含一根或多根光纤的光缆中，该外护套在光纤的部署和使用期间保护光纤。
当已安装光缆以实现沿着期望路径的光通信时，光缆内的光纤需要在路径的任一端光学地和机械地耦合到装置，包括光发射器和光接收器，以生成和检测光信号。常规上，对于实芯(solid core)单模式光纤，连接是通过将光缆的每根光纤的每一端以永久性粘合接头拼接到收发器装置的相应光纤或通过将机械连接器装配到可与装配在收发装置的光纤上的类似连接器啮合的光缆光纤端部(连接器化)来实现的。在安装光缆之后，必须在使用时进行拼接连接。可以在安装光缆之前或之后附接连接器。连接器化和拼接都被广泛使用，并且使得能够进行快速且低成本的连接。
但是，全球数据流量的增长已经使常规光纤的基本限制成为现实。再加上大型数据中心和5G网络等新兴技术的数据传输需求以及诸如感测、计量和定时同步等光纤应用对精度的要求，这提出了对具有优异性能的新一代光纤的要求。空芯(hollow core)光纤是满足其中许多需求的有吸引力的选项。
空芯纤维通过在空气而非玻璃中引导光来提供常规实芯纤维的替代方案。这使得能够以接近真空的光速、更高的光功率和更宽的光带宽进行数据传输，并且相对不受诸如非线性和热光效应等问题的影响，这些问题会影响光波在实心材料中传播。空芯纤维可以以与常规光纤相同的方式包装成可部署用于光数据传输的光缆形式，但与配置用于连接到实芯纤维的现有收发器装置不直接兼容。这在推出用于数据传输的空芯纤维方面构成了重大障碍。当前，提供结合有空芯光纤输入和输出的备用收发器装置是昂贵且不切实际的解决方案。使用常规的拼接或连接器化技术以及通常在适当位置(诸如，数据中心)可用的工具将空芯光纤耦合到现有的实芯装置是不可行的。常规单模式光纤和空芯纤维的模式场(mode field)直径明显不匹配，导致两种纤维类型的直接接合无法奏效。另外，空芯纤维的结构在实地实现耦合时带来困难。如果被暴露，那么空芯应该被密封以防止污染物进入到纤维中，并且芯周围的高度结构化且精细的包层易受机械和热损伤。
因此，使得空芯光纤能够与基于实芯光纤的装置一起使用的方法是令人关注的。
发明内容
在所附权利要求中阐述了各个方面和实施例。
根据本文描述的某些实施例的第一方面，提供了一种光波导适配器组件，包括：实芯光波导，其在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第一光模式场尺寸的实心波导芯；空芯光波导，其在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第二光模式场尺寸的空心波导芯；以及光模式场适配器，其在第一端和第二端之间延伸并且具有波导芯，该波导芯被配置为基本上在光模式场适配器的第一端处的第一光模式场尺寸和光模式场适配器的第二端处的第二光模式场尺寸之间改变波导光信号的光模式场，光模式场适配器的第一端接合到实芯光波导的耦合端，以在实芯光波导的波导芯和光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合，并且光模式场适配器的第二端接合到空芯光波导的耦合端，以在空芯光波导的波导芯和光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合。
根据本文描述的某些实施例的第二方面，提供了一种光纤光缆，包括用于限定光信号传输路径的至少一个传输空芯光波导，以及根据第一方面的光耦合到至少一个传输空芯光纤的至少一端的光波导适配器组件。
根据本文描述的某些实施例的第三方面，提供了一种光信号传输系统，包括光信号发射器、光信号接收器、容纳限定光信号发射器和光信号接收器之间的光信号传输路径的至少一个传输空芯光波导的光纤光缆、根据第一方面的将发射器和至少一个传输空芯光波导的第一端光学互连的第一光波导适配器组件、以及根据第一方面的将接收器和至少一个传输空芯光波导的第二端光学互连的第二光波导适配器组件。
根据本文描述的某些实施例的第四方面，提供了一种安装光信号传输系统的方法，该方法包括：部署传输空芯光波导以限定光信号传输路径；通过在光波导适配器组件的空芯光波导的自由端和传输空芯光波导的第一端之间形成拼接，将根据第一方面的光波导适配器组件接合到传输空芯光波导；以及接合光波导适配器组件的实芯光波导的自由端，以形成与第一光收发器装置的光耦合。
在所附的独立和从属权利要求中阐述了某些实施例的这些和其它方面。将认识到的是，从属权利要求的特征可以彼此组合，并且独立权利要求的特征可以与除了权利要求中明确阐述的那些之外的特征组合。此外，本文描述的方法不限于诸如以下阐述的具体实施例，而是包括并考虑本文呈现的特征的任何适当组合。例如，可以根据本文描述的方法来提供光纤适配器组件，其包括下面适当描述的各种特征中的任何一个或多个特征。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出本发明可以如何付诸实践，现在以示例的方式参考附图，其中：
图1示出了常规的光纤信号传输系统的简化示意图；
图2示出了空芯到空芯光纤拼接的强度测试结果的条形图；
图3示出了本公开可适用的示例性空芯光子带隙光纤的示意性横截面图；
图4示出了本公开可适用的第一示例性反谐振空芯光纤的示意性横截面图；
图5示出了本公开可适用的第二示例性反谐振空芯光纤的示意性横截面图；
图6示出了根据本公开的示例的含有空芯光纤和光波导适配器组件的光纤信号传输系统的简化示意图；
图7示出了根据本公开的示例的光波导适配器组件的简化的示意性纵向截面图；
图8示出了实芯光纤和空芯光纤的示意性纵向截面图，以及它们各自的横向光模式场的表示；
图9示出了根据本公开的光波导适配器组件的第一示例的简化的示意性纵向截面图；
图10示出了根据本公开的光波导适配器组件的第二示例的简化的示意性纵向截面图；
图11示出了根据本公开的光波导适配器组件的第三示例的简化的示意性纵向截面图；
图11A示出了图11的示例中的模式场适配器的修改版本的简化的示意性纵向截面图；
图12示出了根据本公开的光波导适配器组件的第四示例的简化的示意性纵向截面图；
图12A示出了图12的示例中的模式场适配器的修改版本的简化的示意性纵向截面图；
图13示出了根据本公开的光波导适配器组件的第五示例的简化的示意性纵向截面图；
