CN113777717A - 多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法，该模块包括多芯光纤以及单芯光纤束，所述单芯光纤束包括相互挤压集束在一起的多根单芯光纤，所述单芯光纤束的单芯光纤的数量与所述多芯光纤的纤芯的数量相同，且所述单芯光纤束端面处的单纤光纤与所述多芯光纤端面处的纤芯的排列位置对应，所述单芯光纤束的端面与所述多芯光纤于端面处对接并固定，且所述单芯光纤束的单芯光纤与所述多芯光纤的纤芯一一对应连接。本发明耦合效率高，能够得到非常低的传输损耗；耦合匹配问题主要从单芯光纤束方面着手，多芯光纤方面只需对其耦合链接端的尺寸进行局部的修正及匹配；相对于熔融法更具备批量加工的可能性，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法。
背景技术
随着 5G、云计算、物联网技术的飞速发展，以及宽带网络接入用户数量和范围的不断扩展，互联网用户对通讯带宽的需求与日俱增。据统计，到 2023 年，全球每年的光纤通信网络流量仍以 20%速度保持高速增长，而目前主流的单模光纤技术能达到的传输容量100Tb/s 已接近香农定理的传输极限。单模光纤容量危机已经开始凸显，研究一种能够从根本上解决带宽需求的新的复用方式已迫在眉睫。
以多芯光纤和少模光纤为基础的空分复用技术成为提升光纤通信系统容量的关键突破口。从光信号的本质出发，其物理复用维度包括五个方面，分别为时间、频率（波长）、偏振态、复振幅及空间。时间和频率(波长)复用在光纤通信发展初期就开始采用，目前己无太大的潜力可挖；依靠偏振复用只能再提高 1 倍的容量，也无进一步的改进余量可言；对于复振幅维度，受限于光纤通信系统的信噪比，不能无限制提高调制阶数，因而其最大频谱效率还是十分有限；唯有空间是光信号最后一个尚未充分挖掘和利用的维度。因此，空分复用技术被认为是解决单模光纤通信系统容量危机的一种有效方案。
多芯光纤由于增加了空间复用维度，可大幅度提高通信系统容量，因此成为当前研究的热点。多芯光纤通信系统实际应用，要求多芯光纤和单模光纤可实现低损耗高回波损耗连接，即为多芯扇入扇出模块。现有的多芯扇入扇出模块采用熔融法生产，使用熔融法生产出的产品插损大，因此，有必要提出一种新的结构的多芯光纤扇入扇出模块。
发明内容
为解决现有技术存在的上述至少部分问题，本发明提供一种多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种多芯光纤扇入扇出模块，包括多芯光纤以及单芯光纤束，所述单芯光纤束包括相互挤压集束在一起的多根单芯光纤，所述单芯光纤束的单芯光纤的数量与所述多芯光纤的纤芯的数量相同，且所述单芯光纤束端面处的单纤光纤与所述多芯光纤端面处的纤芯的排列位置对应，所述单芯光纤束与所述多芯光纤于端面处对接并固定，且所述单芯光纤束的单芯光纤与所述多芯光纤的纤芯一一对应连接。
进一步地，所述单芯光纤束与所述多芯光纤于端面处采用激光焊接的方式连接固定。
进一步地，所述多芯光纤靠近端面的部位套设有第一陶瓷芯，所述单芯光纤束靠近端面的部位套设有第二陶瓷芯，所述第一陶瓷芯和所述第二陶瓷芯的外部均具有不锈钢外壳，所述第一陶瓷芯和所述第二陶瓷芯的不锈钢外壳通过激光焊接的方式固定。
进一步地，还包括通信干线，所述通信干线与所述多芯光纤通过熔接的方式固定。
进一步地，所述单芯光纤束的每根单线光纤均连接一个连接器。
进一步地，所述单芯光纤束的外径与所述多芯光纤的外径相同。
进一步地，所述多芯光纤和单芯光纤束的连接处套设有壳体。
另一方面，本发明还提供一种如上任一所述的多芯光纤扇入扇出模块的制作方法，包括以下步骤：
（1）按设计的尺寸制作多根单芯光纤；
（2）将多根单芯光纤采用挤压的方式集束在一起形成单芯光纤束，挤压集束后的单芯光纤束端面处的单纤光纤与多芯光纤端面处的纤芯的排列方式及间距相同；
（3）将多芯光纤以及单芯光纤束的端面进行研磨操作，使得二者的端面均与其中轴线垂直；
（4）将多芯光纤以及单芯光纤束的端面对接，使得单芯光纤束的每根单芯光纤与多芯光纤的各个纤芯对准；
（5）将单芯光纤束与多芯光纤于端面处采用激光焊接的方式连接固定。
进一步地，所述步骤（4）中，在对准的过程中，将单芯光纤束的各单芯光纤的尾纤与光源相连，多芯光纤与光功率计相连，调整多芯光纤以及单芯光纤束的位置，通过观察光功率计的变化，当整体光功率达到最大并保持稳定且所有的单芯光纤对应的光功率都满足要求，即对准达到最佳耦合状态。
