CN114690321A - 一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器及其制作方法，包括多模光纤光子灯笼和多芯光纤光子灯笼，所述多模光纤光子灯笼包括：双层玻璃管光纤束和一输出多模光纤；所述多芯光纤光子灯笼包括：单层玻璃管光纤束和一输出多芯少模光纤，与所述单层玻璃管光纤束的锥腰处熔接；其中，所述多模光纤光子灯笼的输出多模光纤与所述多芯光纤光子灯笼的输入多模光纤数量相等，且，所述输出多模光纤与所述输入多模光纤一一熔接，解决了传统光纤复用器无法同时满足多芯少模光纤对纤芯复用和模式复用的需求，而空间结构的少模多芯光纤复用器稳定性不易保证，且体积大、难于集成封装的问题。

Description

一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器及其制作方法

技术领域：

本发明属于光纤技术领域，主要涉及的是一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器及其制作方法。

背景技术：

近年来，由于单模光纤传输系统已经接近极限，作为解决当前光通信系统容量问题的一个有效解决方案，空分复用技术越来越成为大家关注的热点。目前空分复用技术主要有基于多芯光纤的芯分复用和基于少模光纤的模分复用两大类方案。

对于多芯光纤而言，由于光在纤芯之间可以独立传播，因此可以通过增加纤芯数量来提升传输容量，但纤芯数量受限于光纤尺寸。对于少模光纤而言，光可以通过不同的模式来进行传播，但模式数目太多时容易发生模式之间的串扰。多芯少模光纤可以综合利用上述两种光纤的信道数量，在空分复用技术方面有着更大的应用前景，但要实现多芯少模光纤中的纤芯复用和模式复用需要性能更为优异的光纤复用器件。

现有的多芯少模复用器，模式复用是通过多平面光转化来实现的，纤芯复用是通过套管组束后的光纤对准来实现的。可以看出，这种光纤复用器都是基于空间结构来实现的，其稳定性不易保证，且体积大、难于集成封装。由于用于空分复用的模式转换器需要连接单模光纤和多芯少模光纤，因此如果能够实现全光纤结构，会给实际应用带来极大方便。

发明内容：

为了克服传统光纤复用器无法同时满足多芯少模光纤对纤芯复用和模式复用的需求，而空间结构的少模多芯光纤复用器稳定性不易保证，且体积大、难于集成封装的问题，本发明提供了一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，包括

多个多模光纤光子灯笼，所述多模光纤光子灯笼包括：

双层玻璃管光纤束，由双层多孔玻璃管和多根输入单模光纤插接后拉锥而成，且，在双层玻璃管光纤束锥腰处进行切割；

一输出多模光纤，与所述双层玻璃管光纤束锥腰处熔接；

一多芯光纤光子灯笼，所述多芯光纤光子灯笼包括：

单层玻璃管光纤束，由单层多孔玻璃管和多根输入多模光纤插接后拉锥而成，且，在单层玻璃管光纤束锥腰处进行切割；

一输出多芯少模光纤，与所述单层玻璃管光纤束的锥腰处熔接；

其中，所述多模光纤光子灯笼的输出多模光纤与所述多芯光纤光子灯笼的输入多模光纤数量相等，且，所述输出多模光纤与所述输入多模光纤一一熔接。

所述双层多孔玻璃管2000具有多个按设计需求排布的双层玻璃管内孔2110；双层玻璃管内层2100的折射率与输入单模光纤包层1120的折射率相等；双层玻璃管外层2200的折射率比双层玻璃管内层2100的折射率低。

所述输入单模光纤按设计需求进行预拉锥后，分别插入双层玻璃管内孔2110，预拉锥后的输入单模光纤纤芯1211具有不同尺寸，位于双层玻璃管内孔2110内的输入单模光纤为锥形结构。