图14示出了从根据本公开的光波导适配器记录的插入损耗测量的条形图；以及
图15示出了其中可以使用根据本公开的光波导适配器组件的示例性方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
本文讨论/描述了某些示例和实施例的方面和特征。某些示例和实施例的一些方面和特征可以以常规方式实现，并且为了简洁起见，没有详细讨论/描述这些方面和特征。因此，将认识到，本文中未详细描述的光纤组件和方法的方面和特征可以根据用于实现这些方面和特征的任何常规技术来实现。
图1示出了常规的光信号传输系统101的简化示意图，该光信号传输系统101具有用于在发射器和接收器之间传输光信号的光纤传输路径。传输路径具有通常容纳在光纤光缆104中的一根或多根二氧化硅实芯光纤(单模式或可能多模式)的形式，光纤光缆104在可以被布置在纤维束或纤维组中的一根或多根纤维周围提供一个或多个层或涂层，以提供保护性护套。被配置用于光信号的产生和传输的发射器102被定位在光纤光缆104的第一端，其输出耦合到光缆104中的一根或多根纤维，使得可以在一根或多根纤维中发射光信号，以沿着传输路径传播。在光缆104的与第一端相对的第二端处，被配置用于接收和检测光信号的接收器103类似地经由输入耦合到一根或多根纤维。发射器102的输出和光缆104的第一端通过被称为跳线(patchcord)的光纤108互连。跳线108和光缆104通过一个或多个连接器105接合，连接器105可以在沿着传输路径的线路安装光缆104之前或之后被装配到光缆104和跳线108的端部。类似的跳线纤维113、114和连接器布置112使光缆104的第二端与接收器103互连。组成跳线的光纤108、113、114比光缆104短得多，通常短于20米，而光缆104的长度可以在100m或更短到100公里或更长。传输路径还可以包括模式剥离器，该模式剥离器要么位于作为光缆104的一部分的位置110，要么位于在跳线内光缆104的端部之后的位置111，该跳线包括在连接器112和模式剥离器111之间的纤维113和在模式剥离器111和接收器103之间的另一根纤维114。模式剥离器也可以被包括在光缆104的发射器端。
光缆104也很可能在从第二端到第一端的相反的方向上承载光信号。这可以在光缆104内的不同光纤中，或者作为在光缆104中的同一根光纤或多根光纤中的反向传播信号。因此，发射器102还可以被配置成可作为接收器操作，并且接收器103还可以被配置成可作为发射器操作。术语“收发器”、“收发器装置”和“收发器设备”可以用于包括这些各种替代方案，并且在本文中将用于指示位于光纤传输路径(由包含两根或更多根纤维的光纤或光纤组件或包含两根或更多根光纤或光纤组件的光纤光缆来实施)的端部并且可操作为在将光信号发射到传输路径中以沿其传播和/或沿其传播之后从传输路径接收光信号中发挥作用的装置或设备。
为了适应现代光信号传输应用的不断发展的需求，期望用包含一个或多个空芯光纤的光缆代替诸如图1的常规系统的实芯光纤光缆104。但是，空芯纤维不能使用拼接或连接器化的常规纤维耦合方法实用地或容易地接合到配置有实芯纤维输入和输出的现有收发器设备。空芯纤维的复杂内部结构(包括被由多个空隙组成的结构化包层围绕的空芯(在下面更详细描述))当经受用于耦合实芯纤维的常规技术时容易受到损坏和污染。而且，由空芯纤维支撑的光模式趋于与实芯纤维的光模式明显不匹配，使得直接接头引入了显著的传输损耗，和/或易于将光发射到非期望的可能在空芯纤维中被引导可观距离的更高阶模式。此外，典型的实芯纤维和典型的空芯纤维的外部物理直径可以显著不同；这也导致拼接困难[1]。空芯纤维的直径可能超过200μm(因为其大的模式场直径决定了厚的玻璃包层，以减少微弯曲和宏弯曲损耗)，而目前用于电信用途的单模式实芯纤维的直径为125μm，并且对于较小的纤维存在商业压力。
但是，虽然在已部署的光纤光缆端部的环境中在收发器和其它装置中将空芯纤维接合到实芯纤维是有问题的，但是已经发现将一段空芯纤维拼接到另一段空芯纤维在这种情况下是令人惊讶地可实现的和有效的。
先前的工作[2]已证明，在验证测试中，将光子带隙类型的空芯纤维(在下文中进一步描述)拼接到自身以产生能够在200ms或更长时间段内承受2N的力并提供0.16dB的低传输损耗的健壮接合。本发明人已进一步优化了这种拼接过程，以实现能够承受4至5N及以上的力的更牢固的接合，尽管其具有不超过0.5dB的略高损耗。该损耗水平对于电信应用是可接受的，并且提高的强度能力表明该技术适合于诸如在数据中心实地使用。所使用的拼接机器也适合在这样的环境中工作。
图2示出了通过测试一组这样的空芯至空芯纤维拼接而测得的强度的条形图。示出了演示几个水平的断裂强度(力被施加到拼接以引起断裂)中的每个水平的拼接数量。在11个拼接中，每个拼接承受的断裂力至少为4N，而大多数拼接(11个拼接中的6个)能够承受超过5N的力，其中3个拼接承受超过6N。这种健壮性表明：在实地，即在受控实验室或制造条件之外，空芯光纤的拼接是高度可实现的。
鉴于实地的空心芯纤维拼接的这种出乎意料的可行性，本公开提出了一种用于空芯光纤(诸如被包括在光纤光缆中的空芯光纤)的光波导适配器组件。适配器组件包括空芯光纤的一部分、实芯光纤的一部分以及介于空芯光纤和实芯光纤之间的模式场适配器。模式场适配器被配置为根据通过适配器组件的光信号的传播方向将实芯纤维中支持的光模式场的尺寸转换成空芯纤维中支持的光模式场的尺寸，反之亦然，使得与没有模式场适配器的相同纤维到纤维过渡相比，光信号可以以减少的传输损耗从一根纤维传播到另一根纤维。适配器组件可以在实现各种组件之间的高质量、低损耗的接合的适当制造设施(例如，工业或实验室环境)中制造。然后可以提供适配器组件以供实地使用。当沿着用于光信号传输的所需路径部署或安装包含一根或多根空芯纤维的光纤光缆时，可以通过使用诸如[2]中的拼接技术(可能具有进一步优化)将适配器组件的空芯纤维部分的自由端拼接到光缆中的空芯纤维的端部，将适配器组件接合到光缆，并根据标准的实芯光纤耦合方法，通过将适配器组件的实芯纤维部分的自由端拼接到收发器装置的实芯纤维输入或输出或者通过使自由端连接器化并将连接器啮合到装置上的实芯纤维连接器来将适配器组件接合到收发器装置。通过在光缆的相对端重复该操作，并且对于光缆中与实现光传输路径所需的一样多的空芯纤维，可以将空芯光纤简单方便地合并到光信号传输系统中。
