CN111025478A - 一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器 - Google Patents

一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器。其特征是：它由低折射率毛细管、单模光纤和同轴双波导光纤组成。所述组成中，同轴双波导光纤剥除涂覆层后，***尺寸合适的低折射率毛细管中，拉制绝热转换锥区，在锥腰处切割与单模光纤熔接后，再于外套低折射率毛细管的同轴双波导光纤上拉制调制分光比的绝热锥区。在第一次拉锥的锥腰处，低折射率毛细管成为包层，同轴双波导光纤成为纤芯，实现光的绝热转换，使光能高效率匹配耦合；第二次拉制的绝热锥实现重新分配和精确控制同轴双波导光纤的双芯分光比。本发明可用于需要精确控制分光比的单模光纤和同轴双波导光纤耦合器制备，可广泛用于光纤器件技术领域。

Description

一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器
(一)技术领域
本发明涉及的是一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器，属于光纤器件技术领域。
(二)背景技术
光纤耦合器是在光纤光路中，对光信号实现延续、分路、合路、***和分配的无源器件，被广泛地应用于通信、传感、测量等领域，并发挥了极其重要的作用。分光比是光纤耦合器的主要参数之一。如何在提高光纤耦合器机械强度的前提下，精确控制分光比，一直是需要人们不断研究的技术问题。
目前的制备方法有三类：磨抛法、腐蚀法和熔锥法。其中磨抛法和腐蚀法难以精确控制分光比，只能粗略做到光纤耦合。熔锥法使光纤熔融区成为锥形过度段，因而具备精确控制分光比的前提。
例如专利CN100456066C提出的单芯光纤与多芯光纤耦合器的制备方法，其将单模光纤与多芯光纤熔接后，在焊点处加热，实施熔融拉锥，可以通过光功率监测，实现分光比的控制。但是这种方法有以下的几个缺点：(1)由于拉锥后的锥区直径很细，导致器件的稳定性和可靠性相对较差；(2)一般情况下，单芯光纤和多芯光纤的熔点不同，因此在拉锥过程中很难通过控制温度，使得熔融锥区的对称，从而影响到耦合效果和分光比；(3)拉锥过程的光场耦合受外界空气环境的影响较大。
而另一件专利CN109239845B提出的多芯光纤耦合器，是将多个单模光纤按照多芯光纤纤芯相对位置进行排列，使用圆形套管固定，拉锥，使锥腰部分和多芯光纤包层直径大小一致，再切割熔接。但是这种方法有以下的几个缺点：(1)整个过程需要在相近的部分三次拉锥，导致器件的稳定性和可靠性相对较差；(2)熔接的时候，需要将每个单模光纤与多芯光纤的每个纤芯一一对应，使得工艺较为复杂；(3)所用方法是在第二次拉锥的时候控制分光比，第三次拉锥熔接单模光纤与多芯光纤，因而这种方法会对成品的分光比造成影响。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器。
本发明的目的是这样实现的：
它由低折射率毛细管、单模光纤、同轴双波导光纤、介于单模光纤和同轴双波导光纤之间的绝热转换锥区以及在同轴双波导光纤上的分光比控制锥区组成。所述组成中，绝热转换锥区和分光比控制锥区都是将同轴双波导光纤***低折射率石英毛细管中，在高温下拉锥而成。
所述的在绝热转换锥区的锥腰处，成为包层的低折射率石英毛细管直径和待熔接的单模光纤包层直径相等；成为纤芯的同轴双波导光纤直径和待熔接的单模光纤纤芯直径相等。
所述的分光比控制锥区，是在外套低折射率石英毛细管的同轴双波导光纤上高温熔融拉制绝热锥，并通过调整锥体的参数，从而调节同轴双波导光纤中两纤芯的分光比。
所述的低折射率石英毛细管，其折射率低于同轴双波导光纤和单模光纤的包层折射率。
所述的使用外套石英毛细管熔接光纤的方法，不仅能用于此单模光纤与同轴双波导光纤耦合器的制备，亦可用于在要求机械强度情况下熔接两尺寸不匹配的光纤。
一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器的制备方法：
步骤1：将同轴双波导光纤***尺寸合适的石英毛细管内，经高温熔融拉制绝热锥，使得锥腰处成为包层的低折射率石英毛细管直径和待熔接的单模光纤包层直径相等；成为纤芯的同轴双波导光纤直径和待熔接的单模光纤包层直径相等直径；
步骤2：在绝热转换锥区锥腰处，选择合适的位置，竖直切割；
步骤3：将切割的锥体与单模光纤对准、熔接；
步骤4：在外套低折射率石英毛细管的同轴双波导光纤上高温熔融拉制绝热锥，并通过调整锥体的参数，从而调节同轴双波导光纤中两纤芯的分光比。
相对在先的技术，本发明具有以下显著的优点：
(1)本发明的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器制备方法，将耦合和控制分光比功能分步完成，具有制备工艺简单，分光精度高，器件成品率高和器件稳定可靠等优点；
(2)第一次拉锥并熔接使光能从单模光纤纤芯通入在绝热转换锥区成为纤芯的同轴双波导光纤，使得光的正反向耦合，都能保持很高的耦合效率，即光束能从单模光纤中高效耦合至同轴双波导光纤中，也能使同轴双波导光纤中的光束高效耦合回单模光纤，实现反向传输；
(3)第二次拉锥完成分光比的重新分配和精确控制，消除熔接带来的分光比调制，提高了器件的成品率；
(4)本发明在绝热转换锥区，成为包层的低折射率石英毛细管直径和待熔接的单模光纤包层直径相等，从结构上看，是两个直径相等的光纤熔接，因此能改善器件强度，提高了器件的稳定性和可靠性。
(四)附图说明
图1是同轴双波导光纤端面实物示意图。
图2是外套低折射率石英毛细管后的同轴双波导光纤折射率分布图。
图3是单模光纤和同轴双波导光纤耦合器制备方法的步骤1和步骤2。
图4单模光纤和同轴双波导光纤耦合器制备方法的步骤3和步骤4。
图5是单模光纤和同轴双波导光纤耦合器的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。
实施例1：一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器的制备方法。
同轴双波导光纤的实物结构如图1所示，包括外包层1、环型芯2、内包层3和中心纤芯4。
外套低折射率石英毛细管后的同轴双波导光纤结构和折射率分布如图2所示，包括低折射率石英毛细管1，同轴双波导光纤外包层2，同轴双波导光纤环型芯3，同轴双波导光纤内包层4，同轴双波导光纤中心纤芯5，以及结构图对应的折射率分布。
本发明的一般制备方法如图3和图4所示，分为4个步骤：
步骤1：选取同轴双波导光纤1，剥除涂覆层后清洁，***合适的低折射率石英毛细管2内；使用氢氧焰熔融拉锥机3，在外套低折射率石英毛细管2的同轴双波导光纤区域，拉制出锥体4；
步骤2：在锥体4渐变区域选择合适的位置，使用金刚石切割刀5，切割出锥台6，使其切割面的同轴双波导光纤直径为8-10微米，且切割面的外套石英毛细管直径为125微米；
步骤3：选择光纤直径125微米，纤芯直径8-10毫米的单模光纤7，剥除涂覆层后清洁，切割出平整端面。再将单模光纤7与锥台6的的中心对准，使用二氧化碳熔接机8熔接锥台6和单模光纤7；
步骤4：选取一段外套有低折射率石英毛细管的同轴双波导光纤部分9，再使用氢氧焰熔融拉锥机3熔融拉制出绝热锥体，并通过调整锥体的锥形和耦合长度，从而调制同轴双波导光纤中两纤芯的分光比。
得到的分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器结构示意图如图5所示：1是同轴双波导光纤，2是外套的低折射率毛细管，3是分光比控制锥区，4是绝热转换锥区，5是单模光纤，6和8是原始尺寸的外套低折射率毛细管和同轴双波导光纤的截面图，7是分光比控制锥区的截面图，9是绝热转换锥区锥腰的截面图，10是单模光纤的截面图。

