CN1208860A - 1xN光纤耦合器/分束器 - Google Patents

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Abstract

对多根光纤的端部进行剥离;由纤维的涂层部分构成引出端。将一根纤维的被剥离部分熔合到直径大于被剥离纤维端部直径的没有涂层的纤维段上。通过用其余纤维的被剥离部分环绕没有涂层的纤维段形成一个密排阵列而制备光纤耦合器预制件。至少对没有涂层的纤维段和被剥离端部的一部分重叠区加热并拉伸,在没有涂层的纤维段与被剥离部分之间实现光信号耦合。

Description

1×N光纤耦合器/分束器
本发明涉及光纤耦合器，更具体地涉及能够基本等量地把输入光纤的功率耦合到三个或多个输出光纤中的1×N(N＞2)耦合器，本发明还涉及制备这种耦合器的方法。
以并排关系将多个纤维沿其适当长度定位并与包层熔合在一起，使得纤维固定并减小芯之间间隔，由此形成了“熔合纤维耦合器”。在对纤维进行加热和拉伸前将其插入毛细管中，由此形成“外包层耦合器”，能够改善各种耦合器特性。为了形成外包层耦合器，将纤维插入到玻璃外包层管中，对该管抽真空，对其中部区域加热并使其坍塌在纤维上。在此之后，将该中部区域的中央部分抽拉到获得所需耦合必需的直径和耦合长度。本发明涉及这两种熔合的纤维耦合器和外包层耦合器。
能够把来自位于中央输入光纤的光耦合到该输入纤维周围的多个输出光纤中的光纤耦合器是众所周知的。已知耦合特性受到输出纤维之间的间隔的影响。基本均等的耦合比率需要均等的纤维间隔。六个输出光纤固定在另一个直径相等的纤维周围，形成一个密排阵列。然而，对于许多用途，需要1×6耦合器以外的其它器件，如1×4耦合器或1×8耦合器。
一种纤维间隔技术涉及把每个输出纤维粘合到输入纤维上，从而使每个输出纤维恰当地位于输入纤维周围。这种方法十分麻烦和费时，因此不适合商业生产。
第5017206号美国专利给出一种通过组装包括两个其间存在间隙的同心玻璃管的耦合器预制件而制备1×N光纤耦合器的方法，这里N不等于6。内层管的形状和/或大小相对于外层管的形状和/或大小能够使多个输出光纤均等地间隔在间隙中。如果外层管的内表面和内层管的外表面截面均为圆形，N必须大于6。输入光纤设置在内层管的中心孔径位置。输入和输出纤维通过合成耦合器预制件的中部区域延伸。该中部区域经加热坍塌到纤维上，将中部区域的中央部分拉伸，在预定长度上减小其直径。采用外径205微米、内径130微米的隔离管形成市场上供应的外径为125微米光纤的1×8耦合器。八个输出纤维恰好固定在隔离管的周围，输入纤维固定在隔离管的孔径当中。然而，这个1×8耦合器的实施例难以实现。首先，由于隔离管的直径十分小，壁厚也极小，很难制造这种隔离管。此外，技术人员将输入纤维插入隔离管也十分困难。管壁太薄以致被技术人员抓住的隔离管部分压扁成椭圆形截面。另外，在技术人员将纤维插入隔离管中时，纤维会受到隔离管的损伤。将输入纤维穿插到隔离管中所碰到的困难使得加工劳动强度加大，制造耦合器的成本增大。
当采用上述的在输入纤维与输出纤维之间采用一个隔离管的技术制造1×8耦合器时，实践中通常将外包层管的端部粘合到纤维上，以提高从耦合器延伸这部分纤维的拉伸强度。注意，将处于耦合器预制件中部区域的这部分隔离管不能被粘合到输入纤维上，因为这个中部区域承受的温度足以烧掉胶液而毁坏耦合器。此外，在隔离管坍塌步骤期间，胶液会阻碍空气的抽出。然而，由于输入纤维与隔离管之间的间隔是极小的，施加到隔离管端部的胶液不能在隔离管与输入纤维之间流动。因此，没有足够量的胶液与输入纤维接触以提供合适的拉伸强度。
为了增大输入纤维的拉伸强度，用一个长度较短的和一个长度较长的隔离管替代单个的隔离管。见第5351326号美国专利。将一滴胶液施加到输入纤维邻近涂层的没有涂层端的部分上，将其插入到短的隔离管中。然后胶液占据纤维与短隔离管之间的空间。在胶液固化后，把输入纤维其余没有涂层的部分插入到长的隔离管中。长的隔离管不粘合到输入纤维上，因此可以对它们之间的空间抽真空。较短隔离管的长度必须足够短，以致它不会位于耦合器预制件的中部区域。较长隔离管的长度必须足够长，以致它完全延伸通过预制件中部区域。输入纤维的拉伸强度得到提高，然而，这是一项高强度的加工劳动。