替代地，在部署光缆之前，可以将适配器组件拼接到光缆中的空芯光纤的一个或多个端部。在安装光缆之后，然后仅需要将适配器组件连接到光缆一端的收发器装置中的实芯纤维，即可将光缆集成到光传输系统中。
空芯光纤具有其中引导光的芯，其包括中央空隙(通常填充空气，但也可替代地填充其它气体或气体混合物或真空)，该中央空隙被包层围绕，该包层包括沿着纤维长度延伸的纵向毛细管的结构化布置。与实芯纤维相比，实心玻璃芯的不存在减少了在玻璃中传播的引导光波的比例，从而提供诸如提高传播速度、减少由吸收和散射导致的损耗并减少非线性相互作用的优点。
空芯光纤可以根据其光引导机制被分类为两大类别或类型：空芯光子带隙纤维(HCPBF，通常也被称为空芯光子晶体纤维HCPCF)[3]和反谐振空芯纤维(AR-HCF或ARF)[4]。按照其几何结构的特征，ARF有各种子类别，包括kagome纤维[5，6]、嵌套式反谐振无节点纤维(NANFs)[7]和管状纤维[8]。本公开适用于所有类型的空芯纤维，包括这两个主要类别及其相关联的子类型以及其它空芯设计。注意，在本领域中，对于各种类别的纤维，有一些术语的重叠使用。为了本公开的目的，术语“空芯纤维”旨在覆盖如上所述的这些具有空芯的纤维的所有类型。术语“HCPBF”和“HCPCF”用于指具有通过光子带隙效应(下面更详细描述)提供波导的结构的空芯纤维。术语“ARF”和“反谐振空芯纤维”用于指具有通过反谐振效应(也在下面更详细地描述)提供波导的结构的空芯纤维。
图3示出了示例性HCPBF 10的截面图。在这种纤维类型中，结构化的内部包层1包括许多小玻璃毛细管的规则紧密排列的阵列，从中排除了中心基团以定义基本上圆形的空芯2。包层结构的周期性提供了周期性地结构化的折射率，从而提供了光子带隙效应，该效应将传播的光波限制在朝向芯的方向。这些纤维可以按照包层毛细管或被排除在芯2之外的“单元(cell)”的数量来描述。在图3的示例中，芯区域中不存在阵列中的中央19个单元，从而使其成为19个单元芯的HCPBF。结构化包层1由围绕芯2的六个单元环形成，再第七个环中的一些单元以改善包层外表面的圆度。外部包层3围绕结构化包层1。
与HCPBF相比，反谐振空芯纤维通过反谐振光导效应来引导光。ARF的结构化包层具有更简单的配置，与HCPBF相比，它包含的玻璃毛细管或管的数量要少得多，以给出缺乏任何高度周期性的结构，使得光子带隙效应不明显。相反，提供反谐振用于传播与包层毛细管的壁厚度不谐振的波长，换句话说，由包层毛细管壁厚度限定的反谐振窗口中的波长。包层毛细管围绕提供纤维的空芯并且能够支持反谐振引导的光模式的中心空隙或空腔。结构化包层还可以支持能够主要在毛细管内部、在毛细管壁的玻璃中或在包层毛细管与光纤的外包层之间的空间或裂隙中传播的包层模式。这些附加的非芯引导模式的损耗通常比芯引导模式的损耗高很多。到目前为止，基本芯引导模式的损耗在芯引导模式中最低。由与传播的光的波长反谐振的毛细管壁厚度提供的反谐振用于抑制基本芯模式和任何包层模式之间的耦合，从而将光限制在芯上并且可以以非常低的损耗传播。
图4示出了示例性的简单反谐振空芯纤维的横截面图。纤维10具有管状外包层3。结构化的内部包层1包括多个管状包层毛细管14，在这个示例中为七个横截面尺寸和形状相同的毛细管，它们以环形布置在外包层3内部，使得每个包层毛细管14和外包层3的纵轴基本平行。每个包层毛细管14在位置16处与外包层3的内表面接触(结合)，使得包层毛细管14围绕外包层3的内周均匀间隔开，并且也彼此间隔开间隙s(相邻毛细管之间没有接触)。在ARF的一些设计中，包层管14可以相互接触定位(换句话说，如图4中那样不间隔开)，但是消除这种接触的间隔可以提高纤维的光学性能。间距s消除了在相邻管之间的接触点处出现的节点，这些节点往往会引起导致高损耗的不良谐振。因此，具有间隔开的包层毛细管的纤维可以被称为“无节点反谐振空芯纤维”。
包层毛细管14以环形围绕管状外包层3的内部的布置在纤维10内产生中央空间、空腔或空隙，其纵向轴线也平行于外包层3和毛细管14的纵向轴线，这是纤维的空芯2。芯2由包层毛细管14的外表面的向内部分限制。这是芯边界，并且构成该边界的毛细管壁的材料(例如，玻璃或聚合物)提供所需的反谐振光引导效应或机制。毛细管14在芯边界处具有厚度t，该厚度限定了在ARF中发生反谐振光导的波长。
图4仅示出了ARF的一个示例。如本文所述，许多其它可能的ARF结构可以用于光纤组件中。
图5示出了第二示例性ARF的横截面图。ARF具有结构化的内包层1，其包括六个包层毛细管14，这六个包层毛细管14围绕管状外包层3的内表面均匀地间隔开并且包围空芯2。每个包层毛细管14具有嵌套在其内部的次级较小的毛细管18，该次级较小的毛细管18在这个示例中在与主毛细管14和外包层3之间的粘合点相同的方位角位置16处粘合到包层毛细管14的内表面。这些附加的较小毛细管18可以减少光学损耗。另外的更小的第三级毛细管可以嵌套在次级毛细管18内。这种类型的带有次级毛细管和可选的更小的其它毛细管的ARF设计可以被称为“嵌套反谐振无节点纤维”或NANF[6]。
用于ARF的结构化包层的许多其它毛细管构造是可能的，并且本公开不限于上述示例。例如，毛细管不需要具有圆形横截面，和/或可以或可以不具有全部相同的尺寸和/或形状。围绕芯的毛细管的数目可以是例如四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个，但是不排除其它数目。
ARF中的包层毛细管的环形成芯边界，该边界的形状包括一系列相邻的向内弯曲表面(即，从芯的角度看是凸形的)。这与常规实芯纤维中芯-包层界面的通常向外弯曲以及HCPBF的大致圆形芯边界(参见图3)形成对比。因此，反谐振空芯纤维可以被描述为负曲率纤维。ARF的kagome类别也可以被配置为负曲率纤维，并具有成阵列的多个小毛细管的结构化包层，类似于HCPBF，但不被配置为提供光子带隙。与HCPBF相比，该引导机制通过反谐振效应工作。