Claims (5)

1.一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器，其特征是它由低折射率毛细管、单模光纤和同轴双波导光纤组成。所述组成中，同轴双波导光纤剥除涂覆层后，***尺寸合适的低折射率毛细管中，拉制绝热转换锥区，在锥腰处切割与单模光纤熔接后，再于外套低折射率毛细管的同轴双波导光纤上，拉制调制分光比的绝热锥区。在第一次拉锥的锥腰处，低折射率毛细管成为包层，同轴双波导光纤成为纤芯。
2.根据权利要求1所述的一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器，其特征是：所述的在绝热转换锥区的锥腰处，成为包层的低折射率石英毛细管直径和待熔接的单模光纤包层直径相等；成为纤芯的同轴双波导光纤直径和待熔接的单模光纤纤芯直径相等。
3.根据权利要求1所述的一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器，其特征是：所述的分光比控制锥区，是在外套低折射率石英毛细管的同轴双波导光纤上高温熔融拉制绝热锥，并通过调整锥体的锥形和耦合长度，从而调制同轴双波导光纤中两纤芯的分光比。
4.根据权利要求1所述的一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器，其特征是：所述的低折射率石英毛细管，其折射率低于同轴双波导光纤的包层折射率。
5.一种分光比可控的单模光纤与同轴双波导光纤耦合器的制备方法：
步骤1：将同轴双波导光纤***尺寸合适的石英毛细管内，经高温熔融拉制绝热锥，使得锥腰处成为包层的低折射率石英毛细管直径和待熔接的单模光纤包层直径相等；成为纤芯的同轴双波导光纤直径和待熔接的单模光纤纤芯直径相等；
步骤2：在绝热转换锥区锥腰处，选择合适的位置，竖直切割；
步骤3：将切割的锥体与单模光纤对准、熔接；
步骤4：在外套低折射率石英毛细管的同轴双波导光纤上高温熔融拉制绝热锥，并通过调整锥体的锥形和耦合长度，从而调制同轴双波导光纤中两纤芯的分光比。
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