CN113075763B

CN113075763B - 多芯熊猫结构保偏光纤及其耦合连接装置

Info

Publication number: CN113075763B
Application number: CN202110267317.1A
Authority: CN
Inventors: 廉正刚; 陈未萍; 余倩卿; 刘璇; 袁磊; 卜兴华; 皮亚斌; 李长松; 余妍
Original assignee: Wuhan Changyingtong Optoelectronic Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Changyingtong Optoelectronic Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2041-03-11
Also published as: CN113075763A

Abstract

本发明提供一种多芯熊猫结构保偏光纤及其耦合连接装置，多芯熊猫结构保偏光纤包括同轴设置的芯层和应力层，应力层包括多个周向均布的应力棒，芯层包括多个周向均布的纤芯，纤芯设在相邻应力棒连线的中点，还设有包层，包层包覆应力棒和纤芯；耦合连接装置包括第一多芯熊猫结构保偏光纤、第二多芯熊猫结构保偏光纤和光纤连接器，第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤端面抵靠，光纤连接器包括多孔套和外筒，多孔套和外筒组成夹层，夹层中设有液囊，多孔套两端设有端盖，端盖挤压液囊形成多个夹紧点以夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤。

Description

多芯熊猫结构保偏光纤及其耦合连接装置

技术领域

本发明涉及光通信传输技术领域，尤其是涉及一种多芯熊猫结构保偏光纤及其耦合连接装置。

背景技术

持续增长的带宽容量需求推动着光纤通信技术的快速发展，如，“5G”时代的到来，信息通信行业要以“新基建”为契机，加速提升技术创新综合能力。目前单模光纤传输容量已达极限，为增大容量方案层出不穷，如空分复用，光波分复用、光偏振复用、光时分复用、光正交频分复用等。尤其空分复用中采用多芯光纤备增光纤传输容量的方案备受关注，相比其他方案，多芯光纤更具高密度，大容量，长距离，高频谱效率，低成本的优势。

普通光纤并不具备偏振保持功能，即制造过程中不可避免的存在结构和组织不对称性，使光纤存在一定的本征残余应力，在使用过程中尤其是光纤连接时又必然受到外部应力作用，使光纤表现出一定程度的偏振模色散。为了能够维持光波偏振态的保偏光纤，传统的做法是利用应力圆结构，形成可解调的、集中的、较大的应力，屏蔽不可控的、分散的、较小的其它应力，如CN 101367608 B熊猫型保偏光纤的制造方法中的记载，该保偏光纤为单芯结构，并不适用多芯光纤，并且由于传统光纤连接装置使用刚性连接的方式，造成的应力较大、较集中，干扰了应力圆的作用，单纯通过改变光纤结构并不能获得良好的偏振保持效果，因此亟需一种多芯保偏光纤及与之配套的耦合连接装置。

发明内容

本发明提供了一种多芯熊猫结构保偏光纤及其耦合连接装置，解决了多芯光纤传输信号时光波偏振态难以保持的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多芯熊猫结构保偏光纤，包括同轴设置的芯层和应力层，应力层包括多个周向均布的应力棒，芯层包括多个周向均布的纤芯，纤芯设在相邻应力棒连线的中点，还设有包层，包层包覆应力棒和纤芯。

优选的方案中，芯层中轴位置还设有标记区，标记区用于标定纤芯周向角度。

一种多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，包括第一多芯熊猫结构保偏光纤、第二多芯熊猫结构保偏光纤和光纤连接器，第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤端面抵靠，光纤连接器包括多孔套和外筒，多孔套和外筒组成夹层，夹层中设有液囊，多孔套两端设有端盖，端盖挤压液囊形成多个夹紧点以夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤。

优选的方案中，端盖与外筒滑动套接，端盖上设有推舌，推舌封堵夹层端部，两个端盖对中滑动挤压液囊以使液囊夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤。

优选的方案中，外筒包括第一夹紧套和第二夹紧套，第一夹紧套和第二夹紧套端部设有多个弹性卡爪，第一夹紧套和第二夹紧套端部的弹性卡爪相互咬合卡接，两个端盖对中滑动压迫弹性卡爪以挤压液囊。