在本文中，术语空芯光纤、空芯纤维、空心波导、空芯光波导和类似术语旨在覆盖根据以上示例中的任何一个和类似结构配置的光波导结构，其中光在包含多个纵向毛细管的由结构化包层围绕的空心细长空隙或芯中通过几种引导机制(光子带隙引导、反谐振引导和/或抑制耦合引导)中的任何一个被引导。毛细管包括或限定细长的孔、空隙、腔、单元或空腔，它们沿着光纤的长度或纵向范围连续地延伸，基本平行于也沿着纤维的长度连续地延伸的细长的芯。这些各种术语可以在本公开中互换使用。
提供本文公开的光纤适配器组件允许将空芯光纤与现有的和常规的收发器以及旨在与常规实芯光纤一起使用的其它装置一起用于光纤传输路径。通过将空芯纤维和实芯纤维之间的接合放置在自包含的适配器组件(该适配器组件一旦制成，就可以相对紧凑且可便携)内，可以用相关的工具、装置和清洁条件在适当的制造设施中进行这种接合的复杂性，以实现高质量的耦合。然后，适配器组件可以使用适用于本领域中的直接实现并且通常在普遍使用中已经良好确立的简单的拼接和连接器化技术轻松地插在已安装的空芯光纤光缆的端部与实芯收发器装置之间。
图6示出了根据本公开的方面配置的示例性光纤信号传输系统201的简化示意图。与图1中所示的常规系统一样，该系统包括光纤光缆204，该光纤光缆在发射器102和接收器103之间提供光纤传输路径。但是，在这种情况下，光纤光缆204包含至少一个空芯光波导或光纤。它还可以可选地包含至少一个实芯(单模式或多模式)光波导或光纤。在光缆204的每一端，有如本文所提出的光纤适配器组件(替代地，光波导适配器组件)205，其将光缆204接合到收发器装置102、103。适配器组件205也可以被称为纤维尾纤、尾纤、或简称为尾巴，因为它形成了整个光缆的端部或尾巴部分。每个适配器组件205包括模式场适配器208，其使空芯光纤或波导207的一部分与实芯光纤或波导206的一部分光耦合。空芯纤维207的该部分在其远离模式场适配器208的自由端处通过拼接209接合到光缆204中的空芯波导。实芯纤维206的该部分在其远离模式场适配器208的自由端处通过拼接202或经由设在收发器装置102、103上以及在实芯纤维部分206的端部上的啮合连接器202接合到收发器装置102、103。注意，在传输路径的任一端或两端，在适配器组件205的实芯纤维206与收发器装置102、103之间可以包括其它光学部件或附加长度的实芯光纤，并且附加长度的空芯光纤可以被包括在适配器组件205的空芯光纤和光缆204之间。
光纤传输系统还将可能包括在沿着传输路径的位置安装的附加的纤维部件。例如，掺铒纤维放大器(EDFA)通常用于沿着长传输路径按间隔增强信号强度。这些必须且不可避免地基于实心光纤形式的光学增益介质，因此与空芯纤维不直接兼容。但是，如本文公开的适配器组件可以用于EDFA或其它实心纤维设备(诸如，纤维滤波器或可重新配置的光分插复用器(ROADM))的输入和输出，以使得将其集成到空芯光纤传输系统中。
图7示出了穿过根据示例的光波导适配器组件205的简化的示意性纵向截面。在左侧(如图所示)是空芯光波导207的长度或部分。与图3、4和5中所示的各种类型的空芯光纤一致，空芯波导部分具有中央空芯2，该中央空芯2被内包层1包围，该内包层1包括沿着波导的长度延伸的毛细管或纵向腔的结构化布置。外包层3包围内包层1。在外包层3的周围设有可以包括一个层或涂层或两个或更多个不同的层或涂层的护套5，其被配置为向空芯波导207提供保护性外表面。长度通常比图7中所示的长度(该长度没有按比例绘制)更长的空芯波导部分207延伸到旨在通过拼接到被包含在光纤光缆中的可能具有相同或相似结构的空芯波导的端部而被接合的自由端207a。
在适配器组件205的右侧是实芯波导206的长度或部分，其可以是常规的构造、由二氧化硅制成。它包括由实心包层213包围的中央实芯212(替代地，其可以被结构化成诸如具有与芯212相邻并延伸穿过基本平行于芯212的包层材料的细长孔或腔)。实芯波导206被配置用于常规的波导，其中实芯212具有第一折射率值，并且周围的包层213具有低于第一折射率值并借助于包层213的材料和/或结构来提供的第二折射率值。因此，由于芯212和包层213之间的折射率差异，处于一种或多种芯模式的光以已知的方式被引导，以通过芯-包层边界处的全内反射沿着芯212传播。在波导的横向轮廓上，芯折射率可以是均一的或变化的(渐变的)。可以有用地将芯配置为主要仅引导一种光模式，因此波导作为单模式波导工作，或者在一些情况下，优选将芯配置为支持两种或更多种光模式以便成功传播，因此波导是多模式波导。各种已知的机制可能通常根据情况期望地或非期望地将来自芯的一些光耦合到包层中，并且包层本身可能通常非期望地支持一种或多种包层模式。实芯波导的芯可以由二氧化硅形成。二氧化硅可以是掺杂的或不掺杂的，并且可以是或可以不是熔融的。例如，芯可以包括掺杂有锗、磷和铝中的一个或多个的二氧化硅(熔融的或未熔融的)。类似地，实芯周围的包层可以由二氧化硅形成，其可以是熔融的二氧化硅，并且可以是或可以不是掺杂的。例如，包层可以包括掺杂有氟和/或硼的二氧化硅，或者掺杂有氟和/或硼的熔融二氧化硅。然而，实芯波导不限于由二氧化硅形成，其它材料(无论是否掺杂)都可以用于芯和包层中的任何一者或两者。类似地，可以使用其它掺杂剂材料。实芯波导部分206还包括设在包层213周围的护套214，其可以包括被配置为向实芯波导206提供保护性外表面的一个层或涂层或两个或更多个不同的层或涂层。长度通常比图7中所示的长度更长的实芯波导部分206延伸到自由端206a，该自由端旨在在与收发器装置的光通信中被接合到实芯波导。该接头可以通过拼接或通过连接器化来实现，在这种情况下，自由端206a装配有被配置为与收发器装置上的互补连接器啮合的连接器(未示出)或旨在耦合到收发器装置的一段实芯光纤。
波导部分206、207的与自由端206a、206b(适配器组件201可以通过其连接到光信号传输系统中)相对的端206b、207b光耦合到模式场适配器215的任一侧。可以采用模式场适配器的各种设计；一些示例将在下面更详细地描述。
注意的是，在本公开中，术语“光纤”、“纤维”、“光波导”和“波导”通常可互换使用，以表示配置有实现波导的芯和(一层或多层的)包层的光学结构。芯和包层可以嵌入在其它各种层中或者被其它各种层包围，可能与其它波导结构一起，使得该结构单独不能被视为光纤，或者芯和包层可以具有简单的涂层或护套布置以提供光纤结构。但是，术语“光纤”和“纤维”的使用也应理解为还包括没有清楚地涂覆或包覆成简单纤维形式的芯和包层布置，相反，术语“光纤”和“光波导”应理解为包括芯和包层以及提供纤维形式的护套或护套布置。