所述输出多模光纤纤芯3110的尺寸与所述双层玻璃管光纤束锥腰处内层2101的尺寸相等。

所述单层多孔玻璃管4000具有多个按设计需求排布的单层玻璃管内孔4110；单层玻璃管内孔4110的折射率与输入多模光纤包层3121的折射率相等；单层玻璃管4100的折射率比单层玻璃管内孔4110的折射率低。

所述输入多模光纤3300分别插入单层玻璃管内孔4110，且，位于单层玻璃管内孔4110的输入多模光纤3300是锥形结构。

所述输出多芯少模光纤纤芯5100的尺寸和排布位置均与单层玻璃管光纤束锥腰处的纤芯尺寸和排布位置保持一致。

一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器的制作方法，包括以下步骤：

S1、多模光纤光子灯笼的制作：

S11、将N根输入单模光纤的输入单模光纤涂覆层清除，并按照设计的纤芯尺寸分别进行预拉锥；

S12、根据双层多孔玻璃管内孔直径对拉锥后的输入单模光纤包层进行销蚀处理；

S13、将处理好的输入单模光纤插入对应双层多孔玻璃管内孔，并整体拉锥；

S14将拉锥完成的双层玻璃管光纤束在锥腰处进行切割；

S15将切割好的玻璃管光纤束与选定输出多模光纤熔接，完成多模光纤光子灯笼的制作；

S16重复步骤S11~ S15，制作M个具有相同结构的多模光纤光子灯笼；

S2、多芯光纤光子灯笼的制作：

S21、根据单层多孔玻璃管内孔直径对M根输入多模光纤的包层进行销蚀处理；

S22、将处理好的输入多模光纤按照设计要求插入单层多孔玻璃管内孔，并整体拉锥；

S23、将拉锥完成的单层玻璃管光纤束在锥腰处进行切割；

S24、将切割好的单层玻璃管光纤束与多芯少模光纤进行对准熔接，完成多芯光纤光子灯笼的制作；

S3、多芯少模光纤复用器的制作：

S31、将M个多模光纤光子灯笼在输出多模光纤的输出端进行切割；

S32、将多芯光纤光子灯笼在输入多模光纤的输入端进行切割；

S33、将M个多模光纤光子灯笼的输出多模光纤的输出端分别与多芯光纤光子灯笼的M根输入多模光纤的输入端进行熔接，完成多芯少模光纤复用器的制作。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一、本发明可以实现单模光纤与多芯少模光纤不同纤芯不同模式之间的相互转换，耦合效率高，模式相关损耗低；

二、本发明是全光纤结构，其输入单模光纤可以直接与对应单模光纤进行熔接耦合，其输出多芯少模光纤可以直接与对应的多芯少模光纤熔接耦合，便于集成，稳定性好；

三、本发明采用的光子灯笼结构具有很宽的光谱适用范围，便于与波分复用技术同时使用；

四、本发明对多芯少模光纤的纤芯尺寸和排布方式没有限制，适用范围广。

附图说明：

图1为本发明中基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器的结构示意图；

图2为本发明中多模光纤光子灯笼的结构示意图；

图3是图2中A-A处的剖面示意图；

图4是图2中B-B处的剖面示意图；

图5是图2中C-C处的剖面示意图；

图6是图2中D-D处的剖面示意图；

图7为本发明中多芯光纤光子灯笼的结构示意图；

图8是图7中E-E处的剖面示意图；

图9是图7中F-F处的剖面示意图；

图10是图7中G-G处的剖面示意图；

图11是图7中H-H处的剖面示意图；

图12为本发明制作基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器的总体流程图。

图例说明：

12为双层玻璃管光纤束，1201为双层玻璃管光纤束锥腰；

34为单层玻璃管光纤束，3401为单层玻璃管光纤束锥腰；

1100为输入单模光纤，1110为输入单模光纤纤芯，1120为输入单模光纤包层，1130为输入单模光纤涂覆层；

2000为双层多孔玻璃管，2100为双层玻璃管内层，2200为双层玻璃管外层，2110为双层玻璃管内孔，2101为双层玻璃管锥腰内层，2201为双层玻璃管锥腰外层，2111为双层玻璃管锥腰内孔；