制造1×8耦合器的另一种技术涉及到减小八个输出光纤的截面面积。减小纤维截面面积的方法包括刻蚀、机械加工和拉长。这些方法难以进行控制并引起减小直径部分的纤维变脆。此外，中央的大直径纤维的折射率与经刻蚀的小直径纤维的包层的折射率相同。
因此，本发明的目的是提供一种形成1×N光纤耦合器(N＞3)的改进方法。本发明的进一步目的是提供一种能够克服现有方法中上述缺点的方法。本发明的另一个目的是提供一种以低劳动强度因而更经济地形成1×N光纤耦合器的方法。本发明的再一个目的是提供一种提高位于中心的输入纤维的拉伸强度的1×N光纤耦合器，因此，耦合器不会失效。本发明的另一个目的是提供一种形成1×N光纤耦合器预制件的方法，其中，输出光纤相互之间以及相对位于中心的输入光纤十分准确地定位。
本发明涉及光纤耦合器及其制备方法。
制备方法包括把直径为d1的引出端型光纤熔合到直径为d2的没有涂层的纤维段的至少一端上以形成第一合成纤维的步骤。直径d1与直径d2不等。引出端型光纤与纤维段相对的部分上有保护涂层。还提供至少一根其镀有涂层纤维引出端从其至少一端延伸的附加光纤。没有涂层的纤维段设置在附加光纤附近，对没有涂层的纤维段与附加光纤的至少一部分重叠区加热和拉伸，从而使纤维之间的光信号产生耦合。
通过从多根纤维的端部剥离涂层能够形成至少一根附加纤维。在加热步骤前，可以将纤维这样排列，由其余纤维的剥离部分将没有涂层的纤维段环绕在当中，形成一个密排列阵。以这种方式可制成1×N耦合器，如1×8耦合器。如果一部分外围纤维是没有光导芯的隔离纤维，能够形成1×4型耦合器。
本发明的方法也可用于制备2×2耦合器。在本实施例中，第一复合纤维包括两端熔合有引出端型光纤的没有涂层的纤维段。附加纤维是与第一复合纤维一样的第二复合纤维。
用本发明的方法能够形成外包层耦合器。将纤维设置在对其加热的位置中的步骤包括将第一复合纤维和附加纤维插入第一端处有斗的玻璃管的孔中。对玻璃管加热使其坍塌在其中包含的纤维上，并与纤维一起对玻璃管进行拉伸。
根据本发明的又一个方面，通过提供具有一个纵向孔和至少一个从玻璃管孔延伸到其第一端的斗的玻璃管可形成外包层光纤耦合器。将第一光纤的裸露部分插入玻璃管孔中。从多根玻璃纤维(其中至少有一些是光纤)的端部剥离涂层。把多根纤维中的一根插入每一根供料管。把供料管设置成使它们的端部与玻璃管的第一端隔离开来，纤维的被剥离端伸进斗中。供料管向玻璃管推进，由此使纤维进一步推进到斗中。在将纤维从供料管同时馈送到玻璃管时，从玻璃管中抽出供料管。重复馈送和抽出步骤直至纤维位于环绕第一光纤裸露部分的玻璃管孔中为止。然后，对玻璃管加热，使其坍塌在纤维上并进行拉伸，形成耦合器。
当采用标准通讯型光纤作为多个纤维时，在推进和抽拉步骤期间，供料管最好移动8至11mm距离。
按照本发明的光纤耦合器包括第一复合纤维，它包括直径为d1的引出端型光纤，被熔合到直径为d2的没有涂层的纤维段的至少一端上。引出端型光纤与纤维段相对的部分上有保护涂层。耦合器包括至少一根镀有涂层纤维引出端从其至少一端延伸的附加光纤。沿足够的长度将没有涂层的纤维段和附加光纤光学熔合在一起，以在没有涂层的纤维段与附加光纤被剥离端部之间实现光信号耦合。
图1是本发明方法采用的复合纤维。
图2是沿图1中2-2线截取的截面图。
图3是耦合器预制件的截面图。
图4是沿图3中4-4线截取的截面图。
图5示出耦合器预制件两端被拉伸和密封后的情况。
图6是表明图5所示的外包层耦合器一半的部分截面图。
图7示出将纤维馈送到耦合器成形装置的装置。
图8示出将涂层光纤馈送到图7所示装置的机构。
图9是图7所示止动管的端视图。
图10是图7所示止动管端部的细节图。
图11是图7所示装置中采用的真空密封的等比例图。
图12a、12b、12c和12d是表明图7所示装置操作的外包层管的部分截面图。
图13是2×2耦合器的耦合器预制件的截面图。
图14示意地示出1×9耦合器。
图15是包含隔离纤维的1×4耦合器的截面图。
图16表明根据本发明的方法产生的1×8耦合器的光谱耦合比曲线图。
附图并不表示图中所示各元件的比例或相对比例。