类似地，术语“光纤适配器组件”、“光波导适配器组件”和“适配器组件”在本文中可以互换使用。
图8是与空芯波导相邻的实芯波导的简化的示意性纵向横截面图，以图示本公开的光纤适配器组件旨在解决的光学情景。实芯波导306，为简单起见，显示为实芯212和周围的包层213，通过沿着所述芯212波导能够支持传播的光波或模式。该模式是波导306能够传播的基本芯模式，其具有带如图8中所绘出的功率或强度分布306c的横向光学场。空芯波导307，为简单起见，显示为空芯2和结构化的内部包层2以及周围的外包层3，类似地支持基本芯模式，其具有如图8中所绘出的横向光场307c。虽然图8并非精确按比例绘制，但两个波导的相对尺寸及其相应的光场说明了如下现实：常规实芯波导306的基本模式场306c的直径通常比典型空芯波导307的基本模式场307c的直径小得多。实芯波导模式场直径可能是空芯波导直径的一半或更小。因此，在两个光模式场306c、307c之间存在明显的尺寸不匹配。如果两个波导306、307的相邻端306b、307b直接耦合在一起以用于从一个波导芯到另一个波导芯的光通信，那么将存在光功率的大量损耗。而且，如图8中所示，两种类型的波导306、307的包层213、3的外径通常不匹配。
本公开提出通过使用模式场适配器来解决该问题，该模式场适配器在适配器组件中将实芯纤维的一部分接合到空芯纤维的一部分，该适配器组件可以被预先制造并且可用于在实地简化空芯纤维到实芯纤维的耦合。模式场适配器是一种光波导部件或设备，其能够沿着波导结构更改通过它传播的光模式的横向光场的尺寸，从而使模式场取决于传播方向而变大或变小。因此，一根纤维的模式场直径可以被转换成另一根纤维的模式场直径(或因此更好的近似)。模式场因此被“匹配”，从而实现从一根纤维到另一根纤维的低损耗光传播。虽然已知耦合不同尺寸和构造的实芯波导，但模式场适配器通常不与空芯波导结合使用。空芯纤维很可能支持高阶模式，并且两种纤维类型之间的成功的低损耗耦合需要匹配基本模式，同时避免在空芯波导中激发这些较高阶模式。较高阶模式通常具有比基本模式高得多的传播损耗，因此是不希望的。提出的适配器组件可以实现此目的。
图9示出了第一示例性光波导适配器组件的简化横截面图。适配器组件205包括实芯的一部分、具有自由端206a和相对端206b的单模式纤维206，该相对端206b通过拼接230a光耦合到模式场适配器215a。还有空芯芯纤维207的一部分，其具有自由端207a和相对端207b，该相对端207b通过另一个拼接230b光耦合到模式场适配器215a。适配器组件205被描绘为已经与光纤光缆(图6中的204)中包括的空芯纤维204a结合安装，或者连接到这种空芯纤维。空芯纤维部分207和空芯纤维204a(由于旨在至少部分地限定光信号传输路径，所以可以被视为传输空芯光波导)通过空芯到空芯拼接230c接合在一起。
在这个示例中，模式场适配器215a具有渐变折射率(GRIN)光纤或波导的一部分的形式。GRIN纤维是这样一种纤维，其中芯240的折射率值是非恒定，因为沿着纤维横截面的半径，折射率在芯240的中心处具有最大值，并且值朝着围绕芯240的包层241逐渐减小。折射率值逐渐减小，通常遵循抛物线轮廓，以便与芯包层边界处的包层折射率值相匹配，如图9中芯240的阴影所示。这种结构去除了常规实芯纤维的芯-包层界面处折射率值的突然阶跃变化，并使GRIN纤维能够支持变化的光模式场尺寸。渐变折射率使光纤具有聚焦效果并充当透镜；适合于模式场适配器的短长度的GRIN纤维可以被称为GRIN纤维透镜。因此，当从实芯纤维部分206进入模式场适配器215a的小模式场306c沿着模式场适配器215a传播时，它被放大，直到它实现较大的模式场尺寸307c，该模式场尺寸能够以较低的损耗从模式场适配器215a平稳地传播到空芯纤维部分207中，并且对于相反的传播方向也是这样。适合于在光波导适配器组件205中使用的GRIN纤维透镜的长度约为500μm或更短，是GRIN纤维节距的四分之一[9，10]。最佳长度将取决于小模式场306c和大模式场307c的直径。准确地将光纤切割成如此小的长度(例如，在最佳长度的±10μm之内)的装置尚不普及，并且不适合非专业人士使用，因此这种将实芯和空芯纤维耦合的方法不适合实地使用。通过如本文中所提出的在适配器组件内利用GRIN纤维，使得GRIN透镜的模式匹配能力的益处以可实地部署的形式可用。
图10示出了第二示例性光波导适配器组件的简化横截面图，该光波导适配器组件是图10的示例的修改版本。在这个示例中，模式场适配器215b包括GRIN纤维216的一部分，如图9中所示。实芯波导206的第二端206b在拼接230a处耦合到GRIN纤维216。但是，在GRIN纤维216和空芯纤维207之间插入有大模式面积(LMA)光纤或波导217的一部分。LMA纤维是一种实芯纤维，与通常在光传输系统中使用的实芯纤维相比，具有更大的芯218(并且通常有更大的包层219)，并因此有更大的模式场尺寸，并且能够支持单个横向光模式或仅支持几种模式。因此，LMA纤维部分217可以被选择为具有与空芯纤维部分207以及与GRIN纤维216可获得的扩大模式场尺寸基本相同或相似的模式场尺寸。换句话说，LMA模式场与空芯纤维部分207和GRIN纤维216匹配。LMA纤维部分217通过拼接230b、230d光耦合到空芯纤维部分207和GRIN纤维216。LMA纤维部分217的长度L并不关键，并且可以考虑适配器组件205的所需总体尺寸方便地进行选择。例如，L可以在约500μm至约1000μm之间。包含LMA纤维部分217增加了模式场适配器215b的总长度，因此使得模式场适配器215b与空芯纤维部分207之间的拼接更容易接近，使得与如图9中所示的直接拼接到GRIN纤维216相比，空芯芯纤维部分207的复杂结构化包层的变形可以被减小或最小化，从而减少传输损耗。适配器组件205的制造由于包括附加部件而变得更加繁琐，但是可以通过更好地保留空芯纤维结构而改善总体光学性能。