3100为输出多模光纤，3110为输出多模光纤纤芯，3120为输出多模光纤包层，3130为输出多模光纤涂覆层；

3200为输入多模光纤，3210为输入多模光纤纤芯、3220为输入多模光纤包层，3230为输入多模光纤涂覆层；

4000为单层多孔玻璃管，4100为单层玻璃管，4110为单层玻璃管内孔；

5000为输出多芯少模光纤，5100为输出多芯少模光纤纤芯，5200为多芯少模光纤包层，5300为多芯少模光纤涂覆层。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1所示的一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，包括：

多个多模光纤光子灯笼X，所述多模光纤光子X灯笼包括：

双层玻璃管光纤束12，由双层多孔玻璃管2000和多根输入单模光纤1100插接后拉锥而成，且，在双层玻璃管光纤束锥腰1201处进行切割；

一输出多模光纤3100，与所述切割好的双层玻璃管光纤束锥腰处1201熔接；

一多芯光纤光子灯笼Y，所述多芯光纤光子灯笼Y包括：

单层玻璃管光纤束34，由单层多孔玻璃管4000和多根输入多模光纤3200插接后拉锥而成，且，在单层玻璃管光纤束锥腰3401处进行切割；

一输出多芯少模光纤5000，与所述单层玻璃管光纤束的锥腰处3401熔接；

其中，所述多模光纤光子灯笼X的输出多模光纤3100与所述多芯光纤光子灯笼Y的输入多模光纤3200数量相等，且，所述输出多模光纤3100与所述输入多模光纤3200一一对应熔接。

如图2-6所示，所述双层多孔玻璃管2000包括多个按设计需求排布的双层玻璃管内孔2110、双层玻璃管内层2100和双层玻璃管外层2200，双层玻璃管外层2200的折射率比双层玻璃管内层2100的折射率低。

所述输入单模光纤1100包括：输入单模光纤纤芯1110、输入单模光纤包层1120和输入单模光纤涂覆层1130；输入单模光纤1100按设计需求进行预拉锥后，分别插入双层玻璃管内孔2110，双层玻璃管内层2100的折射率与输入单模光纤包层1120的折射率相等；预拉锥后的输入单模光纤纤芯1110具有不同尺寸，位于双层玻璃管内孔2110内的输入单模光纤1100为锥形结构。

所述输出多模光纤3100包括：输出多模光纤纤芯3110、输出多模光纤包层3120和输出多模光纤涂覆层3130。

所述双层玻璃管光纤束锥腰1201包括：双层玻璃管锥腰内层2101、双层玻璃管锥腰外层2201和双层玻璃管锥腰内孔2111；所述输出多模光纤纤芯3110的尺寸与所述双层玻璃管光纤束锥腰内层2101的尺寸相等。

如图7-11所示，所述单层多孔玻璃管4000包括：多个按设计需求排布的单层玻璃管内孔4110和单层玻璃管4100；单层玻璃管4100的折射率比单层玻璃管内孔4110的折射率低。

所述输入多模光纤3200包括：输入多模光纤纤芯3210、输入多模光纤包层3220和输入多模光纤涂覆层3230，输入多模光纤3200分别插入单层玻璃管内孔4110，且，位于单层玻璃管内孔4110的输入多模光纤3200是锥形结构，单层玻璃管内孔4110的折射率与腐蚀后的输入多模光纤包层3220的折射率相等。

所述输出多芯少模光纤5000包括输出多芯少模光纤纤芯5100、多芯少模光纤包层5200和多芯少模光纤涂覆层5300；输出多芯少模光纤纤芯5100的尺寸和排布位置均与单层玻璃管光纤束锥腰3401处的纤芯尺寸和排布位置保持一致，单层玻璃管光纤束锥腰3401处的纤芯的数值孔径与所述输出多芯少模光纤纤芯5100的数值孔径相等。

