CN216901031U - 一种环型多芯光纤的wdm耦合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环型多芯光纤的WDM耦合装置，该装置包括左套管、右套管、多根单模光纤和一根多模光纤；多模光纤作为泵浦光纤；在泵浦光纤纤芯周围围绕泵浦光纤纤芯中心均匀加工有多个凹槽；多根单模光纤的右端纤芯分别插入泵浦光纤的多个凹槽中，多根单模光纤的右端纤芯与耦合装置右端熔接的多芯有源光纤的纤芯能分别一一匹配，右套管套设于多根单模光纤和泵浦光纤的右端纤芯，加热塌缩形成耦合装置右端；多根单模光纤的左端纤芯排列成与耦合装置左端熔接的多芯无源光纤的纤芯能分别一一匹配，左套管套设于多根单模光纤的左端纤芯，加热塌缩形成耦合装置左端。本实用新型可对经过WDM耦合装置的信号光进行放大，提升耦合效率。

Description

一种环型多芯光纤的WDM耦合装置

技术领域

本实用新型涉及光纤通信与功能器件领域技术领域，具体涉及一种环型多芯光纤的WDM耦合装置。

背景技术

随着互联网技术的日益成熟，人们对数据的需求越来越大，而用于传输信号的传统单模光纤(SMF)由于其模式信道少、模间色散大等原因，导致传输的信息容量相对较小，已经逐渐满足不了通信的需求。而多芯光纤通过极大地提高光纤空间利用率，能有效地增加单根光纤的传输容量，所以利用多芯光纤(MCF)的空分复用(SDM)技术可以在传统光纤的基础上成倍的增加信道传输的数量，进而很好地解决大量信息传输的问题。然而当前SDM技术受制于成本高、泵浦耦合效率低、系统集成度低和工艺复杂度高。一款新型高效多芯泵浦信号耦合装置的研究就显得极为重要！

目前，多芯泵浦信号耦合装置制备技术通常使用透镜耦合、拉锥耦合和石英管侧面泵浦耦合，这些现有的技术各有自己的优缺点，早期是通过透镜耦合方式来实现多芯泵浦信号的耦合，这项技术先是使用二向色镜将泵浦光透射过去，然后再让泵浦光经过透镜进入激光腔内来回振荡，最后出来的信号光和泵浦光再通过二向色镜进行分离，这种方法优点就是可调谐性好，但缺点也明显就是不利于多芯同时实现信号光传输和泵浦光耦合的实现，而且光学元件之间损耗过大，导致其耦合效率低，为了克服这个问题，技术人员实用新型了拉锥耦合，首先将信号光纤放置在多根泵浦光纤之间，按照这种方式固定成一束；然后熔融拉锥，使锥体的腰部直径与信号光纤相近，然后从锥腰部垂直切割，最后，通过位置精准调整，实现纤芯对接，实践证明这种方法使用后可以降低信号光传输的损耗，提升了单一波长光的耦合效率，但随着这项技术的运用，人们发现对于多芯少模光纤来说，拉锥的方式会让信号光模式畸变，进一步降低高阶模的耦合效率，而且有源光纤在工作时会因为热量无法散发而损坏，为了解决这问题，之后的石英管侧面泵浦耦合就是在此方法基础上改进的，通过使用石英管来组合多个泵浦的光，既不会中断有源光纤芯，也不会影响光纤的机械稳定性，但是此方法制作成本高，工艺复杂。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种环型多芯光纤的WDM耦合装置，该装置通过调整泵浦光纤纤芯的位置和大小使泵浦光的能量均匀的分配到每个纤芯里面，这样不仅提高了耦合效率，还实现了能量的放大，解决市面上单芯光纤的WDM耦合装置耦合效率低的问题，并且装置不局限于单芯泵浦，可以多芯泵浦，不局限于四芯可以是任意多芯泵浦，而且纤芯和信号芯在同一装置中，可直接进入有源光纤包层，由于信号芯纤芯大小不变，避免了拉锥过程中对信号的畸变。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种环型多芯光纤的WDM耦合装置，包括左套管、右套管、多根单模光纤和一根多模光纤；多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入泵浦光；

单模光纤和泵浦光纤的右端的涂覆层和包层去除；在泵浦光纤纤芯周围围绕泵浦光纤纤芯中心均匀加工有多个凹槽，凹槽数量与单模光纤的数量一致，每个凹槽的直径与单模光纤的右端的纤芯的直径匹配；