优选的方案中，还包括开环转动装置，开环转动装置与第二多芯熊猫结构保偏光纤套接，开环转动装置驱动第二多芯熊猫结构保偏光纤转动；

开环转动装置包括定位外圈和转动内圈，定位外圈包括定位架，定位架上设有多个长条齿轮，转动内圈包括多个同轴堆叠布置的齿轮瓦瓣，长条齿轮驱动转动内圈连续转动。

优选的方案中，转动内圈内侧设有多个光纤抱紧卡，光纤抱紧卡用于卡紧第二多芯熊猫结构保偏光纤，光纤抱紧卡端部设有摩擦轮，摩擦轮抵靠在第二多芯熊猫结构保偏光纤上。

优选的方案中，转动内圈与光纤抱紧卡之间设有弹簧柱塞，弹簧柱塞包括柱塞筒，柱塞筒一端滑动套接有柱塞杆，柱塞杆与光纤抱紧卡连接，柱塞筒另一端螺纹连接有调整盖，还设有弹簧，弹簧两端分别抵靠柱塞杆和调整盖；

还设有锁紧顶丝，锁紧顶丝穿过柱塞筒抵靠在调整盖上。

优选的方案中，定位架两端设有“C”型板，“C”型板之间设有连接板，定位架两端还设有多个内圈限位卡，内圈限位卡端部设有夹紧轮，夹紧轮抵靠在转动内圈内侧转动；

还设有电机，电机与长条齿轮连接。

优选的方案中，第一多芯熊猫结构保偏光纤和第二多芯熊猫结构保偏光纤两端分别设有光源装置和光功率计，光源装置用于发出光信号，光功率计用于接收光信号；

还设有自动夹紧装置，自动夹紧装置用于夹紧光纤连接器。

本发明的有益效果为：

1、采用均布的纤芯结构，并结合熊猫结构的应力区，每个纤芯位于应力区的中心位置，实现了传输容量的扩展，确保了光波传输过程中偏振态的稳定性；

2、多芯光纤存在多个纤芯，解调技术较为复杂，本结构方便通过改变应力棒直径或者掺杂浓度，实现各个纤芯不同的保偏性能，从而简化多芯光纤在通讯领域应用的解调过程；

3、采用带有形状标记区标记某根纤芯的周向角度，同时采用转动装置使具有相同机构的另一对接光纤相对转动，通过找到标记区的光通量最大时的角度位置即可使多个纤芯正确的一一对应，不至于混淆，对接速度快、效率高，同时方便和细径单模光纤实现扇入、扇出的耦合连接；

4、采用多点柔性夹紧的连接方式，减小对光纤的挤压，分散耦合连接时的应力，减小应力集中，从而减小对应力圆结构的保偏功能造成干扰，维持光偏振传输，减小偏振模色散。

5、转动装置采用空间开环式设计，需要旋转对接的光纤放入和取出时无须拆装转动装置，使用简便、效率高，同时不会破坏转动装置的安装精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的光纤结构示意图。

图2是本发明的光纤结构轴测图。

图3是本发明的光纤连接装置示意图。

图4是本发明的光纤连接器剖视图。

图5是本发明的光纤连接器放大图。

图6是本发明的光纤连接器示意图。

图7是本发明的光纤连接器爆炸图。

图8是本发明的开环转动装置示意图。

图9是本发明的定位外圈示意大图。

图10是本发明的转动内圈示意图。

图11是本发明的弹簧柱塞示意图。

图中：第一多芯熊猫结构保偏光纤1；包层101；应力棒102；纤芯103；标记区104；第二多芯熊猫结构保偏光纤2；光纤连接器3；第一夹紧套301；第二夹紧套302；弹性卡爪303；多孔套304；液囊305；端盖306；推舌307；外筒308；自动夹紧装置4；开环转动装置5；定位外圈501；转动内圈502；内圈限位卡503；光纤抱紧卡504；“C”型板505；连接板506；长条齿轮507；夹紧轮508；电机509；定位架510；齿轮瓦瓣511；弹簧柱塞512；柱塞筒513；柱塞杆514；弹簧515；调整盖516；锁紧顶丝517；摩擦轮518；光源装置6；光功率计7。

具体实施方式

实施例1：

如图1-11中，一种多芯熊猫结构保偏光纤，包括同轴设置的芯层和应力层，应力层包括多个周向均布的应力棒102，芯层包括多个周向均布的纤芯103，纤芯103设在相邻应力棒102连线的中点，还设有包层101，包层101包覆应力棒102和纤芯103。