本发明的第一实施例涉及通过手工方式将光纤插入外包层管中而制备外包层1×8光纤耦合器的方法。如图1-4所示，组装一个外包层耦合器预制件31。从八个传统的单模涂层光纤18的端部剥离保护涂层22。每个纤维包括芯和包层以及保护涂层，每个适合用作引出端，它能够被接至光纤系统的传统光纤上。被剥离纤维部分20的端面设置用第5104434号美国专利公开的技术能够形成的抗反射端。按照图4所示的排列将八个涂层光纤18的剥离部分20插入到外包层管13的孔14中，如图3所示，涂层22终止在斗15中。根据第5268979号美国专利或公开的欧洲专利申请EP0766108 A1的内容，可以采用纤维插入工具。
从类似于纤维20的光纤上切割一没有涂层的纤维段25，其中它包括芯25a和包层25b，其尺寸和组分与纤维20的芯和包层的尺寸和组分相似。此外，纤维段25包括熔点温度低于石英温度、折射率略低于石英折射率的外包层25c。通过给SiO2添加0.25-0.75wt.％的B2O3能够实现这些特性。没有涂层的纤维段25的直径d2足够大，以致八个没有涂层的端部分20能够固定在其周围，与纤维段25一起形成密排阵列。
从传统单模涂层光纤17的端部剥离保护涂层。被剥离部分19的直径为d1。被剥离部分19足够短，以致不延伸到管子的中部区域27(图3)。在熔合接点11处，使被剥离部分19的端部熔合到没有涂层的纤维段25上。纤维段25的其余端部设置抗反射端16。尽管纤维段25的端面显示为斜角劈开，但是它可以是另一种诸如球形端的抗反射端。采用诸如Alcatel斜角劈开器的商售装置能够形成斜角劈开的端面。包括被剥离部分19和纤维段25的复合纤维通过斗12插入到纤维20中心处的腔体中，直至涂层21落在斗12中为止。纤维段25足够长，以致它整个地延伸通过管子中部区域27。因此，仅仅纤维段25而不是被剥离部分19位于合成耦合器的耦合区中。
将一滴胶液36加到涂层纤维18的外周，使它们粘到端面24上，胶液是以不堵塞孔14出入口的方式施加的。同样用一滴胶液35把涂层纤维17固定到端面23上。胶液滴35和36仅仅在耦合器形成操作期间把纤维固定在位置上。
在这里引作参考的第5017206和5268979号美国专利中所公开的这类拉伸装置中可对耦合器预制件31作进一步处理。通过环形燃烧器插入预制件31并将其夹在安装在电机控制台上的拉伸卡盘中。将纤维穿过真空附件，然后将预制件31的端部密封。第5017206号美国专利揭示了典型的真空附件。在对预制件31抽真空时，环形燃烧器对管子13加热，使得中部区域27坍塌在光纤20上。之后，对坍塌区域的中心加热，电机控制台以相反方向拉伸，使预制件31拉长，形成有颈缩区29(图5和6)的光纤耦合器28。
然后用胶液50和51分别填满斗12和15中敞开的空间，以增大从耦合器端部延伸的光纤引出端的拉伸强度。通过在注射器中注入胶液并将其注射针插入斗中可以施加胶液。将足够量的胶液注入斗中，以覆盖延伸到斗中的纤维的裸露区。在胶液固化前，有充足的时间让胶液沿斗壁和邻近光纤的孔吸入。最好用紫外光使胶液固化，紫外光束通过管子13照射在恰好高于熔合接点11处，以防止胶液流出图6所示的接点。如果胶液到达纤维20的端部，它将降低其上的抗反射端的有效性。胶液50粘接在绝大部分长度的被剥离部分19上，因此，施加到涂层纤维17上的轴向力大部分被传递给管子13，并不到达耦合区中和附近的这些纤维部分。
用图7-11所示的半自动化装置也能够制备1×8耦合器。在这些图中以及图12a、12b和12c中，采用相同的标号表示与上述元件相似的元件。在这个实施例中不需要用粘结胶液滴35和36。将纤维插入固定器70固定在支撑臂71的一端，另一端接至沿轨道73按照箭头72a所示移动的移动台72。由可编程序控制器74确定移动台72的垂直位置。图7和8中由控制器74控制的绝大部分元件配有箭头标示的PC。固定器70包括止动管75，其中设有纤维导管77和乙醇发放管79。为清楚起见，图7中仅示出八个纤维导管中的两个。用环氧树脂80(图9)将管子77和79固定到管子75的端部。
每个纤维导管77远离臂71的端部定位在纤维供料机构81的附近(图8)。使纤维卷轴(未示出)非旋转地定位，从而将卷绕在其上的纤维18释放给供料机构81。纤维18通过供料机构进入到导管77中。通过管子85将氮供入纤维导管77中。从导管的纤维输入端出射的氮在纤维进入导管前吹走纤维上的灰尘和碎屑。当氮横穿导管时，通过导管77流动到邻近臂71端部的氮降低了导管与纤维之间的摩擦。