多根单模光纤的右端纤芯分别一一插入泵浦光纤的多个凹槽中，多根单模光纤的右端纤芯与耦合装置右端熔接的多芯有源光纤的纤芯能分别一一匹配，右套管套设于多根单模光纤和泵浦光纤的右端纤芯，加热塌缩形成耦合装置右端，便于和后续多芯有源光纤熔接实现泵浦光均匀的分散到信号光传输的多个有源纤芯中，进而实现信号放大；

单模光纤的左端的涂覆层和部分或全部包层去除；多根单模光纤的左端纤芯排列成与耦合装置左端熔接的多芯无源光纤的纤芯能分别一一匹配，左套管套设于多根单模光纤的左端纤芯，加热塌缩形成耦合装置左端，便于和多芯无源光纤熔接实现多芯信号的输入。

进一步地，所述单模光纤纤芯直径大于7μm小于10μm。

进一步地，相邻单模光纤纤芯之间的间距大于20μm小于50μm。

进一步地，所述多模光纤纤芯直径大于20μm小于100μm。

进一步地，所述多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入980nm泵浦光。

进一步地，所述左套管和右套管为锥形毛细管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

1、本实用新型在泵浦光纤中设置多个单模光纤纤芯，单模光纤纤芯彼此之间的串扰低，进而可抑制单模光纤纤芯之间的超模串扰。

2、本实用新型可以对经过WDM耦合装置的信号光进行放大，通过改变泵浦光纤纤芯的大小和位置来提升耦合效率。

3、本实用新型的WDM耦合装置制备成本低廉，并且装置制作方案灵活，不局限于单芯泵浦，可以多芯泵浦，不局限于四芯可以是任意多芯泵浦，由于纤芯和信号芯在同一装置中，所以避免了拉锥过程中对信号的畸变。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型环型多芯光纤的WDM耦合装置的原理图；

图2是本实用新型环型多芯光纤的WDM耦合装置的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供一种环型多芯光纤的WDM耦合装置，以环型五芯光纤的WDM耦合装置为例，包括左套管、右套管、四根单模光纤和一根多模光纤；多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入980nm泵浦光；

单模光纤和泵浦光纤的右端的涂覆层和包层去除；在泵浦光纤纤芯周围围绕泵浦光纤纤芯中心均匀加工有四个凹槽，每个凹槽的直径与单模光纤的右端的纤芯的直径匹配；

四根单模光纤的右端纤芯分别一一插入泵浦光纤的四个凹槽中，四根单模光纤的右端纤芯与耦合装置右端熔接的四芯有源光纤的纤芯能分别一一匹配，右套管套设于四根单模光纤和泵浦光纤的右端纤芯，加热塌缩形成耦合装置右端，便于和后续四芯有源光纤熔接实现泵浦光均匀的分散到信号光传输的四个有源纤芯中，进而实现信号放大；

单模光纤的左端的涂覆层和部分或全部包层去除；四根单模光纤的左端纤芯排列成与耦合装置左端熔接的四芯无源光纤的纤芯能分别一一匹配，左套管套设于四根单模光纤的左端纤芯，加热塌缩形成耦合装置左端，便于和四芯无源光纤熔接实现四芯信号的输入。

具体地，所述单模光纤纤芯直径大于7μm小于10μm；相邻单模光纤纤芯之间的间距大于20μm小于50μm；多模光纤纤芯直径大于20μm小于100μm。

当有信号通过四芯无源光纤进入到WDM耦合装置时，由于WDM耦合装置的前端是四根普通单模光纤，所以信号通过WDM耦合装置前端时跟正常经过光纤一样，信号没有得到放大，而当信号经过WDM耦合装置后端时，由于WDM耦合装置后端接了个四芯有源光纤，这样后端就相当于端泵，980nm泵浦光就可以均匀的分配到每个信号光纤的纤芯里，不仅大大地提高耦合效率，还使整个WDM耦合装置具有放大信号的光功率功能，如果使用传统的空间光调制的端泵的话，泵浦光的能量就没办法均匀的分配到每个芯里面，所以对比起来本实用新型的改动充分的提升耦合效率，并且其效果跟市场上单模的WDM一样，但本实用新型是多芯的WDM耦合装置，是可以对泵浦纤芯的大小做出不同的结构调整，这样可以使相邻纤芯之间的串扰减少，进一步提升耦合效率。此外本实用新型不需要拉锥，所以避免了拉锥过程中对信号的畸变。

实施例2

如图2所示，本实用新型提供一种环型多芯光纤的WDM耦合装置的制备方法，包括以下步骤：1、多芯光纤的预处理；2、飞秒激光加工泵浦光纤纤芯；3、微平台操作下形成耦合装置；实施例以五芯光纤的WDM耦合装置的制备为例，其详细的制作方法可按如下步骤进行：