如图1和12所示，一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器的制作方法，包括以下步骤：

S1、多模光纤光子灯笼X的制作：

S11、将N根输入单模光纤1100的输入单模光纤涂覆层1130清除，并按照设计的纤芯尺寸分别进行预拉锥；

S12、根据双层玻璃管内孔2110直径对拉锥后的输入单模光纤包层1120进行销蚀处理；

S13、将处理好的输入单模光纤1100插入对应双层玻璃管内孔2110，并整体拉锥；

S14将拉锥完成的双层玻璃管光纤束12在锥腰处进行切割；

S15将切割好的玻璃管光纤束12与选定的输出多模光纤3100熔接，完成多模光纤光子灯笼X的制作；

S16重复步骤S11~ S15，制作M个具有相同结构的多模光纤光子灯笼X；

S2、多芯光纤光子灯笼Y的制作：

S21、根据单层玻璃管内孔4110直径对M根输入多模光纤包层3220进行销蚀处理；

S22、将处理好的输入多模光纤3200按照设计要求插入单层玻璃管内孔4110，并整体拉锥；

S23、将拉锥完成的单层玻璃管光纤束34在锥腰处进行切割；

S24、将切割好的单层玻璃管光纤束34与输出多芯少模光纤5000进行对准熔接，完成多芯光纤光子灯笼Y的制作；

S3、多芯少模光纤复用器的制作：

S31、将M个多模光纤光子灯笼X在输出多模光纤3100的输出端进行切割；

S32、将多芯光纤光子灯笼Y在输入多模光纤3200的输入端进行切割；

S33、将M个多模光纤光子灯笼Y的输出多模光纤3100的输出端分别与多芯光纤光子灯笼Y的M根输入多模光纤3200的输入端进行熔接，完成多芯少模光纤复用器的制作。

下面以一个七芯三模光纤复用器的具体实施例来对本发明进一步说明。

在本实施例中，输入单模光纤1100的基本参数为：

输入单模光纤纤芯1110的尺寸为8.2μm，

输入单模光纤包层1120的直径为125μm，

输入单模光纤纤芯1110的折射率为1.451，

输入单模光纤包层1120的折射率为1.444，

对应输入单模光纤纤芯1110的数值孔径为0.14。

输出多芯少模光纤5000包含7个输出多芯少模光纤纤芯5100，每个输出多芯少模光纤纤芯5100选择支持3个模式，其基本参数包括：

输出多芯少模光纤纤芯5100的直径为20μm，

输出多芯少模光纤纤芯5100的芯间距为50μm，

输出多芯少模光纤包层5200的直径为250μm，

输出多芯少模光纤纤芯5100的折射率为1.451，

输出多芯少模光纤包层5200的折射率为1.444，

对应输出多芯少模光纤纤芯5100的数值孔径为0.14。

根据分析，选择输出多模光纤3100的基本参数为：

输出多模光纤纤芯3110的直径为60μm，

输出多模光纤包层3120的直径为125μm，

输出多模光纤纤芯3110的折射率为1.451，

输出多模光纤包层3120的折射率为1.444，

对应输出多模光纤纤芯3110的数值孔径为0.14。

制作的具体步骤如下：

S1、多模光纤光子灯笼X的制作

S11、首先分别去除3根输入单模光纤1100的输入单模光纤涂覆层1130，确保去除部分的长度大于40mm，并进行清洁；然后其中两根输入单模光纤1100采用拉锥的方式获得所需要尺寸，并确保锥腰长度大于40mm，得到预拉锥后的两根输入单模光纤纤芯1110的尺寸分别为7μm和6μm，对应输入单模光纤包层1120尺寸分别为106.7μm和91.5μm；另一根不做处理；