纤维供料机构81包括通过步进电机91能够双向旋转的滚柱90。位于滚柱90上方的是从动滚柱92(图中仅示出一个)，它们由气体操作的气缸94驱动。滚柱92与滚柱90通常偏移开来。为了把纤维18传送给导管77，激励气缸94，由此使滚柱92下降到滚柱90上。电机91使滚柱90以箭头90a所示的顺时针方向转动。当已经传送足够量的纤维时，从动滚柱92从主动滚柱90上缩回，激励气缸98，使夹板96下降抵住挡板97，防止纤维进一步移动。滚柱90和92的表面和夹板96和挡板97的表面涂有弹性材料，避免损伤纤维。
通过阀门100把来自加压源的乙醇馈送到发放管79。如图10所示，从发放管79流出乙醇滴101。
包括卡盘106和107的耦合器拉伸装置105位于纤维插入固定器70下方。可以用手工方式将毛细管13的端部插入卡盘中。卡盘106和107分别被接至按箭头109a和110a所示的向上和向下方向移动的台109和110上。将纤维插入管子108中后，真空密封装置112和113以箭头112a和113a所示的方向移动，使抽真空腔体中的管子108的两端密封。
图11示出左上方的真空密封装置112。它是由其中有开孔116的金属背板115构成的，背板中的孔适合于与放气阀122连接。背板115表面的四周是弹性密封体117，其中有一个半圆柱形的槽118，它适合于接纳毛细管108的端部。密封体117的中心部分是空的，从而与背板115的表面一起形成一个腔体120。左上方的真空密封装置的孔116与放气阀122(图7)连接，右上方的真空密封装置的孔与真空源V连接。同样地，真空密封装置113的孔与真空源V连接，另一真空密封装置113与放气阀123连接。
在图7所示装置中为了形成1×8耦合器，将毛细管13插入卡盘106和107中。从纤维导管77中传送出足够长度的纤维18，以形成被剥离的球形端部。按照公布的国际申请WO 97/11917的内容以机械方式进行端部剥离和形成球形端部的操作。另一方面，可以从导管77提供足够长度的纤维18，允许进行手工操作。把经过剥离、端部处理的特定纤维18缩回到其导管77中。然后对其余七根纤维18以同样的方式进行端部剥离、球形端部处理并缩回到它们的导管77中。
由机构126驱动的底部夹具125位于移动台127上，移动台127按照箭头127a(图7)所示作垂直移动。
如上所述并结合图1，对涂层纤维17进行端部剥离，将纤维段25熔合在被剥离部分19上。以手工方式将纤维段25插入毛细管13的底端，将镀有涂层纤维17的涂层21穿插到管中直至涂层21位于斗15中为止，如图12a所示。将夹具125闭合在从毛细管13底部伸出的部分涂层纤维17上。操作者在可编程序控制器中作一个输入，表示在夹具125的当前垂直位置上涂层21的端部与毛细管13的顶端对齐。因此控制器记录纤维段25的垂直位置。止动管75向下移动直至管子77高于纤维段25被分开端16约8-11mm为止。在图12a、12b和12c中未示出管子79。通过管子77同时馈送涂层纤维17直至被剥离区20的球形端面的端部定位在纤维段25的被分开端附近为止，如图12a所示。
在可编程序控制器的控制下，以大约相同的速率使底部夹具125和止动管75向下移动直至纤维20恰好位于斗15中为止(图12b)，距离s(图12b)为8-11mm。止动管75向下移动约5-8mm，引起被剥离区20同时开始进入斗15中。然后，止动管75向上移动约5-8mm，同时以与止动管75向上移动相同的速率将纤维18馈送到导管中，从而使毛细管13中的纤维部分20的端部保持静止。止动管再次向下移动约5-8mm，让纤维部分20进一步移动进入到管孔14中。随着纤维18的被剥离区20下降到毛细管孔14中，从管子79送出几滴乙醇。以5-8mm增量继续插入纤维部分20的过程，直至仅需要再插入5-8mm纤维部分就位于耦合器预制件中适当位置(见图12c)为止。在纤维部分20向孔14移动的最后5-8mm期间，纤维段25移动到图3所示的其最终垂直位置。在纤维段25的这个最终移动期间，它向下移动的距离比纤维部分20的大，管中的所有纤维都被拉直。当纤维段25比纤维20向下移动更长的距离时，通过纤维段25和纤维20的相对移动引起纤维拉直的效果。
