CN117215000A - 一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置，包括多芯光纤，扩束透镜组包括负透镜和正透镜，多芯光纤的端面正对扩束透镜组的负透镜；单芯光纤束工装包括阵列的多个光纤准直器，单芯光纤束工装正对扩束透镜组的正透镜，单芯光纤束工装的光纤准直器数量与多芯光纤的纤芯数量相同；多芯光纤的中心纤芯、负透镜的主光轴、正透镜的主光轴处于同一直线上，单芯光纤束工装的多个光纤准直器的阵列方式与多芯光纤的多个纤芯的阵列方式相同，使多芯光纤的多个纤芯经的扩束透镜组扩束后的光与多个光纤准直器一一对准。本发明对于光纤束法和熔锥法，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题。

Description

一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置

技术领域

本发明涉及光纤通信与光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置。

背景技术

随着光纤通信与光纤传感领域技术的不断发展，通信系统的带宽需求和传输距离不断增加，传感仪器的测量精度不断提高，单芯光纤的限制逐渐显现，多芯光纤因其高密度和高容量的优点被广泛研究和应用。多芯光纤扇入扇出可以实现多芯光纤与多个单芯光纤之间的高效连接和数据传输，提高通信系统的可靠性和传输效率，提升传感仪器的测量精度和稳定性。

目前，多芯光纤扇入扇出技术主要包括：熔锥法、光纤束法、3D集成波导和自由空间光学。这些方法中的每一种都有其自身的优点，但要为具有小纤芯间距的高密度多芯光纤实现低串扰仍然具有挑战性。例如，在熔锥法中，纤芯的模场直径会在熔锥过程中增大，在相邻纤芯之间引起显着的串扰。在光纤束法中，光纤束法的关键在于处理和排布多根单芯光纤，操作过程比较精细，单芯光纤的纤芯间距需与多芯光纤的芯间距保持一致，因此当纤芯间距较小，处理难度较大，且无法适用于多芯保偏光纤。3D集成波导制成的扇入扇出体积较大，难以实现小型化，而且加工难度和成本都比较高。基于自由空间光学的扇入扇出装置的优点是多芯光纤中每个芯与单个单芯光纤的对接可以单独调节，且与偏振无关。但当芯数增加时，光路较复杂，对调整架和光学元件的精度和稳定度要求较高。

因此，有必要提出一种新的多芯光纤扇入扇出装置，来满足多芯光纤在光纤通信和光纤传感领域中的应用需求。

发明内容

为了解决现有技术中多芯光纤扇入扇出装置相邻纤芯之间容易引起串扰、加工难度大的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置，所述扇入扇出装置包括多芯光纤，所述多芯光纤至少包括一中心纤芯；

扩束透镜组，包括负透镜和正透镜，所述多芯光纤的端面正对所述扩束透镜组的负透镜；

单芯光纤束工装，包括阵列的多个光纤准直器，所述单芯光纤束工装正对所述扩束透镜组的正透镜，所述单芯光纤束工装的光纤准直器数量与所述多芯光纤的纤芯数量相同；

其中，所述多芯光纤的中心纤芯、所述负透镜的主光轴、所述正透镜的主光轴处于同一直线上，

并且，所述单芯光纤束工装的多个光纤准直器的阵列方式与所述多芯光纤的多个纤芯的阵列方式相同，使所述多芯光纤的多个纤芯经所述的扩束透镜组扩束后的光与多个光纤准直器一一对准。

优选地，所述多芯光纤正对所述负透镜的一端插入光纤陶瓷插芯，所述光纤陶瓷插芯、所述扩束透镜组和所述单芯光纤束工装通过壳体封装。

优选地，所述扇入扇出装置还包括多根单芯光纤，所述单芯光纤的数量与所述单芯光纤束工装的光纤准直器数量相同，每根单芯光纤连接一个光纤准直器。

优选地，每根所述单芯光纤远离所述光纤准直器的一端连接一个连接器。

本发明的另一个目的在于提供一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置的制备方法，所述制备方法包括：

