CN104297849A - 一种光子晶体光纤的熔接方法 - Google Patents

一种光子晶体光纤的熔接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光子晶体光纤的熔接方法，包括以下步骤：步骤(1)光纤端面预处理：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端清洁、切割；步骤(2)光纤固定、对准：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端固定在熔接机的夹具上，调整光纤中心线和偏振轴对准，对准后，两个熔接端端面间距5～15μm；步骤(3)光纤熔接：熔接机放电对两根光子晶体光纤的熔接端熔接，熔接时，两个熔接端端面相向推移使得重叠度为8～20μm，光纤表面温度为1400～1600℃，保持50～80ms。本发明实现了光子晶体光纤的相互熔接，确保光子晶体光纤的熔接点高强度、低损耗，避免塌陷产生。

Description

一种光子晶体光纤的熔接方法
技术领域
本发明涉及光纤连接技术，具体是涉及一种光子晶体光纤的熔接方法。
背景技术
光子晶体光纤不同于现有技术常用的实心光纤，它通过包层中沿轴向排列的微小空气孔对光进行约束，从而实现光的轴向传输。独特的波导结构，使得光子晶体光纤与常规光纤相比具有许多无可比拟的特性，如无限单模、温度不敏感、弯曲不敏感、抗辐射等等。这些特性极大得拓宽了光子晶体光纤的应用范围，利用光子晶体光纤设计出了越来越多的性能独特的传感器、光器件等。光子晶体光纤的优势很明显，但其自身的多孔结构也给应用带来了很多问题。像应用在普通光纤的熔接方法，直接应用在光子晶体光纤是行不通的，存在孔洞塌缩，熔接损耗大，强度低等问题。
美国犹他州Brigham Young University的Joshua M.Kvavle,Stephen M.Schultz,and Richard H.Selfridge研究了不同种类光纤熔接的实验。通过他的研究，表面不同种类的光纤熔接过程需要经过一个过渡熔接才能降低熔接损耗，并最终实现了不同种类光纤的0.17dB平均熔接损耗。该方法只是适合实心类光纤，而不适合光子晶体光纤。【Joshua M.Kvavle,Stephen M.Schultz,andRichard H.Selfridge，Low loss elliptical core D-fiber to PANDA fiber fusionsplicing，OPTICS EXPRESS，Vol.16,No.18，2008，pp13552-13559】
英国南安普顿大学的John P.Wooler等人研究了一种空心光子晶体光纤互相熔接的实验，该实验表面可以通过控制熔接过程中的塌陷来实现平均0.2dB左右的熔接损耗。但是该文章没有给出具体的方法介绍，且没有给出对准方法。【John P.Wooler,David Gray,Francesco Poletti,Marco N.Petrovich,Natalie V Wheeler,Francesca Parmigiani and David J.Richardson，Robust LowLoss Splicing of Hollow Core Photonic Bandgap Fiber to Itself，OFC 2013，OM3I.5】
中国申请号为201210359961.2专利申请公开文件描述了一种熔接保偏光子晶体光纤与熊猫保偏光纤的方法，表示该方法可以实现0.95dB的平均熔接损耗。该方法通过偏置技术，在实心光纤端加热，实现了两种不同的光纤熔接，实现了对轴且克服了光子晶体光纤的塌缩，但是熔接损耗高达0.95dB。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是克服两跟光子晶体光纤熔接过程中的难题，如塌缩、对轴、熔接损耗大、强度不高等问题，提出一种光子晶体光纤与光子晶体光纤相互熔接的方法，损耗小，强度高。
本发明的技术问题是通过以下技术方案实现的。
一种光子晶体光纤的熔接方法，包括以下步骤：步骤(1)，光纤端面预处理：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端清洁、切割；步骤(2)，光纤固定、对准：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端固定在熔接机的夹具上，调整光纤中心线和偏振轴对准，对准后，两个熔接端端面间距5～15μm。步骤(3)，光纤熔接：熔接机放电对两根光子晶体光纤的熔接端熔接，熔接时，两个熔接端端面相向推移使得重叠度为8～20μm，光纤表面温度为1400～1600℃，保持50～80ms。
所述步骤(3)中，两根光子晶体光纤熔接端的加热宽度各为200～1000μm。
所述熔接机采用电弧放电加热熔接或带保护气体的钨丝灯加热熔接、或采用CO2激光器加热熔接。
所述步骤(2)中，在其中一跟光子晶体光纤的非熔接端连接一光源，在另一根晶体光纤的非熔接端连接一光功率计。
所述光子晶体光纤为外直径为125μm的光子晶体光纤。
本发明与现有技术对比所具有的有益效果是：发明人研究了保偏光子晶体光纤或者光子晶体光纤的相互熔接，在选定的熔接参数下，可以实现光子晶体光纤的相互熔接，且同时确保了光子晶体光纤的熔接点高强度和低熔接损耗，避免塌陷产生。同时，采用本方法中带光源和光功率计进行监控的熔接方法可以更好地降低熔接损耗，最小熔接损耗可以达到0.1dB左右。本发明技术可以用于进行保偏光子晶体光纤与保偏光子晶体光纤的熔接，或进行光子晶体光纤与光子晶体光纤的熔接，使得光子晶体光纤包括保偏光子晶体光纤直接的接续使用成为可能。
具体实施方式
本实施方式中对保偏光子晶体光纤的熔接方法包括以下过程：
1)对待熔接的两根光纤的端部进行预处理，所述预处理依次包括去除涂覆层、清洗，端面定长切割。