已发现，当距离为8-11mm时，能够将标准通讯光纤最好地插入到管子13中。当d小于8mm时，一些纤维在它们的端部碰到管子的斗15时断开，因为从管子77伸出的纤维不够长，不足以使纤维在碰到斗时足够弯曲。如果距离s大于11mm，纤维会相互旋绕，不能以控制状态进入管子中，因此引起纤维断开。据预计，如果采用的光纤的刚性比标准通讯光纤的刚性更大或更小，距离s可以在8-11mm范围之外。
因此，在以约5-8mm的增量将纤维插入管孔期间使止动管75上下往复移动的方法，其优点在于纤维弯曲在插入期间是受控的，即使纤维保持足够的刚性，以致在相对较直的条件下插入纤维，因此纤维呈现低扭转。
将所有纤维的裸露区定位于管子13的孔之后，关闭底部真空密封装置113，从孔中抽出乙醇。通过管孔抽出空气大约20秒。还通过阀123把空气排放到左侧的真空密封装置113中。
将止动管75升高，以相同的速率将纤维18送入管子77中直至管子77和79的底部脱离顶部真空密封装置112为止。关闭顶部真空密封装置，在管子13顶部上方的真空腔体中抽真空。在对另一侧的密封装置抽真空时，通过阀122把空气排放到左侧真空密封装置122中。这样产生的快速移动的空气流，可吹去积累在管子13顶部的任何乙醇。这个吸气器动作不仅在去除乙醇期间发生，而且在接下来的管子坍塌和拉伸步骤期间应用真空期间发生；注意，这两步仅需要低的真空度。
燃烧器111最好是在耦合器制备过程中能够在适当的时候围绕管子13封闭的分置式燃烧器。采用甲烷和降低氧流动的程度，使两半个燃烧器点燃并移入和围绕管子13封闭。然后增大氧流量，使管子13的中部加热到足够高的温度，以使其坍塌在纤维上。大约10-22秒(通常15秒)后，在相反方向上横移上下卡盘，形成锥形区。另一种方法是在横移卡盘之前能够重新对管子13加热，形成锥形区。
拉伸距离是按照如下所述确定的。起先将耦合器拉长到根据以前经验确定的距离。测量生成器件的光学特性，以更接近于获得所需特性的方式调节接着对耦合器所作的拉伸或拉长距离。通过这一过程，得到最佳拉伸距离。尔后，将所有耦合器拉伸到最佳距离，以获得所需光学特性。然而，由于所产生耦合器的光学特性的结果，可以对诸如拉长距离一类的过程参数进行微调。
打开真空密封装置，在耦合器的两端配以环氧树脂。将紫外光照射在所施加的环氧树脂上，使其固化。
将室温空气流喷射在耦合器上约10秒，对其进行冷却。然后进行光学测量。
从抽拉卡盘上取出耦合器本体，由纤维供料机构计量耦合器顶端的纤维引出端，直至从耦合器顶端延伸出的纤维约为2m为止。然后切割输出引线并从抽拉装置中取出耦合器。
可以利用电子开关采用手工方式进行可编程序计算机控制下进行的部分或全部功能。
可以采用以上所讨论结构以外的各种纤维装填结构。由图13所示的耦合器预制件可以形成2×2耦合器。将第一纤维段140的一端熔合在涂层纤维142被剥离的纤维部分141上，另一端熔合在涂层纤维144被剥离的纤维部分143上。同样，将纤维段146的一端熔合在涂层纤维148被剥离的纤维部分147上，另一端熔合在涂层纤维150被剥离的纤维部分149上。将复合纤维穿过孔14直至纤维段140和146的位于管子13的孔14中心为止。纤维段140和146能够同时或是依次穿入孔14中。纤维段140和146的直径与涂层纤维142、144、148和150的涂层直径相同。孔14的直径略大于纤维段140直径的两倍。因此，两个涂层能够轻易地穿过孔。纤维140和146的组合直径，使得孔中有极少过剩空间。由于在实现整个坍塌之前孔径14的壁经受了极少量的向内移动且由于为实现相互接触在管子坍塌步骤期间纤维140和141移动了较短距离，因此，管子坍塌步骤更象是这样实现的，管子中的基质玻璃在纤维之间没有流动，纤维没有偏离直线路径。因此，图13所示的实施例应当能更一致地产生具有低损耗和预定耦合比的2×2耦合器。
图14示意地示出耦合器153为一种没有外包层管的熔合纤维型耦合器的另一实施例。一根纤维引出端155被熔合到大直径纤维段154的一端上，另一根纤维引出端156被熔合到纤维段154的另一端上。图中仅示出排列在中央纤维段154周围的八个被剥离纤维部分中的两个。纤维部分157和158分别与引出端159和160相关。这种耦合器能够起1×9耦合器的作用，这里，一个或两个波段的功率大致均等地耦合到九个输出引出端。另一方面，耦合器也能够起分接头的作用，这里，少量的功率被耦合到中央纤维段周围的八个被剥离纤维部分的引出端，而大量输出功率仍保留在中央纤维端154中，从引出端156传播出去。