S1、将多芯光纤插入光纤陶瓷插芯，点胶固定后对多芯光纤插入光纤陶瓷插芯的端面进行研磨操作，使多芯光纤的端面与多芯光纤的中轴线垂直；

S2、将负透镜、正透镜置于光学调整架，调整光学调整架，使多芯光纤的中心纤芯、负透镜的主光轴、正透镜的主光轴依次排列并处于同一直线上；

S3、将多芯光纤的远离负透镜的一端与光源相连，在距离正透镜的出射端一定距离处放置一块挡板；

水平移动负透镜与正透镜之间的距离，并水平移动挡板与正透镜的距离，使挡板在一定移动范围内，落在挡板上的光斑大小与距离保持不变，记录挡板上的光斑位置；

S4、在单芯光纤束工装上阵列多个光纤准直器，光纤准直器数量与光斑的数量相同，每一个光纤准直器上连接一根单芯光纤；

S5、按照步骤S3中挡板上的光斑位置，调整单芯光纤束工装上多个光纤准直器的阵列方式与多芯光纤的多个纤芯的阵列方式相同；

将挡板替换为单芯光纤束工装，使多芯光纤的多个纤芯经负透镜、正透镜扩束后的光与多个光纤准直器一一对准；

S6、将光纤陶瓷插芯、负透镜、正透镜和单芯光纤束工装通过壳体封装。

优选地，在步骤S5之后，还包括：

将每一根单芯光纤与光功率计相连，水平微调负透镜和正透镜的位置，直至每一根单芯光纤连接的光功率计的变化值达到最大并保持稳定。

本发明提供的一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置及制备方法，利用负透镜与正透镜组成的扩束透镜组，将小纤芯间距的多芯光纤与单芯光纤进行耦合连接，解决多芯光纤与单芯光纤之间扇入扇出及准直的问题。本发明具有结构尺寸小，适用范围广的优点，可适用于多芯保偏光纤；相对于光纤束法和熔锥法，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题，可广泛应用于光纤通信与光纤传感领域。

本发明提供的一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置及制备方法，采用扩束透镜组进行扩束，适用于双芯光纤、三芯光纤、四芯光纤、七芯光纤等，任何芯数大于等于两芯的多芯光纤。

本发明提供的一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置及制备方法，解决了多芯光纤纤芯与单芯光纤纤芯匹配的问题，适用于多芯保偏光纤，耦合效率高，能够得到较低的传输损耗。

本发明提供的一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置及制备方法，具有较广的适用范围，对于不同纤芯间距的多芯光纤和不同纤芯直径的单芯光纤，只需调整多芯光纤与负透镜、负透镜与正透镜、正透镜与单芯光纤之间的距离即可。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示意性示出了本发明一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置的结构示意图。

图2示出了本发明一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置的原理示意图。

图3示出了本发明一个实施例中多芯光纤的截面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。

为了解决现有技术中多芯光纤扇入扇出装置相邻纤芯之间容易引起串扰、加工难度大的技术问题，本发明提供一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置及制备方法。

结合图1、图2和图3，根据本发明的实施例，提供一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置包括多芯光纤1、扩束透镜组k、单芯光纤束工装8和多根单芯光纤5。多芯光纤1至少包括一中心纤芯101。如图3所示，本实施例中示例性的以七芯光纤为例，七芯光纤包括一个中心纤芯101，以及六个旁轴纤芯102。

扩束透镜组k，包括负透镜2和正透镜3。多芯光纤1的端面正对扩束透镜组k的负透镜2。单芯光纤束工装8，包括阵列的多个光纤准直器4，单芯光纤束工装8正对扩束透镜组k的正透镜3，单芯光纤束工装8的光纤准直器4数量与多芯光纤1的纤芯数量相同。光纤准直器4的透镜直径应大于经扩束透镜组k扩束后的光束直径。本实施例中单芯光纤束工装8的光纤准直器4数量为七个。

单芯光纤5的数量与单芯光纤束工装8的光纤准直器4数量相同，每根单芯光纤5连接一个光纤准直器4。每根单芯光纤5远离光纤准直器4的一端连接一个连接器6，连接器6与光信号接收发送装置连接。