2)将光纤固定在熔接机的夹具上光纤中心线和偏轴角度的调整，实现两根待熔接光纤的对准。
3)偏振轴的对准，指在端面监控下通过旋转将两根保偏光子晶体光纤的快慢轴旋转到同样的位置。
4)采用光源辅助对准操作，将光源连接在一侧光子晶体光纤上，测试输出功率，将光功率计连接在另一侧光子晶体光纤上，测试输出功率，初步估算耦合损耗；利用光功率计监控下调节对准，调节的标准是测试的光功率最大。
5)进行熔接。如采用100P+电弧型熔接机，则依次包括预加热、再加热和循环加热等步骤。如采用Vytran公司ffs2000钨丝灯丝加热则包含长时间加热步骤。如采用CO2激光熔接机，则在设定功率下加热。保证光纤加热宽度各为200～1000μm，光纤端面间隔5～15μm，熔接重叠度为8～20μm，光纤表面温度为1400～1600℃，保持50～80ms。
实施例1
采用100P+熔接，将需要熔接的外直径为80μm的保偏光子晶体光纤用工具剥掉涂层材料并清洁；用光纤专用工具切割得到一个完好端面；开始设置熔接机参数：a)切割角度限定为2°，切割形状错误为标准，光纤角度设定为1°，损耗限定0.2dB，放电中心限定关。b)主放电功率设置为-40bit，主放电时间60ms，重叠设置为12um，光纤端面间隔13um。将1310nm光源连接在一侧光子晶体光纤上，测试输出功率为0.48mW；将做好端面的保偏光子晶体光纤固定在熔接机夹具上进行对准；将光功率计连接在另一侧光子晶体光纤上，测试输出功率0.45mW；初步估算耦合损耗0.28dB，保偏光子晶体光纤端面成像进行对轴；放电进行熔接。从连接的光功率计上读出输出功率为0.457mW，估算熔接损耗为0.21dB。熔接完的光纤在Vytran公司ffs2000系列机上专用测试平台固定，设置张力为8N，经过测试，熔接点不断裂，表明光纤熔接强度超过8N。在9N的张力下测试时，光纤断裂。
熔接完的光纤经过测试表明：光纤的熔接损耗平均值为0.21dB；熔接后的光纤经过8N的张力测试表现良好。
实施例2
采用Vytran公司ffs2000熔接机，将需要熔接的外直径为125μm的保偏光子晶体光纤用工具剥掉涂层材料并清洁；用光纤专用工具切割得到一个完好端面；开始设置熔接机参数：保护氩气流量设置成0.65升/分钟，光纤初始间隔设置为11um，钨丝灯丝功率为14.7W，熔接时间设置成1.5秒，加热后重叠设置成13um。将1310nm光源连接在一侧光子晶体光纤上，测试输出功率为0.47mW；将做好端面的保偏光子晶体光纤固定在熔接机夹具上进行对准；将光功率计连接在另一侧光子晶体光纤上，测试输出功率0.44mW；初步估算耦合损耗0.286dB，保偏光子晶体光纤端面成像进行对轴；放电进行熔接。从连接的光功率计上读出输出功率为0.454mW，估算熔接损耗为0.15dB。熔接完的光纤在Vytran公司ffs2000系列机上专用测试平台固定，设置张力为9N，经过测试，熔接点不断裂，表明光纤熔接强度超过9N。没有进一步测试光纤在大于9N的拉伸强度。
熔接完的光纤经过测试表明：光纤的熔接损耗平均值为0.15dB；熔接后的光纤经过9N的张力测试表现良好，且光纤的外径在放大的视场下观察没有收缩或变形。
实施例3
采用CO2激光光纤熔接机熔接，将需要熔接的外直径为125μm的保偏光子晶体光纤用工具剥掉涂层材料并清洁；用光纤专用工具切割得到一个完好端面；开始设置熔接机参数：a)切割角度限定为2°，切割形状错误为标准，光纤角度设定为1°，损耗限定0.2dB，放电中心限定关。b)熔接的激光功率设置为8W，持续作用时间1s，重叠设置为12um，光纤端面间隔13um。将1310nm光源连接在一侧光子晶体光纤上，测试输出功率为0.4mW；将做好端面的保偏光子晶体光纤固定在熔接机夹具上进行对准；将光功率计连接在另一侧光子晶体光纤上，测试输出功率0.39mW；初步估算耦合损耗0.11dB，保偏光子晶体光纤端面成像进行对轴；放电进行熔接。从连接的光功率计上读出输出功率为0.39mW，估算熔接损耗为0.11dB。熔接完的光纤在ffs2000上专用测试平台固定，设置张力为9N，经过测试，熔接点不断裂，表明光纤熔接强度超过9N。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光子晶体光纤的熔接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，光纤端面预处理：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端清洁、切割；
步骤(2)，光纤固定、对准：将待熔接的两根光子晶体光纤的熔接端固定在熔接机的夹具上，调整光纤中心线和偏振轴对准，对准后，两个熔接端端面间距5～15μm。
步骤(3)，光纤熔接：熔接机放电对两根光子晶体光纤的熔接端熔接，熔接时，两个熔接端端面相向推移使得重叠度为8～20μm，光纤表面温度为1400～1600℃，保持50～80ms。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤的熔接方法，其特征在于：所述步骤(3)中，两根光子晶体光纤熔接端的加热宽度各为200～1000μm。
3.如权利要求2所述的光子晶体光纤的熔接方法，其特征在于：所述熔接机采用电弧放电加热熔接或带保护气体的钨丝灯加热熔接、或采用CO2激光器加热熔接。
4.如权利要求2所述的光子晶体光纤的熔接方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在其中一跟光子晶体光纤的非熔接端连接一光源，在另一根晶体光纤的非熔接端连接一光功率计。
5.如权利要求1、2、3或4所述的光子晶体光纤的熔接方法，其特征在于：所述光子晶体光纤为外直径为125μm的光子晶体光纤。
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