以下讨论的与图15相联系的改进可以用于制造其它各种1×N耦合器或分束器。这里在纤维段25周围不是八个被剥离纤维部分20而是仅仅四个。四个隔离纤维166与纤维部分20交替设置在纤维段25周围。一根隔离纤维没有芯，其长度可以比管子略短一些。该隔离纤维的组分最好是这样的，其折射率与管子13的折射率相同或大致相同。隔离纤维可以由与管子相同的材料形成。由图15所示预制件形成的耦合器可以起1×4分束器的作用。根据器件是在一个窗口还是在两个窗口上工作，在感兴趣的一个波长或多个波长上，可以对耦合器预制件进行拉伸直至中央纤维的全部功率耦合到三个环形纤维中为止。
由类似图15所示的预制件可以形成许多其它类型的耦合器。可以将五个有源纤维和五个隔离纤维交替地设置在直径略大于纤维段25的中央纤维段周围。这种器件可以用作1×5耦合器。
为了制造上述1×N结构的熔合纤维耦合器，不采用外包层管子而按照上述关系排列光纤，并且在对它们加热和拉伸时任意地使它们扭转。
以下的特定例子涉及在图7-11所示装置中制造1×8分束器的方法。采用一根长3.4cm、外径2.6mm和纵向孔直径470-475μm的玻璃管。它是由掺有约3.5-4.0重量百分比B2O3的石英形成的，在其整个径向上组分相对均匀。在对玻璃管端部均匀加热时通过让汽相刻蚀剂NF3流过玻璃管形成斗12和15，斗的深度约为3mm，它们在玻璃管端部的直径约为1.8mm。
涂层纤维17和18分别包括直径250μm聚氨酯丙烯酸酯涂层21和22的直径125μm单模光纤19和20。这些纤维有一个直径8μm的掺8.5重量百分比GeO2的石英芯。这些纤维是标准通讯纤维，是按照第5011251号美国专利的技术制备的。
八根光纤18是从它们各自的供料管77馈送的并设有如上所述抗反射端面的剥离端。产生的被剥离末端的端区长约2.8cm。
从2m长的涂层光纤17的端部剥离涂层。对无涂层区进行切割，形成5mm长的被剥离部分19。
非传统的光纤是采用类似制备涂层纤维17和18的工艺制备的，不同之处在于：在施加传统的石英包层后，其预制件还设有掺入约0.5重量百分比B2O3的石英包层。对预制件进行拉伸，形成一卷芯25a，包层25b和外包层25c的光纤，8μm直径的芯25a由掺8.5重量百分比GeO2的石英制成，125μm直径的未掺杂石英包层25b和200μm直径的外包层25c是由掺入约0.5重量百分比B2O3的石英制成的。从卷上切割一段200μm直径纤维，将其熔合交接到涂层纤维17的被剥离部分19。在爱立信FSU-925型熔合交接机上进行的熔合交接操作通常可获得交接损耗低于0.1dB。对200μm直径纤维的端部进行斜角劈开，形成一个18mm长、200μm直径的纤维段25。
如上所述并结合图7-11，将八个被剥离末端纤维部分20和由被剥离部分19和200μm直径的纤维段25组成的复合纤维插入外包层管子中。
燃烧器的火焰对管子加热约18秒，使基质玻璃坍塌在纤维上。以每秒2厘米的组合速率在相反方向上牵拉移动台109和110，直至中间区域的中央部分27拉伸1.74cm为止。
待耦合器冷却并移开真空卡盘后，将环氧树脂注入斗中并使之固化。然后，从耦合器拉伸装置105中取出耦合器。
图13是耦合器的插入损耗与波长的关系图。在1550nm和1310nm处的最大插入损耗分别为11.46dB和10.50dB。在1550nm和1310nm处的所有端口均匀性分别为1.38dB和0.84dB。
与用玻璃套管或隔离管环绕中央纤维的外包层1×8光纤耦合器相比，大大改善了按照本实施例制备的耦合器的引出端17的拉伸强度，因此，耦合器不太会失效。如图5和6所示，通过未将环氧树脂50和51施加到斗中制备耦合器可进行这种测试。将胶液施加到斗中，可防止湿气到达纤维部分19和纤维段25。通过逐步增加负载牵拉涂层纤维直至纤维断开为止。在按照本例制备的器件中，在施加了40-60kpsi后出现纤维断裂。对于有玻璃隔离管环绕中央纤维的外包层1×8光纤耦合器，引出端17的拉伸强度仅在10-13kpsi的范围中。
由于与以前进行的将纤维插入隔离管或对八个环绕纤维进行刻蚀以减小其直径相比，将两个纤维段19和25熔合在一起所花的劳动少，因此采用上例所述的技术成本较低。

Claims (27)

1．一种制备光纤耦合器的方法，其特征在于该方法包括：