图11示出了第三示例性光波导适配器组件的简化横截面图。如前所述，适配器组件205包括实芯的一部分、具有自由端206a和相对端206b的单模式纤维206，相对端206b通过拼接230a光耦合到模式场适配器215c。还有空芯纤维207的一部分，其具有自由端207a和相对端207b，该相对端207b通过另一个拼接230b光耦合到模式场适配器215c。适配器组件205被描绘为已经安装有被包括在光纤光缆(图6中的204)中的空芯纤维204a，或者连接到这样的空芯纤维。空芯纤维部分207和空芯纤维204a通过空芯至空芯拼接230c接合。在这个示例中，模式场适配器215c包括实芯纤维的短的附加部分，该附加部分可以具有与实芯纤维部分206相同或相似的物理结构。替代地，它可以是实芯纤维部分206的端部，使得实芯纤维部分206和模式场适配器215c是同一波导的延续，并且不存在拼接230a。为了提供期望的模式匹配，包括由包层243包围的实芯242的模式场适配器215c使其芯242在靠近空芯纤维部分207的一侧热膨胀。因此，与靠近实芯纤维部分206的端部相比，芯242在空芯纤维部分207的端部处具有增加的宽度。与实芯纤维部分206光学连通的模式场适配器215c的端部处的芯242的宽度适合于支持尺寸与实芯纤维部分206的模式场306c基本匹配的模式，并且在模式场适配器215c的拼接到空芯纤维部分207的相对端处的芯242a的宽度更大并且适合于支持尺寸与空芯纤维部分207的模式场307c基本匹配的模式。
热膨胀是用于增加实芯光波导的芯尺寸的技术。单模式实芯光波导具有掺杂材料的芯和也可以掺杂的材料的包层。将纤维的一部分(需要沿着它进行芯的热膨胀)的局部加热到高温(诸如，在1300至1450℃的范围内)会导致一种或多种掺杂剂的热扩散，这改变了折射率的局部值，因为这取决于掺杂剂浓度。因此，芯宽度增加并且芯的平均折射率减小，因此芯能够支持更大的模式场直径，这在本情况下可以与空芯纤维部分207的模式场307c匹配。为了产生模式场适配器215c，可以在提供模式场自适应的单模式实芯纤维的部分已在拼接230a处被拼接到实芯纤维部分206之前或之后实现热膨胀。关于热膨胀的更多信息可以在[11，12]中找到。
图11A示出了图11示例的模式场适配器215c的修改版本的横截面图。在该版本中，芯242具有与实芯纤维部分206的模式场模式匹配的窄宽度部分(如前面一样)以及由热膨胀形成的宽度增大的部分242a(也如前面一样)。此外，具有与膨胀宽度匹配的恒定宽度的芯部分242b从膨胀的芯区域开始，以耦合到空芯纤维部分207。该较大宽度部分242b可以通过热膨胀与增大宽度部分242a的形成一起形成，或者它可以通过将一定长度的具有较大芯的实芯纤维拼接到热膨胀的芯上来提供。
图12示出了第四示例性光波导适配器组件的简化横截面图。如前所述，适配器组件205包括实芯的一部分、具有自由端206a和相对端206b的单模式纤维206，该相对端206b通过拼接230a光耦合到模式场适配器215d。还有空芯纤维207的一部分，其具有自由端207a和相对端207b，该相对端207b通过另一个拼接230b光耦合到模式场适配器215d。适配器组件205被描绘为已经安装有被包括在光纤光缆(图6中的204)中的空芯纤维204a，或者连接到这样的空芯纤维。空芯纤维部分207和空芯纤维204a通过空芯至空芯拼接230c接合。在这个示例中，模式场适配器215d包括较短长度的具有锥形部分的实芯光波导或纤维。该波导的芯244具有如下宽度(直径)：该宽度(直径)在从实芯纤维部分206到空芯纤维部分207的方向上随着沿锥形波导的长度的距离而增加。锥形波导的包层245包围芯244并且具有类似增加的宽度。为了提供期望的模式匹配，模式场适配器215d的芯244在与实芯纤维部分206光学连通的模式场适配器215d的端部具有如下宽度：该宽度适于支持尺寸上与实芯纤维部分206的模式场306c基本匹配的模式，并且在模式场适配器215d的相对端处与空芯纤维部分207拼接的芯244的宽度更大并且适于支持尺寸上与空芯纤维部分207的模式场307c基本匹配的模式。
这种类型的锥形波导是已知的[13]，并且通过锥形维持恒定的芯和包层折射率。这与图11示例的热膨胀的芯模式场适配器形成对比，在图11示例中，芯以及可能的包层的折射率在膨胀的芯的部分中由于施加热量而改变。
图12A示出了图12的模式场适配器215d的修改版本的横截面图。在该版本中，锥形芯244仅占据模式场适配器215d的中央部分，并且在锥形部分244的任一端处设有恒定芯宽度的实芯波导的部分。在实芯纤维部分206耦合到模式场适配器215d的端部处提供宽度与锥形部分244的窄端匹配的较小的芯244a，并且在空芯纤维部分207耦合到模式场适配器215d的端部处提供宽度与锥形部分244的较宽端匹配的较大的芯244b。模式场适配器215d可以直接以所示的芯轮廓来制造，即窄的恒定宽度，然后是增加的宽度锥形，然后是宽的恒定宽度，或者可以通过将具有窄的恒定宽度的芯的一定长度的波导拼接到锥形波导的窄芯端，并且将具有宽恒定芯宽度的一定长度的波导拼接到锥形波导的宽芯端来制造。
图13示出了第五示例性光波导适配器组件的简化横截面图。该第五示例是第三和第四示例的组合，其中模式场适配器215e包括具有热膨胀的芯的波导215f的一部分，类似于图11的模式场适配器215c，通过拼接耦合到类似于图12[12]的模式场适配器215d的锥形波导215g的一部分(或类似于图12A的模式场适配器，在锥形部分的每个端部具有非锥形的芯部分)。波导部分215f的芯的热膨胀部分与锥形波导215g的锥形芯的较小端模式匹配，而这些芯的其它端以及因此模式场适配器215e的芯端整体与实芯纤维部分206和空芯纤维部分207的模式场尺寸306c、307c匹配，以在适配器组件205上提供模式匹配，如前所述。
在包括具有锥形宽度的芯的一部分(锥形波导设计和热膨胀芯设计两者)的各种示例的情况下，可以参考绝热要求来选择有锥形在其上延伸的芯的长度。如果锥形太短，那么它将变得有损耗，因此可以使其具有足够的长度以将损耗减小到期望的阈值水平以下。
如本文所公开的，用于实现模式场自适应能力以获得光纤适配器组件的实芯纤维部分和空芯纤维部分之间的模式匹配的其它替代方案和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且不排除在本公开的范围之外。