以应力层包括四个应力棒为例，应力棒直径D1为5μm～30μm，四个应力棒直径可以相同，也可以两两相同，组成材料为Ge、P、F、B共掺石英玻璃，其中Ge所占摩尔百分比为0～18、P所占摩尔百分比为0～13、F所占摩尔百分比为0～22、B所占摩尔百分比为8～30，针对具体的掺杂浓度，若四个应力棒直径相同，则可以改变掺杂浓度，保证两两应力棒的组成材料掺杂浓度相同，若应力棒直径两两相同，则四个应力棒组成材料及掺杂浓度相同。

芯层包括4个相同的纤芯，直径D2为2μm～10μm，分别位于两邻近应力棒连线的中点位置处，组成材料为Ge、P、F共掺石英玻璃，其中Ge所占摩尔百分比为1～25、 P所占摩尔百分比为0～25、F所占摩尔百分比为0～20。

所述包层的直径D3为38μm～128μm，组成材料为无掺杂低羟基纯石英玻璃。

优选的方案中，芯层中轴位置还设有标记区104，标记区104用于标定纤芯周向角度。

标记区为可选择等腰三角形或箭头状，边长L为5μm～10μm，位于包层区域的中心位置，组成材料为掺杂石英玻璃其折射率高于或低于包层石英玻璃，以使光纤端面出现明显的亮度变化以区别于周围的结构，当光纤耦合连接时，通过两光纤的相对转动使标记区完全重合，此时所有纤芯即已对准。

制作方法如下：

S1、使用外喷沉积法分别沉积包层，再脱水、烧结、熔缩形成多芯熊猫结构保偏光纤母棒；

S2、在母棒上进行深钻孔，制成多孔熊猫结构保偏光纤打孔棒；

S3、使用化学气相沉积法，制成圆形芯棒；

S4、使用化学气相沉积法，制成圆形应力棒；

S5、通过光学冷加工外圆打磨的方法，将应力棒、芯棒加工成与孔相匹配的规格，将打磨后的应力棒与芯棒插入多芯熊猫型保偏光纤打孔棒，组装成一套多芯熊猫结构保偏光纤预制棒，拉丝制得多芯熊猫结构保偏光纤。

一种多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，包括第一多芯熊猫结构保偏光纤1、第二多芯熊猫结构保偏光纤2和光纤连接器3，第一多芯熊猫结构保偏光纤1和第二多芯熊猫结构保偏光纤2端面抵靠，光纤连接器3包括多孔套304和外筒308，多孔套304和外筒308组成夹层，夹层中设有液囊305，多孔套304两端设有端盖306，端盖306挤压液囊305形成多个夹紧点以夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤1和第二多芯熊猫结构保偏光纤2。

多孔套304上设有多个均布的贯穿孔，受挤压的液囊305发生形变，从各个贯穿孔中突出形成凸起夹紧点并压紧光纤，由于液囊305为柔性，夹紧点夹紧光纤时亦会发生微变形，增大接触面积，同时减小对光纤的单点压迫，减小光纤形变，减小应力集中。

优选的方案中，端盖306与外筒308滑动套接，端盖306上设有推舌307，推舌307封堵夹层端部，两个端盖306对中滑动使推舌307挤压液囊305，液囊305部分机构从多孔套304的贯穿孔突出形成凸点以使液囊305夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤1和第二多芯熊猫结构保偏光纤2。

优选的方案中，外筒308包括第一夹紧套301和第二夹紧套302，第一夹紧套301和第二夹紧套302端部设有多个弹性卡爪303，第一夹紧套301和第二夹紧套302端部的弹性卡爪303相互咬合卡接，两个端盖306对中滑动压迫弹性卡爪303以挤压液囊305。

弹性卡爪303外侧面为中间高、根部及端部低的斜面，端盖306向光纤连接器3中部滑动时，端盖306外壁逐渐挤压该侧弹性卡爪303的根部和对侧弹性卡爪303的端部，另一侧端盖306滑动时亦然，此时，外筒308被迫压缩液囊305使之进一步形变。

优选的方案中，还包括开环转动装置5，开环转动装置5与第二多芯熊猫结构保偏光纤2套接，开环转动装置5驱动第二多芯熊猫结构保偏光纤2转动；

开环转动装置5包括定位外圈501和转动内圈502，定位外圈501包括定位架510，定位架510上设有多个长条齿轮507，转动内圈502包括多个同轴堆叠布置的齿轮瓦瓣511，长条齿轮507驱动转动内圈502连续转动。