S12、利用氢氟酸腐蚀的方式对预拉锥的两根输入单模光纤1100的包层进行销蚀处理，得到输入单模光纤包层1120的尺寸为100μm。

S13、选择1根双层3孔玻璃管2000，其中双层玻璃管内层2100的直径为0.6mm，双层玻璃管外层2200的直径为1.25mm，双层玻璃管内孔2110的直径为0.1mm，双层玻璃管内层2100的折射率为1.444，双层玻璃管外层2200的折射率为1.4372，对应内外层材料的数值孔径为0.14；

将处理好的输入单模光纤1100插入对应的双层玻璃管内孔2110，并整体拉锥至双层玻璃管锥腰外层2201的直径为125μm时停止，并确保拉锥的长度大于20mm，锥腰的长度大于20mm，此时双层玻璃管锥腰内层2101的直径为60μm，双层玻璃管光纤束锥腰1201处的光纤纤芯的直径小于1μm；

S14、将拉锥完成的双层玻璃管光纤束12在锥腰10mm位置处进行切割；

S15、对输出多模光纤3100进行切割，将切割好的双层玻璃管光纤束12与输出多模光纤3100进行熔接，完成1个多模光纤光子灯笼X的制作；

S16、重复步骤S11~ S15，制作7个具有相同结构的多模光纤光子灯笼X；

S2、七芯光纤光子灯笼Y的制作

S21、采用氢氟酸腐蚀方式对输入多模光纤3200的包层进行销蚀处理，得到输入多模光纤包层3220的尺寸为120μm，并确保处理区域的长度大于40mm，采用相同方式得到7根处理后的输入多模光纤3200；

S22、选择1根单层7孔的玻璃管4000，单层玻璃管4100的直径为0.75mm，单层玻璃管内孔4110的直径为0.12mm，孔间距为0.15mm，单层玻璃管4100的折射率为1.444；将处理好的输入多模光纤3200插入单层玻璃管内孔4110，并整体拉锥至单层玻璃管光纤束锥腰3401的直径为250μm时停止，并确保拉锥的长度大于20mm，锥腰的长度大于20mm，此时单层玻璃管光纤束锥腰3401处的光纤纤芯的直径为20μm；

34为单层玻璃管光纤束，3401为单层玻璃管光纤束锥腰；

S23、将拉锥完成的单层玻璃管光纤束34在锥腰10mm位置处进行切割；

S24、对输出七芯少模光纤5000进行切割，将切割好的单层玻璃管光纤束34与输出七芯少模光纤5000进行熔接，并确保单层玻璃管光纤束锥腰3401内的光纤纤芯与输出七芯少模光纤5000的纤芯实现一一对准，并熔接，完成七芯光纤光子灯笼Y的制作；

S3、七芯三模光纤复用器的制作：

S31、将七个多模光纤光子灯笼X在输出多模光纤3100的输出端进行切割；

S32、将七芯光纤光子灯笼Y在输入多模光纤3200的输入端进行切割；

S33、将七个多模光纤光子灯笼X的输出多模光纤3100的输出端分别与七芯光纤光子灯笼Y的七根输入多模光纤3200的输入端进行熔接，完成七芯三模光纤复用器的制作。

以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。

Claims (9)

1.一种基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：包括：

多个多模光纤光子灯笼，所述多模光纤光子灯笼包括：

呈锥形的双层玻璃管光纤束，由双层多孔玻璃管和多根输入单模光纤插接后拉锥而成，且，在双层玻璃管光纤束的锥腰处进行切割；

一输出多模光纤，与所述切割好的双层玻璃管光纤束锥腰处熔接；

一多芯光纤光子灯笼，所述多芯光纤光子灯笼包括：

成锥形的单层玻璃管光纤束，由单层多孔玻璃管和多根输入多模光纤插接后拉锥而成，且，在单层玻璃管光纤束的锥腰处进行切割；

一输出多芯少模光纤，与所述切割好的单层玻璃管光纤束锥腰处熔接；

其中，所述多模光纤光子灯笼的输出多模光纤与所述多芯光纤光子灯笼的输入多模光纤数量相等，且，所述输出多模光纤与所述输入多模光纤一一对应熔接。

2.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述双层多孔玻璃管包括多个双层玻璃管内孔、双层玻璃管内层和双层玻璃管外层，双层玻璃管外层的折射率比双层玻璃管内层的折射率低。