根据本发明的实施例，多芯光纤1的中心纤芯101、负透镜2的主光轴、正透镜3的主光轴处于同一直线上，并且单芯光纤束工装8的多个光纤准直器4的阵列方式与多芯光纤1的多个纤芯的阵列方式相同，使多芯光纤1的多个纤芯经的扩束透镜组k扩束后的光与多个光纤准直器4一一对准。

在一些实施例中，通过调节负透镜2和正透镜3的焦距，实现对扩束透镜组k扩束倍数的调节。

由于光纤准直器4的透镜直径应大于经扩束透镜组k扩束后的光束直径，为了避免封装尺寸过大，扩束透镜组k一方面选择合适的扩束倍数，另一方面光纤准直器4采用超mini型光纤准直器。

进一步地，多芯光纤1正对负透镜2的一端插入光纤陶瓷插芯7，采用点胶的方式连接固定，多芯光纤1其余部分用松套管进行保护，防止多芯光纤1折断。光纤陶瓷插芯7、扩束透镜组k和单芯光纤束工装8通过壳体9封装，进行固定和保护，使性能更稳定。

如图2所示，本发明光从多芯光纤1多个纤芯出射的光束通过扩束透镜组k的负透镜2、正透镜3扩束后，经过多个光纤准直器4入射进入多个单芯光纤5，由连接器6与光信号接收发送装置进行光束传输，实现了从多芯光纤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。

根据本发明的实施例，提供一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置的制备方法，包括：

步骤S1、将多芯光纤1插入光纤陶瓷插芯7，点胶固定后对多芯光纤1插入光纤陶瓷插芯7的端面进行研磨操作，使多芯光纤1的端面与多芯光纤1的中轴线垂直。

步骤S2、将负透镜2、正透镜3置于光学调整架，调整光学调整架，使多芯光纤1的中心纤芯101、负透镜2的主光轴、正透镜3的主光轴依次排列并处于同一直线上。

在一些实施例中，选择使用合适的光学调整架可以在光学系统中较大程度的提升系统的光学性能及系统的稳定性。

步骤S3、将多芯光纤1的远离负透镜2的一端与光源相连，在距离正透镜3的出射端一定距离处放置一块挡板，挡板用于观察多芯光纤1的多个纤芯的出光情况。

水平移动负透镜2与正透镜3之间的距离，并水平移动挡板与正透镜3的距离，使挡板在一定移动范围内，落在挡板上的光斑大小与距离保持不变，即确定多芯光纤1经扩束透镜组k扩束后平行出光，记录挡板上的光斑位置。

步骤S4、在单芯光纤束工装8上阵列多个光纤准直器4，光纤准直器4数量与光斑的数量(挡板上的光斑数量对应多芯光纤1的纤芯数量)相同，每一个光纤准直器4上连接一根单芯光纤5。

步骤S5、按照步骤S3中挡板上的光斑位置，调整单芯光纤束工装8上多个光纤准直器4的阵列方式与多芯光纤1的多个纤芯的阵列方式相同。

将挡板替换为单芯光纤束工装8，使多芯光纤1的多个纤芯经负透镜2、正透镜3(扩束透镜组k)扩束后的光与多个光纤准直器4一一对准。

将每一根单芯光纤5与光功率计相连，水平微调负透镜2和正透镜3的位置，直至每一根单芯光纤5连接的光功率计的变化值达到最大并保持稳定，此时所有的单芯光纤5完全对准达到最佳耦合状态。

在一些实施例中，判断每根单芯光纤5对应的光功率是否对准达到最佳耦合状态，具体可以将其中一根单芯光纤5远离光纤准直器4的一端与光源相连，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该单芯光纤对应的功率是否对准达到最佳耦合状态，一根单芯光纤5检测完成后，再换其他单芯光纤5继续检测，直至所有单芯光纤5完全对准达到最佳耦合状态。