找对接光纤最大光通量时，为了使对接完毕的光纤得以取出，一般的转动装置转动会采用拼装式设计，采用两个半圆拼装成一个闭环的整圆，对接前将光纤放入内圈，对接后拆掉一个半圆后将光纤取出，此种结构使用极为不便；本方案的开环转动装置5的内圈502在空间上为有缺口的开环结构，光纤放入和取出无须拆装转动装置，轴向投影为整圆结构，相邻齿轮瓦瓣511周向角度错开一个角度且处于首尾的齿轮瓦瓣511周向角度是衔接的，保证了驱动的连续性。

优选的方案中，转动内圈502内侧设有多个光纤抱紧卡504，光纤抱紧卡504用于卡紧第二多芯熊猫结构保偏光纤2，光纤抱紧卡504端部设有摩擦轮518，摩擦轮518抵靠在第二多芯熊猫结构保偏光纤2上，两个摩擦轮518卡住光纤，使光纤跟随转动内圈502转动。

优选的方案中，转动内圈502与光纤抱紧卡504之间设有弹簧柱塞512，起到自适应作用，同时使得摩擦轮518不会对光纤造成硬冲击和较大的压迫形变，减少夹紧应力，弹簧柱塞512包括柱塞筒513，柱塞筒513一端滑动套接有柱塞杆514，柱塞杆514与光纤抱紧卡504连接，柱塞筒513另一端螺纹连接有调整盖516，还设有弹簧515，弹簧515两端分别抵靠柱塞杆514和调整盖516；

还设有锁紧顶丝517，锁紧顶丝517穿过柱塞筒513抵靠在调整盖516上。

优选的方案中，定位架510两端设有“C”型板505，开环的设计是为了方便光纤放入和取出，“C”型板505之间设有连接板506，定位架510两端还设有多个内圈限位卡503，内圈限位卡503端部设有夹紧轮508，夹紧轮508抵靠在转动内圈502内侧转动，限制转动内圈502的其他方向的自由度，使转动内圈502转动时不会窜动；

还设有电机509，电机509与长条齿轮507连接，驱动其中一个长条齿轮507转动。

优选的方案中，第一多芯熊猫结构保偏光纤1和第二多芯熊猫结构保偏光纤2两端分别设有光源装置6和光功率计7，光源装置6用于发出光信号，光功率计7用于接收光信号，当接受的光信号强度最大时说明两个光纤周向角度已经对应完毕；

还设有自动夹紧装置4，自动夹紧装置4用于夹紧光纤连接器3，自动夹紧装置4包括对中型的夹紧气缸以及配套机加连接件，并通过伺服模组驱动，光纤通过光源装置6和光功率计7测试，角度对准后，伺服模组驱动自动夹紧装置4到达设定位置并将光纤连接器3两端的端盖306对中夹紧，锁定光纤连接处。

实施例2：

一种多芯熊猫结构保偏光纤，包括芯层、应力层，以及包层，标记区，所述应力层分为四个应力棒，其直径均相同，组成材料及掺杂浓度两两相同，对称分布在包层中轴十字区域，芯层分为四个纤芯，每个纤芯位于两邻近应力棒连线的中点位置；

参数如下：

应力层包括四个相同的应力棒，直径D1为30μm，组成材料为SiO₂和B₂O₃，其中两个应力棒的SiO₂的摩尔含量为80%，B2O₃的摩尔含量为20%，

对侧两个应力棒的SiO₂的摩尔含量为90%，B₂O₃的摩尔含量为10%，芯层包括4个相同的纤芯，直径D2为8μm，分别位于两邻近应力棒连线的中点位置处，组成材料为Ge、P、F共掺石英玻璃，其中Ge所占摩尔百分比为13、P所占摩尔百分比为5、F所占摩尔百分比为4。

包层的直径D3为125μm，组成材料为无掺杂低羟基纯石英玻璃。

标记区为等边三角形，其中一三角形顶点对准一纤芯，三角形边长L为8μm，位于包层区域的中心位置，组成材料为低掺Ge石英玻璃，其折射率值比包层高0.0025。

实施例3：

一种多芯熊猫结构保偏光纤，包括芯层、应力层，以及包层，标记区，所述应力层分为四个应力棒，其直径两两相同，四应力棒组成材料掺杂浓度均相同，芯层分为四个纤芯，每个纤芯位于两邻近应力棒连线的中点位置；