进一步地，所述步骤（4）中，将多芯光纤以及单芯光纤束分别插入第一陶瓷芯和第二陶瓷芯并对接，所述步骤（5）中，采用激光焊接的方式将第一陶瓷芯和第二陶瓷芯的不锈钢外壳焊接固定在一起。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法，采用将多根单芯光纤按照与多芯光纤的纤芯一样的排列方式进行排列并挤压集束成单芯光纤束，再将单芯光纤束与多芯光纤对接并固定形成多芯光纤扇入扇出模块，采用该光纤束法解决了单芯光纤束的排布与多芯光纤匹配的问题，耦合效率高，能够得到非常低的传输损耗；本发明的耦合匹配问题主要从单芯光纤束方面着手，相对于多芯光纤制备工艺的不成熟，单芯光纤的拉制技术经多年的演变及优化目前已极为成熟，并且其相应的配套链接成本较低，在此基础上，多芯光纤方面只需对其耦合链接端的尺寸进行局部的修正及匹配，即能得到较低的耦合损耗；本发明相对于熔融法更具备批量加工的可能性，且单芯光纤束端由于没有经过再次熔融拉制，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多芯光纤扇入扇出模块的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多芯光纤与单芯光纤束的对接示意图；
图3为本发明实施例提供的采用陶瓷芯将多芯光纤与单芯光纤束进行对接的示意图。
附图标记说明：1-多芯光纤、2-单芯光纤束、3-壳体、4-通信干线、5-连接器、6-单芯光纤、7-第一陶瓷芯、8-第二陶瓷芯、9-不锈钢外壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种多芯光纤扇入扇出模块，本实施例以七芯光纤为例来进行说明，在其他实施例中不想为七芯光纤。该多芯光纤扇入扇出模块包括多芯光纤1以及单芯光纤束2，其中多芯光纤1为七芯光纤，所述单芯光纤束2包括相互挤压集束在一起的七根单芯光纤6，即所述单芯光纤束2的单芯光纤6的数量与所述多芯光纤1的纤芯的数量相同，且所述单芯光纤束2端面处的单纤光纤与所述多芯光纤1端面处的纤芯的排列位置对应，所述单芯光纤束2的端面与所述多芯光纤1于端面处对接并固定，且所述单芯光纤束2的单芯光纤6与所述多芯光纤1的纤芯一一对应连接。
优选地，所述单芯光纤束2与所述多芯光纤1采用激光焊接的方式连接固定，相对于紫外胶固化的方式，可以有效避免胶水对于温度敏感及长期使用易老化的问题，并且可以用于各种极端环境，比如太空环境、潮湿环境等。具体地，如图3所示，所述多芯光纤靠近端面的部位套设有第一陶瓷芯7，所述单芯光纤束靠近端面的部位套设有第二陶瓷芯8，所述第一陶瓷芯7和所述第二陶瓷芯8的外部均具有不锈钢外壳9，所述第一陶瓷芯7和所述第二陶瓷芯8的不锈钢外壳9通过激光焊接的方式固定，从而将单芯光纤束2与所述多芯光纤1固定在一起，优选地，所述不锈钢外壳9靠近端面的部位表面呈凹凸状，由于焊接时需要熔化一部分的不锈钢外壳9，不锈钢外壳9表面呈凹凸状更容易熔解，从而可以减小激光焊接装置的功率。当然，所述单芯光纤束2的单芯光纤6与所述多芯光纤1的纤芯也可以采用紫外胶固化等其他方式连接固定。
进一步地，还包括通信干线4，所述通信干线4与所述多芯光纤1通过熔接的方式固定，实现光信号的上行下行。所述单芯光纤束2的每根单线光纤均连接一个连接器5，通过连接器5和光信号接收发送装置连接。整个器件实现了从使用多芯光纤1的通信干线4到光信号接收发送装置的光信号处理，可以直接用于现有的通信传输系统。
优选地，所述单芯光纤束2的外径与所述多芯光纤1的外径相同，使得产品制作及耦合封装更加简单。
优选地，所述多芯光纤1和单芯光纤束2的连接处套设有壳体3，可以对连接处进行保护，使性能更稳定。
另一方面，本发明还提供一种如上述实施例的多芯光纤扇入扇出模块的制作方法，包括以下步骤：
（1）按设计的尺寸制作多根单芯光纤6；通过将多根单芯光纤6的外径进行定制使单芯光纤束2的各单芯光纤6的芯间距与多芯光纤1的芯间距相等；
（2）将多根单芯光纤6按照与多芯光纤1的纤芯一样的排列方式进行排列然后采用挤压的方式集束在一起形成单芯光纤束2，挤压集束后的单芯光纤束2端面处的单纤光纤与多芯光纤1端面处的纤芯的排列方式及间距相同，本实施例间距为80±0.3µm；
（3）将多芯光纤1以及单芯光纤束2的端面进行研磨操作，使得二者的端面均与其中轴线垂直，角度达到90±0.2µm；
（4）将多芯光纤1以及单芯光纤束2的端面对接，使得单芯光纤束2的每根单芯光纤6与多芯光纤1的各个纤芯对准；将多芯光纤1以及单芯光纤束2分别插入第一陶瓷芯7和第二陶瓷芯8，然后使用对焦设备，把七芯光纤和七根单芯光纤6精确对准；
（5）将单芯光纤束2与多芯光纤1于端面处采用激光焊接的方式连接固定。采用激光焊接的方式，将已经精确对准后的多芯光纤1和单芯光纤束2外的第一陶瓷芯7和第二陶瓷芯8的不锈钢外壳9焊接固定在一起，实现封装操作。
耦合中的焊接设备和对焦设备配合使用，把对焦设备直接插装到焊接设备中，无需重新对焦，直接完成焊接操作即可。