提供一个第一复合纤维，包括直径为d2的没有涂层的纤维段和直径为d1的被熔合到所述纤维段至少一端的引出端型光纤，这里d1与d2不等，所述引出端型光纤与所述纤维段相对的部分上有保护涂层；
提供至少一根附加光纤，其涂层纤维引出端从至少一端延伸；
在邻近所述至少一根附加光纤上设置所述没有涂层的纤维段；
对所述没有涂层的纤维段和所述至少一根附加光纤的至少一部分重叠区加热和拉伸，从而使所述没有涂层的纤维段与所述至少一根附加光纤的被剥离端部之间实现光信号耦合。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的提供第一复合纤维的步骤包括从直径为d1的第一光纤端部上剥离涂层并将所述第一光纤被剥离部分端部熔合到直径为d2的没有涂层的光纤上。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的提供至少一根附加纤维的步骤包括从多根纤维的端部剥离涂层，所述第一纤维和所述多根纤维的涂层部分构成引出端。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的设置步骤包括用其余纤维的被剥离部分环绕所述没有涂层的纤维段，形成一个密排纤维列阵。
5．如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的设置步骤包括用其余纤维的被剥离部分和至少一个隔离纤维环绕所述没有涂层的纤维段，形成一个密排纤维列阵。
6．如权利要求2所述的方法，其特征在于：d2大于d1，所述的提供至少一个附加纤维的步骤包括从八根纤维的端部剥离涂层，所述第一纤维和所述第八纤维的涂层部分构成引出端，所述的设置步骤包括用所述八根纤维的被剥离部分环绕所述没有涂层的纤维段，形成一个密排列阵。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的提供至少一个附加光纤的步骤包括提供一个与所述第一复合纤维一样的第二复合纤维。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于：d2大于d1，所述第一和第二复合纤维各包括一个被熔合到其两端的引出端型光纤。
9．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的设置步骤包括把所述第一复合纤维和所述至少一个附加纤维插入在其第一端部上有一个斗的玻璃管的孔中，所述的加热和拉伸步骤包括对所述玻璃管加热使其坍塌在其中的纤维上，之后将所述玻璃管和其中的纤维拉伸。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的提供至少一个附加纤维的步骤包括从多根纤维的端部剥离涂层，所述第一纤维和所述多个纤维的涂层部分构成引出端。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于：将所述多个光纤插入所述玻璃管的孔中的步骤包括：
将所述没有涂层纤维段插入所述孔中；
将所述多个纤维中的一根插入多个供料管中的一根中；
将所述多根供料管设置成使它们的端部与所述玻璃管的所述第一端部和延伸到所述斗中的所述纤维的端部间隔开来；
使所述供料管向所述玻璃管推进，由此使所述多个纤维进一步推进到所述斗中；
在把所述供料管的所述多个纤维向所述玻璃管馈送的同时，从所述玻璃管的所述第一端抽出所述供料管；
重复推进和抽出的步骤直至所述纤维位于所述管子的孔中为止。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于：在将所述多根纤维插入所述管子的孔中期间，所述没有涂层的纤维段与所述引出端型纤维相对的一端位于所述管子的端部。
13．如权利要求11所述的方法，其特征在于：在推进和抽出步骤期间，所述供料管移动5至8mm的距离。
14．一种制备光纤耦合器的方法，其特征在于该方法包括：
从直径为d1的的第一光纤的端部剥离涂层并将所述第一纤维的被剥离部分的端部熔合到直径为d2的没有涂层的光纤段上，形成一个复合纤维，这里d2大于d1；
从多根纤维的端部剥离涂层，所述第一纤维和所述多根纤维的涂层部分构成引出端；