参数如下：

应力层包括四个相同的应力棒，其中两个直径为36μm，对侧的两个直径为30μm，组成材料为SiO₂和B₂O₃，应力棒的SiO₂的摩尔含量为80%，B₂O₃的摩尔含量为20%；芯层包括四个相同的纤芯，直径D2为8μm，分别位于两邻近应力棒连线的中点位置处，组成材料为Ge、P、F共掺石英玻璃，其中Ge所占摩尔百分比为13、P所占摩尔百分比为5、F所占摩尔百分比为4。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：

包括第一多芯熊猫结构保偏光纤（1）、第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）和光纤连接器（3），第一多芯熊猫结构保偏光纤（1）和第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）端面抵靠，光纤连接器（3）包括多孔套（304）和外筒（308），多孔套（304）和外筒（308）组成夹层，夹层中设有液囊（305），多孔套（304）两端设有端盖（306），端盖（306）挤压液囊（305）形成多个夹紧点以夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤（1）和第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）；

多芯熊猫结构保偏光纤包括同轴设置的芯层和应力层，应力层包括多个周向均布的应力棒（102），芯层包括多个周向均布的纤芯（103），纤芯（103）设在相邻应力棒（102）连线的中点，还设有包层（101），包层（101）包覆应力棒（102）和纤芯（103）；

芯层中轴位置还设有标记区（104），标记区（104）用于标定纤芯周向角度；

还包括开环转动装置（5），开环转动装置（5）与第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）套接，开环转动装置（5）驱动第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）转动；

开环转动装置（5）包括定位外圈（501）和转动内圈（502），定位外圈（501）包括定位架（510），定位架（510）上设有多个长条齿轮（507），转动内圈（502）包括多个同轴堆叠布置的齿轮瓦瓣（511），长条齿轮（507）驱动转动内圈（502）连续转动；

相邻齿轮瓦瓣（511）周向角度错开一个角度且处于首尾的齿轮瓦瓣（511）周向角度衔接。

2.根据权利要求1所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：端盖（306）与外筒（308）滑动套接，端盖（306）上设有推舌（307），推舌（307）封堵夹层端部，两个端盖（306）对中滑动挤压液囊（305）以使液囊（305）夹紧第一多芯熊猫结构保偏光纤（1）和第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）。

3.根据权利要求2所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：外筒（308）包括第一夹紧套（301）和第二夹紧套（302），第一夹紧套（301）和第二夹紧套（302）端部设有多个弹性卡爪（303），第一夹紧套（301）和第二夹紧套（302）端部的弹性卡爪（303）相互咬合卡接，两个端盖（306）对中滑动压迫弹性卡爪（303）以挤压液囊（305）。

4.根据权利要求1所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：转动内圈（502）内侧设有多个光纤抱紧卡（504），光纤抱紧卡（504）用于卡紧第二多芯熊猫结构保偏光纤（2），光纤抱紧卡（504）端部设有摩擦轮（518），摩擦轮（518）抵靠在第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）上。

5.根据权利要求4所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：转动内圈（502）与光纤抱紧卡（504）之间设有弹簧柱塞（512），弹簧柱塞（512）包括柱塞筒（513），柱塞筒（513）一端滑动套接有柱塞杆（514），柱塞杆（514）与光纤抱紧卡（504）连接，柱塞筒（513）另一端螺纹连接有调整盖（516），还设有弹簧（515），弹簧（515）两端分别抵靠柱塞杆（514）和调整盖（516）；

还设有锁紧顶丝（517），锁紧顶丝（517）穿过柱塞筒（513）抵靠在调整盖（516）上。

6.根据权利要求1所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：定位架（510）两端设有“C”型板（505），“C”型板（505）之间设有连接板（506），定位架（510）两端还设有多个内圈限位卡（503），内圈限位卡（503）端部设有夹紧轮（508），夹紧轮（508）抵靠在转动内圈（502）内侧转动；

还设有电机（509），电机（509）与长条齿轮（507）连接。

7.根据权利要求1所述多芯熊猫结构保偏光纤的耦合连接装置，其特征是：第一多芯熊猫结构保偏光纤（1）和第二多芯熊猫结构保偏光纤（2）两端分别设有光源装置（6）和光功率计（7），光源装置（6）用于发出光信号，光功率计（7）用于接收光信号；

还设有自动夹紧装置（4），自动夹紧装置（4）用于夹紧光纤连接器（3）。