进一步地，所述步骤（4）中，在对准的过程中，将单芯光纤束2的各单芯光纤6的尾纤与光源相连，多芯光纤1与光功率计相连，调整多芯光纤1以及单芯光纤束2的位置，通过观察光功率计的变化直至光功率达到最大，当整体光功率达到最大并保持稳定且所有的单芯光纤对应的光功率都满足要求，此时证明已经完全对准达到最佳耦合状态。判断各单芯光纤对应的光功率是否满足要求具体可以将单芯光纤束的其中一根单芯光纤的尾纤与光源相连，多芯光纤1与光功率计相连，通过观察光功率计的功率来判断杆单芯光纤对应的功率是否满足要求，该单芯光纤检测完成后，再换单芯光纤束2的其他单芯光纤继续检测，直至每根单芯光纤对应的光功率都满足要求。
综上所述，本发明提供的这种多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法，采用将多根单芯光纤按照与多芯光纤的纤芯一样的排列方式进行排列并挤压集束成单芯光纤束，再将单芯光纤束与多芯光纤对接并固定形成多芯光纤扇入扇出模块，采用该光纤束法解决了单芯光纤束的排布与多芯光纤匹配的问题，耦合效率高，能够得到非常低的传输损耗；本发明的耦合匹配问题主要从单芯光纤束方面着手，相对于多芯光纤制备工艺的不成熟，单芯光纤的拉制技术经多年的演变及优化目前已极为成熟，并且其相应的配套链接成本较低，在此基础上，多芯光纤方面只需对其耦合链接端的尺寸进行局部的修正及匹配，即能得到较低的耦合损耗；本发明相对于熔融法更具备批量加工的可能性，且单芯光纤束端由于没有经过再次熔融拉制，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：包括多芯光纤以及单芯光纤束，所述单芯光纤束包括相互挤压集束在一起的多根单芯光纤，所述单芯光纤束的单芯光纤的数量与所述多芯光纤的纤芯的数量相同，且所述单芯光纤束端面处的单纤光纤与所述多芯光纤端面处的纤芯的排列位置对应，所述单芯光纤束与所述多芯光纤于端面处对接并固定，且所述单芯光纤束的单芯光纤与所述多芯光纤的纤芯一一对应连接。
2.如权利要求1所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：所述单芯光纤束与所述多芯光纤于端面处采用激光焊接的方式连接固定。
3.如权利要求2所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：所述多芯光纤靠近端面的部位套设有第一陶瓷芯，所述单芯光纤束靠近端面的部位套设有第二陶瓷芯，所述第一陶瓷芯和所述第二陶瓷芯的外部均具有不锈钢外壳，所述第一陶瓷芯和所述第二陶瓷芯的不锈钢外壳通过激光焊接的方式固定。
4.如权利要求1所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：还包括通信干线，所述通信干线与所述多芯光纤通过熔接的方式固定。
5.如权利要求1所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：所述单芯光纤束的每根单线光纤均连接一个连接器。
6.如权利要求1所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：所述单芯光纤束的外径与所述多芯光纤的外径相同。
7.如权利要求1所述的多芯光纤扇入扇出模块，其特征在于：所述多芯光纤和单芯光纤束的连接处套设有壳体。
8.一种如权利要求1-7任一所述的多芯光纤扇入扇出模块的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
按设计的尺寸制作多根单芯光纤；
将多根单芯光纤采用挤压的方式集束在一起形成单芯光纤束，挤压集束后的单芯光纤束端面处的单纤光纤与多芯光纤端面处的纤芯的排列方式及间距相同；
将多芯光纤以及单芯光纤束的端面进行研磨操作，使得二者的端面均与其中轴线垂直；
将多芯光纤以及单芯光纤束的端面对接，使得单芯光纤束的每根单芯光纤与多芯光纤的各个纤芯对准；
将单芯光纤束与多芯光纤于端面处采用激光焊接的方式连接固定。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述步骤（4）中，将单芯光纤束的各单芯光纤的尾纤与光源相连，多芯光纤与光功率计相连，调整多芯光纤以及单芯光纤束的位置，通过观察光功率计的变化，当整体光功率达到最大并保持稳定且所有的单芯光纤对应的光功率都满足要求，即对准达到最佳耦合状态。
10.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述步骤（4）中，将多芯光纤以及单芯光纤束分别插入第一陶瓷芯和第二陶瓷芯并对接，所述步骤（5）中，采用激光焊接的方式将第一陶瓷芯和第二陶瓷芯的不锈钢外壳焊接固定在一起。
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