图14示出了从通过根据本公开的并且插入到一定长度的实芯纤维和一定长度的空芯纤维之间的模式场适配器的光传播测得的光损耗量的条形图(插入损耗指示跨模式场适配器的光功率减少)。模式场适配器根据图10的示例进行配置，其中标准单模式光纤作为实芯光纤部分，模式场适配器包括具有50μm直径芯的GRIN纤维和具有20μm模式场直径的LMA纤维，并且空芯纤维部分包括模式场直径为20μm的HCPBF。在九个这样的模式场适配器中，三个适配器的插入损耗为0.7dB，四个适配器的插入损耗为0.8dB，并且两个适配器的插入损耗为0.9dB。这对应于大约0.79dB的平均插入损耗，这对于实际使用而言，是可以接受的低水平。
通过在所有或任何拼接位置(在纤维部分和模式场适配器之间或在纤维部分的自由端处)都包含特征，可以对本文所述的光波导适配器组件进行修改，以进一步减少损耗。第一种选择是使用成角度的分面(facet)，其中将纤维的端部剪裁成使得分面或端面位于不垂直于纤维的纵轴的平面中。目的是减少分面处的背反射。如果在图示的示例中，使用成角度的分面来接合空芯波导和实芯波导，诸如在空芯波导部分的耦合端处的拼接位置230b处，那么两个有分面的端应成一定角度，使得当接合时，空芯波导和实芯波导的纵轴之间有一个角度，以避免或减少由分面处的折射引起的传输损耗。替代选项是在纤维部分的端部使用抗反射涂层。如果在空芯纤维部分的自由端上使用，那么在传输路径的空芯纤维部分和空芯波导之间形成拼接时，应考虑热损坏(抗反射涂层易受其影响)的风险。由于各种技术涉及显著的温度升高，因此可以认为熔融拼接是不合适的，因此机械拼接可能是优选的。抗反射涂层和成角度的分面可以一起使用。
可以将根据本公开的光波导适配器组件作为独立的部件提供，以准备好一旦空芯纤维被安装或部署在其所需的位置中以供使用，诸如在光信号传输系统中提供光信号通路，就可以用于使空芯光纤与基于实芯纤维的收发器和其它装置互连。替代地，可以在安装适配器组件之前将其接合到空芯光纤，然后将其用于实现空芯纤维与收发器装置的连接。在任一情况下，空芯纤维都可以是单个波导或纤维或纤维束，或者可以是两个或更多个空芯纤维或波导，它们一起被分组成纤维束或条带或光缆(其中在一些情况下光缆本身可以包括几束或几个条带)。任何一组纤维也可能包括任何数量的非空芯纤维。同样，为方便起见，可以在单个外壳或护套或其它外层中将两个或更多个适配器组件包装在一起，使得可以通过单个组件将一组中的多个空芯纤维连接到多个实芯纤维。
注意的是，图9至图13的附图仅将波导部分206、207和模式场适配器示出为芯加上包层结构。这是为了简化描述，实际上，波导将在包层周围包括一个或多个附加层、涂层、护套等，如关于图7所述并在图7中所示的。为了获得最佳的保护和改善的外观，适配器组件可以设有以一体的方式覆盖实芯波导部分、模式场适配器和空芯波导部分的连续的护套层，该护套层在将波导部分拼接到模式场适配器的任一侧之后被应用。替代地或附加地，适配器组件可以被保护并且具有带有外壳或包装的改善的外观。
将适配器组件中的各种部件拼接在一起可以根据任何优选的拼接技术进行，诸如通过使用电弧、激光或加热灯丝的熔融拼接、或者机械拼接方法、或者熔融拼接和机械拼接相结合。拼接在部件之间提供了健壮的接合，从而实现空芯波导部分、实芯波导部分和模式场适配器的波导芯之间的高性能、低损耗的光耦合。但是，可以使用适合于实现所需的光耦合的其它耦合技术。
图15是其中可以使用本文公开的光波导适配器组件的示例性方法中的步骤的流程图。在第一步骤S1中，部署或安装空芯纤维或波导，以便形成、提供或限定光信号的传输路径。例如，该路径可以在电信系统中。空芯纤维可以被隔离地安装，或者可以被包含在纤维光缆或其它组或成束的光纤或波导中，其中部署是光缆的部署。一旦被安装，就可以在纤维光缆或纤维上进行测试，以确定部署是否已成功，使得纤维可用于其预期目的。
在第二步骤S2中，将根据本公开的光波导适配器组件接合到空芯光纤。通过将适配器组件的空芯纤维部分的自由端拼接到空芯光纤的端部来实现接合。
然后，在第三步骤S3中，将光波导适配器组件连接到被配置用于与实芯波导一起操作的装置或设备，诸如电信系统中的发射器或接收器(收发器)，以实现光缆和装置之间的光链路。通过将适配器组件的实芯纤维部分的自由端在适配器组件的相对侧或端部上接合到与装置相关联或可连接到装置的实芯纤维来实现这种连接。接合可以是拼接，或者可以是实芯纤维部分的自由端上的连接器与装置上的或实芯纤维的端部上的对应连接器(或旨在以其它方式耦合到装置)的机械附接或耦合。
如果空芯光纤是为传输路径而安装的一组空芯光纤之一，诸如纤维光缆中的多根空芯光纤，那么可以重复步骤S2和S3以将每个空芯光纤连接到实芯纤维装置。同样，将重复步骤S2和S3，以在空芯纤维或纤维光缆的另一端进行对应的一个或多个互连。
可以以相反的顺序执行步骤S2和S3，使得在将适配器组件耦合到空芯光纤之前，将适配器组件耦合到装置。
在另一个替代方案中，可以以相反的顺序执行步骤S1和S2，使得在安装空芯光纤之前将适配器组件固定到空芯光纤，并在步骤S1的安装之后进行步骤S3中到装置的最终连接。
更进一步，可以首先执行步骤S2以将一个或多个适配器组件耦合到空芯纤维或纤维光缆的第一端。然后，按照步骤S1安装纤维或纤维光缆。然后，重复步骤S2，以将一个或多个适配器组件耦合到空芯纤维或纤维光缆的另一端。在步骤S1的安装之前和之后，可以在步骤S2之前或之后在步骤S3中进行到实芯光纤装置的(一个或多个)连接。
呈现本文描述的各种实施例仅是为了帮助理解和教导要求保护的特征。这些实施例仅作为实施例的代表性示例提供，并且不是穷举的和/或排他的。应该理解的是，本文描述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构和/或其它方面不应被认为是对权利要求所限定的本发明范围的限制或对权利要求的等同形式的限制，在不背离所要求保护的发明范围的前提下，可以利用其它实施例并且可以进行修改。本发明的各种实施例可以适当地包括所公开的元件、部件、特征、零件、步骤、手段等的适当组合(而不是本文具体描述的那些)、由其组成或基本上由其组成。另外，本公开可以包括当前未要求保护但将来可以要求保护的其它发明。
参考
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Claims (22)