步骤1：首先选取符合条件的光纤，例如长度为0.5米～1米的单模光纤和多模光纤，单模光纤需要选取四根，其模场要一致，多模光纤选取一根，多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入980nm泵浦光；使用剥线钳剥除单模光纤的左端的涂覆层，之后使用体积分数为10～50％的氢氟酸溶液腐蚀单模光纤的左端的部分或全部包层；使用剥线钳剥除单模光纤和泵浦光纤的右端的涂覆层，之后使用体积分数为10～50％的氢氟酸溶液腐蚀单模光纤和泵浦光纤的右端的包层，做完这些工作后，采用无水乙醇超声清洗这些处理过的光纤5～10分钟，再使用蘸用无水乙醇的无尘清洁光纤端面；

步骤2：接着再用飞秒激光对泵浦光纤的右端的纤芯进行微孔加工，使用强激光在泵浦光纤纤芯周围围绕泵浦光纤纤芯中心均匀加工成四个凹槽，凹槽的直径为50～70μm，每个凹槽的直径与经过腐蚀处理过的单模光纤的右端的纤芯的直径匹配；

步骤3：之后利用微平台操作将四根单模光纤的右端纤芯分别一一插入泵浦光纤的四个凹槽中，四根单模光纤的右端纤芯与WDM耦合装置右端熔接的四芯有源光纤的纤芯能分别一一匹配，并在单模光纤的右端的纤芯与凹槽的间隙中填充低折射胶，于紫外线光环境下照射10～20分钟，使低折射率胶充分固化，之后再用锥形毛细管的右套管套住，加热塌缩形成耦合装置右端，便于和后续四芯有源光纤熔接实现泵浦光均匀的分散到信号光传输的四个有源纤芯中，进而实现信号放大；将四根单模光纤的左端纤芯排列成与WDM耦合装置左端熔接的四芯无源光纤的纤芯能分别一一匹配，之后再用锥形毛细管的左套管套住，加热塌缩形成耦合装置左端，便于和四芯无源光纤熔接实现四芯信号的输入；最后就是对耦合装置的光纤束和光纤束套管共同进行抛光，使两者端面重合于同一平面，且端面平整、无裂痕、无杂物、无残缺，并使用蘸有无水乙醇的无尘纸对端面进行清洁。

本实用新型在泵浦光纤中设置多个单模光纤纤芯，单模光纤纤芯彼此之间的串扰低，进而可抑制单模光纤纤芯之间的超模串扰。

本实用新型可以对经过WDM耦合装置的信号光进行放大，通过改变泵浦光纤纤芯的大小和位置来提升耦合效率。

本实用新型的WDM耦合装置制备成本低廉，并且装置制作方案灵活，不局限于单芯泵浦，可以多芯泵浦，不局限于四芯可以是任意多芯泵浦，由于纤芯和信号芯在同一装置中，所以避免了拉锥过程中对信号的畸变。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，包括左套管、右套管、多根单模光纤和一根多模光纤；多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入泵浦光；

单模光纤和泵浦光纤的右端的涂覆层和包层去除；在泵浦光纤纤芯周围围绕泵浦光纤纤芯中心均匀加工有多个凹槽，凹槽数量与单模光纤的数量一致，每个凹槽的直径与单模光纤的右端的纤芯的直径匹配；

多根单模光纤的右端纤芯分别一一插入泵浦光纤的多个凹槽中，多根单模光纤的右端纤芯与耦合装置右端熔接的多芯有源光纤的纤芯能分别一一匹配，右套管套设于多根单模光纤和泵浦光纤的右端纤芯，加热塌缩形成耦合装置右端，便于和后续多芯有源光纤熔接实现泵浦光均匀的分散到信号光传输的多个有源纤芯中，进而实现信号放大；

单模光纤的左端的涂覆层和部分或全部包层去除；多根单模光纤的左端纤芯排列成与耦合装置左端熔接的多芯无源光纤的纤芯能分别一一匹配，左套管套设于多根单模光纤的左端纤芯，加热塌缩形成耦合装置左端，便于和多芯无源光纤熔接实现多芯信号的输入。

2.根据权利要求1所述的环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，所述单模光纤纤芯直径大于7μm小于10μm。

3.根据权利要求1所述的环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，相邻单模光纤纤芯之间的间距大于20μm小于50μm。

4.根据权利要求1所述的环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，所述多模光纤纤芯直径大于20μm小于100μm。

5.根据权利要求1所述的环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，所述多模光纤作为泵浦光纤，用于泵入980nm泵浦光。

6.根据权利要求1所述的环型多芯光纤的WDM耦合装置，其特征在于，所述左套管和右套管为锥形毛细管。

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