3.根据权利要求2所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述输入单模光纤包括：输入单模光纤纤芯、输入单模光纤包层和输入单模光纤涂覆层；输入单模光纤按设计需求进行预拉锥后，分别插入双层玻璃管内孔，双层玻璃管内层的折射率与输入单模光纤包层的折射率相等；预拉锥后的输入单模光纤纤芯具有不同尺寸，位于双层玻璃管内孔内的输入单模光纤为锥形结构。

4.根据权利要求3所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述输出多模光纤包括：输出多模光纤纤芯、输出多模光纤包层和输出多模光纤涂覆层。

5.根据权利要求4所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述双层玻璃管光纤束锥腰包括：双层玻璃管锥腰内层、双层玻璃管锥腰外层和双层玻璃管锥腰内孔；所述输出多模光纤纤芯的尺寸与所述双层玻璃管锥腰内层的尺寸相等。

6.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述单层多孔玻璃管包括：多个单层玻璃管内孔和单层玻璃管；单层玻璃管的折射率比单层玻璃管内孔的折射率低。

7.根据权利要求6所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述输入多模光纤包括：输入多模光纤纤芯、输入多模光纤包层和输入多模光纤涂覆层，输入多模光纤分别插入单层玻璃管内孔，且，位于单层玻璃管内孔的输入多模光纤是锥形结构，单层玻璃管内孔的折射率与腐蚀后的输入多模光纤包层的折射率相等。

8.根据权利要求7所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器，其特征在于：所述输出多芯少模光纤包括输出多芯少模光纤纤芯、多芯少模光纤包层和多芯少模光纤涂覆层；输出多芯少模光纤纤芯的尺寸和排布位置均与单层玻璃管光纤束锥腰处的纤芯尺寸和排布位置保持一致。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的基于光子灯笼的多芯少模光纤复用器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、多模光纤光子灯笼的制作：

S11、将N根输入单模光纤的输入单模光纤涂覆层清除，并按照设计的纤芯尺寸分别进行预拉锥；

S12、根据双层玻璃管内孔直径对拉锥后的输入单模光纤包层进行销蚀处理；

S13、将处理好的输入单模光纤插入对应双层玻璃管内孔，并整体拉锥；

S14、将拉锥完成的双层玻璃管光纤束在锥腰处进行切割；

S15、将切割好的玻璃管光纤束与选定的输出多模光纤熔接，完成多模光纤光子灯笼的制作；

S16、重复步骤S11~ S15，制作M个具有相同结构的多模光纤光子灯笼；

S2、多芯光纤光子灯笼的制作：

S21、根据单层玻璃管内孔直径对M根输入多模光纤包层进行销蚀处理；

S22、将处理好的输入多模光纤按照设计要求插入单层多孔玻璃管内孔，并整体拉锥；

S23、将拉锥完成的单层玻璃管光纤束在锥腰处进行切割；

S24、将切割好的单层玻璃管光纤束与输出多芯少模光纤进行对准熔接，完成多芯光纤光子灯笼的制作；

S3、多芯少模光纤复用器的制作：

S31、将M个多模光纤光子灯笼在输出多模光纤的输出端进行切割；

S32、将多芯光纤光子灯笼在输入多模光纤的输入端进行切割；

S33、将M个多模光纤光子灯笼的输出多模光纤的输出端分别与多芯光纤光子灯笼的M根输入多模光纤的输入端进行熔接，完成多芯少模光纤复用器的制作。

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