将所述复合纤维的无涂层光纤段和所述多根纤维的被剥离部分分别插入到在其第一和第二端部具有第一和第二斗的玻璃管的孔中，所述被剥离部分环绕所述没有涂层的纤维段，由此形成一个密排纤维阵列；
对通过上述步骤形成的组件加热，至少使一部分所述管子坍塌在其中的纤维上；以及
至少对所述管子坍塌区的中部进行拉伸，从而使所述没有涂层的纤维段与所述被剥离部分之间实现光信号耦合。
15．如权利要求14所述的方法，其特征在于：将所述多根光纤插入所述管子的孔中的步骤包括：
将所述没有涂层的纤维段插入所述孔中；
将所述多根纤维中的每一根插入多个供料管中的每一个中；
将所述多个供料管设置成它们的端部与所述管子的所述第一端隔开；
把所述供料管的所述多根纤维馈送到所述的斗中(直至所述纤维与所述斗接触为止)；
从所述管子的所述第一端抽出所述供料管一段增量距离；以及
重复馈送和抽取步骤直至所述纤维位于所述管子的孔中为止。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于：在将所述多根纤维插入所述管子的孔中期间，所述没有涂层的纤维段与所述引出端型纤维相对的端部位于所述管子的端部。
17．如权利要求15所述的方法，其特征在于：在每一馈送步骤期间，所述多根纤维被馈送到所述管子中的增量距离在5至8mm之间。
18．一种制备外包层光纤耦合器的方法，其特征在于该方法包括：
提供一根玻璃管，它具有纵向孔和从所述孔向玻璃管的第一端延伸的至少一个斗；
将第一光纤的裸露部分插入所述管子的孔中；
从多根玻璃纤维的端部剥离涂层，玻璃纤维中至少有一些是光纤，所述多根纤维的涂层部分构成引出端；
将所述多根纤维的每一根插入多个供料管的每一个中；
将所述多个供料管设置成使它们的端部与所述玻璃管的所述第一端和延伸到所述斗中的所述纤维的被剥离端部隔离开来；
使所述供料管向所述玻璃管推进，由此使所述多根纤维进一步推进到所述斗中；
在将所述供料管的所述多根纤维馈送到所述玻璃管中的同时，从所述玻璃管的所述第一端抽出所述供料管；
重复馈送和抽出步骤，直至所述纤维的被剥离端部位于环绕所述第一光纤的裸露部分的所述管子孔中为止；
对通过上述步骤形成的组件加热，至少使一部分所述玻璃管坍塌在其中的纤维上；以及
至少对所述玻璃管的坍塌区的中部进行拉伸，从而使所述没有涂层的纤维段与所述被剥离部分之间实现光信号耦合。
19．如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述第一光纤的所述裸露部分的直径大于所述多根纤维的被剥离部分的直径。
20．如权利要求18所述的方法，其特征在于：在把所述多根纤维插入所述管子的孔中期间，所述没有涂层的纤维与所述引出端型纤维相对的端部位于所述管子的端部。
21．如权利要求18所述的方法，其特征在于：在所述推进和抽出步骤期间，所述供料管移动5至8mm的距离。
22．一种光纤耦合器，其特征在于它包括：
包括直径为d2的没有涂层的纤维段和直径为d1的被熔合到所述纤维段至少一端的引出端型光纤的第一复合纤维，这里d1与d2不等，所述引出端型光纤与所述纤维段相对的部分其上具有保护涂层；
至少一根附加光纤具有从其至少一端延伸的涂层纤维引出端；
所述没有涂层的纤维段和所述至少一根附加光纤沿足够的长度被光学熔合在一起，使所述没有涂层的纤维段与所述至少一根附加光纤的被剥离端部之间实现光信号耦合。
23．如权利要求22所述的光纤耦合器，其特征在于：所述至少一个附加纤维包括环绕所述没有涂层的纤维段的多根纤维。
24．如权利要求22所述的光纤耦合器，其特征在于：所述至少一个附加纤维包括多根纤维，所述没有涂层的纤维段被所述多根纤维和至少一个所述隔离纤维环绕在当中。
25．如权利要求22所述的光纤耦合器，其特征在于：d2大于d1，所述至少一个附加纤维包括环绕所述没有涂层的纤维段的八根纤维。
26．如权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于：所述至少一个附加光纤包括与所述第一复合纤维一样的第二复合纤维。
27．如权利要求26所述的光纤耦合器，其特征在于：d2大于d1，所述第一和第二复合纤维各包括一个被熔合到其两端的引出端型光纤。
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