步骤S6、将光纤陶瓷插芯8、负透镜2、正透镜3和单芯光纤束工装8通过壳体9封装。在每一根单芯光纤远离5远离光纤准直器4的一端连接一个连接器6。

本发明采用负透镜与正透镜组成扩束透镜组的方式，实现多芯光纤扇入扇出，解决了单芯光纤的排布与多芯光纤匹配的问题，当芯数增加，光路较为复杂时依然适用。本发明适用于多芯保偏光纤，适用范围更加广泛。本发明从多芯光纤方面入手解决耦合匹配问题，相对于熔锥法和光纤束法，无需对单芯光纤进行定制，降低成本和制作难度。

本发明对于不同的纤芯直径和纤芯间距的多芯光纤，只需调整负透镜和正透镜的位置，进行局部的修正及匹配，即能得到较低的耦合损耗，更加具备批量加工的可能性，且单芯光纤端由于没有经过熔融拉制，不存在因工艺过程而产生的芯间串扰问题。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置，其特征在于，所述扇入扇出装置包括多芯光纤，所述多芯光纤至少包括一中心纤芯；

扩束透镜组，包括负透镜和正透镜，所述多芯光纤的端面正对所述扩束透镜组的负透镜；

单芯光纤束工装，包括阵列的多个光纤准直器，所述单芯光纤束工装正对所述扩束透镜组的正透镜，所述单芯光纤束工装的光纤准直器数量与所述多芯光纤的纤芯数量相同；

其中，所述多芯光纤的中心纤芯、所述负透镜的主光轴、所述正透镜的主光轴处于同一直线上，

并且，所述单芯光纤束工装的多个光纤准直器的阵列方式与所述多芯光纤的多个纤芯的阵列方式相同，使所述多芯光纤的多个纤芯经所述的扩束透镜组扩束后的光与多个光纤准直器一一对准。

2.根据权利要求1所述的扇入扇出装置，其特征在于，所述多芯光纤正对所述负透镜的一端插入光纤陶瓷插芯，所述光纤陶瓷插芯、所述扩束透镜组和所述单芯光纤束工装通过壳体封装。

3.根据权利要求1所述的扇入扇出装置，其特征在于，所述扇入扇出装置还包括多根单芯光纤，所述单芯光纤的数量与所述单芯光纤束工装的光纤准直器数量相同，每根单芯光纤连接一个光纤准直器。

4.根据权利要求3所述的扇入扇出装置，其特征在于，每根所述单芯光纤远离所述光纤准直器的一端连接一个连接器。

5.一种基于扩束透镜组的多芯光纤扇入扇出装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1、将多芯光纤插入光纤陶瓷插芯，点胶固定后对多芯光纤插入光纤陶瓷插芯的端面进行研磨操作，使多芯光纤的端面与多芯光纤的中轴线垂直；

S2、将负透镜、正透镜置于光学调整架，调整光学调整架，使多芯光纤的中心纤芯、负透镜的主光轴、正透镜的主光轴依次排列并处于同一直线上；

S3、将多芯光纤的远离负透镜的一端与光源相连，在距离正透镜的出射端一定距离处放置一块挡板；

水平移动负透镜与正透镜之间的距离，并水平移动挡板与正透镜的距离，使挡板在一定移动范围内，落在挡板上的光斑大小与距离保持不变，记录挡板上的光斑位置；

S4、在单芯光纤束工装上阵列多个光纤准直器，光纤准直器数量与光斑的数量相同，每一个光纤准直器上连接一根单芯光纤；

S5、按照步骤S3中挡板上的光斑位置，调整单芯光纤束工装上多个光纤准直器的阵列方式与多芯光纤的多个纤芯的阵列方式相同；

将挡板替换为单芯光纤束工装，使多芯光纤的多个纤芯经负透镜、正透镜扩束后的光与多个光纤准直器一一对准；

S6、将光纤陶瓷插芯、负透镜、正透镜和单芯光纤束工装通过壳体封装。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S5之后，还包括：

将每一根单芯光纤与光功率计相连，水平微调负透镜和正透镜的位置，直至每一根单芯光纤连接的光功率计的变化值达到最大并保持稳定。