1.一种光波导适配器组件，包括：
实芯光波导，在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第一光模式场尺寸的实心波导芯；
空芯光波导，在自由端和耦合端之间延伸并且具有相关联的第二光模式场尺寸的空心波导芯；以及
光模式场适配器，在第一端和第二端之间延伸并且具有波导芯，所述波导芯被配置为基本上在所述光模式场适配器的第一端处的第一光模式场尺寸和所述光模式场适配器的第二端处的第二光模式场尺寸之间改变波导光信号的光模式场，所述光模式场适配器的第一端接合到所述实芯光波导的耦合端，以在所述实芯光波导的波导芯和所述光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合，并且所述光模式场适配器的第二端接合到所述空芯光波导的耦合端，以在所述空芯光波导的波导芯和所述光模式场适配器的波导芯之间提供光耦合。
2.根据权利要求1所述的光波导适配器组件，其中，所述空芯光波导是被配置为通过光子带隙效应沿着所述空心波导芯引导光的光子带隙波导，所述空心波导芯被内包层围绕，所述内包层包括纵向延伸的毛细管的微结构规则阵列。
3.根据权利要求1所述的光波导适配器组件，其中，所述空芯光波导是被配置为通过反谐振效应沿着所述空心波导芯引导光的反谐振波导，所述空心波导芯被内包层围绕，所述内包层包括纵向延伸的毛细管的环。
4.根据权利要求3所述的光波导适配器组件，其中，所述空芯光波导是嵌套的反谐振无节点空芯波导，所述内包层包括嵌套在每个纵向延伸的毛细管内的一个或多个附加的毛细管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述第一光模式场尺寸小于所述第二光模式场尺寸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述实芯光波导包括具有掺杂的或未掺杂的二氧化硅波导芯的单模式光波导。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器包括渐变折射率光波导。
8.根据权利要求7所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器附加地包括具有实心波导芯的大模式面积光波导，所述实心波导芯的相关联的光模式场尺寸基本上与所述第二光模式场尺寸匹配，所述大模式面积光波导接合在所述渐变折射率光波导和所述空芯光波导之间。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器包括另外的实芯光波导，所述另外的实芯光波导具有在所述光模式场适配器的第二端处通过热膨胀扩大的实心波导芯。
10.根据权利要求9所述的光波导适配器组件，其中，所述另外的实芯光波导在其耦合端处是所述实芯光波导的一部分。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器包括另外的实芯光波导，所述另外的实芯光波导具有在其长度的至少一部分上呈锥形的实心波导芯。
12.根据权利要求9或权利要求10所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器附加地包括具有呈锥形的实心波导芯的第二另外的实芯光波导，所述第二另外的实芯光波导接合在所述另外的实芯光波导和所述空芯光波导之间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光波导适配器组件，其中，所述光模式场适配器通过拼接接合到所述实芯光波导和所述空芯光波导中的一个或两个。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光波导适配器组件，还包括在所述实芯光波导的自由端处的机械连接器，所述机械连接器被配置为与装置上的机械连接器啮合，以使得能够进行出入所述实芯光波导的光耦合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的光波导适配器组件，还包括一个或多个附加的光波导适配器组件以及将所有光波导适配器组件容纳为单个部件的外护套。
16.根据前述权利要求中任一项所述的光波导适配器组件，还包括通过拼接接合到所述空芯光波导的自由端的用于限定光信号传输路径的传输空芯光波导。
17.根据权利要求16所述的光波导适配器组件，其中，所述传输空芯光波导被包括在光纤光缆内。
18.一种光纤光缆，包括：用于限定光信号传输路径的至少一个传输空芯光波导、以及根据权利要求1至15中任一项所述的光波导适配器组件，所述光波导适配器组件光耦合到所述至少一个传输空芯光纤的至少一端。
19.一种光信号传输系统，包括光信号发射器、光信号接收器、容纳至少一个传输空芯光波导的光纤光缆、根据权利要求1至15中任一项所述的第一光波导适配器组件、以及根据权利要求1至15中任一项所述的第二光波导适配器组件，所述至少一个传输空芯光波导在所述光信号发射器和所述光信号接收器之间限定光信号传输路径，所述第一光波导适配器组件使所述发射器与所述至少一个传输空芯光波导的第一端光学互连，所述第二光波导适配器组件使所述接收器与所述至少一个传输空芯光波导的第二端光学互连。
20.一种安装光信号传输系统的方法，包括：
部署传输空芯光波导以限定光信号传输路径；
通过以下方式将根据权利要求15中任一项所述的光波导适配器组件接合到所述传输空芯光波导，即，通过在所述光波导适配器组件的空芯光波导的自由端和所述传输空芯光波导的第一端之间形成拼接；以及
接合所述光波导适配器组件的实芯光波导的自由端，以与所述第一光收发器装置形成光耦合。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括将第二光波导适配器组件接合到所述传输空芯光波导的第二端以及第二光收发器装置。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中，所述传输空芯光波导被包括在光纤光缆内。
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