CN205263347U - 一种光纤模场匹配的光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤模场匹配的光纤，其包括第一光纤、第二光纤以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的至少一过渡光纤。采用上述方案，本实用新型设置过渡光纤，无需采用光纤模场适配器连接，节约了成本；在目标光纤模场偏差较大时，仍可实现较好的匹配，并避免了直接熔接所导致的光束质量劣化以及熔接损耗不可控制问题，具有很高的市场应用价值。

Description

一种光纤模场匹配的光纤

技术领域

本实用新型涉及光纤模场直径匹配技术，尤其涉及的是，一种光纤模场匹配的光纤。

背景技术

模场（ModeField）的直径，即模场直径（MFD，ModeFieldDiameter），用来表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态。基模在纤芯区域轴心线处光强最大，并随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/e²的各点中两点最大距离。模场直径的大小与所使用的波长有关系，随着波长的增加模场直径增大。1310nm典型值：9.2±0.5μm，1550nm典型值：10.5±1.0μm。在光纤中，光能量不完全集中在纤芯中传输，部分能量在包层中传输，纤芯的直径不能反映光纤中光能量的分布，其具有模场直径的概念。模场直径就是描述单模光纤中光能集中程度的参量，有效面积与模场直径的物理意义相同。通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。模场直径与有效面积主要对通过光纤的能量密度有关。模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成***的光信噪比降低，大大影响***性能。因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。

光纤熔接是用全自动的专用设备熔接器（FusionSplitter）将两段光缆中需要连接的光纤分别——连接起来，熔接时采用短暂电弧烧熔两根光纤端面使之连成一体，这种连接方法接头体积小、机械强度高、光纤接续后性能稳定，因而应用广泛。光纤接续后光线传输到接头处会产生一定的损耗量称之为熔接损耗或接续损耗。由于光纤接续质量影响光纤线路传输损耗的客限、光纤线路无中继放大传输距离等参数，因此要求光纤接头处的熔接损耗尽可能小，以确保光纤信号的传输质量。在光纤激光器中经常需要把不同模场的光纤相连接，若直接熔接，则熔接损耗不可控制，且会引入更多光模式，光束质量劣化。也就是说，目前的方案都是采用第一光纤与第二光纤直接连接，不管是熔接拉锥、烧球、还是空间耦合，这些方法要么是需要特殊的光纤端面处理，要么是稳定性低需要保护措施，这就造成处理的成本高，熔接损耗不可控制，光束质量劣化，难以确保光纤信号的传输质量。

例如，为解决上述问题，现有的连接中采用光纤模场适配器来连接不同模场的光纤。但是，现有技术在目标光纤模场偏差较大时，很难实现较好的匹配，且该器件制造要求较高，价格昂贵。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何实现一种新的、无需采用光纤模场适配器的、避免直接熔接所导致的光束质量劣化以及熔接损耗不可控制的光纤模场匹配的光纤。

本实用新型的技术方案如下：一种光纤模场匹配的光纤，其包括第一光纤、第二光纤以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的至少一过渡光纤。

优选的，所述光纤中，所述第一光纤、至少一所述过渡光纤与所述第二光纤熔接。

优选的，所述光纤中，仅设置一所述过渡光纤。

优选的，所述光纤中，设置两所述过渡光纤。

优选的，所述光纤中，所述过渡光纤的数量大于1时，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径为单调数列；并且，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的模场直径为单调数列。

优选的，所述光纤中，根据所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值设置所述过渡光纤的数量与规格。

优选的，所述光纤中，所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值的第一绝对值大于第一预设值时，根据所述第一绝对值及其与所述第一预设值的比值设置所述过渡光纤的数量与规格。

优选的，所述光纤中，根据所述第一光纤与所述第二光纤的数值孔径差值设置所述过渡光纤的数量与规格。

优选的，所述光纤中，所述第一光纤与所述第二光纤的数值孔径差值的第二绝对值大于第二预设值时，根据其与所述第二预设值的比值设置所述过渡光纤的数量与规格。

优选的，所述光纤中，所述过渡光纤的数值孔径位于所述第一光纤的数值孔径与所述第二光纤的数值孔径之间，且所述过渡光纤的模场直径位于所述第一光纤的模场直径与所述第二光纤的模场直径之间。

采用上述方案，本实用新型设置过渡光纤，无需采用光纤模场适配器连接，节约了成本；在目标光纤模场偏差较大时，仍可实现较好的匹配，并避免了直接熔接所导致的光束质量劣化以及熔接损耗不可控制问题，具有很高的市场应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的示意图之一；

图2为本实用新型图1实施例的示意图之二；

图3为本实用新型图1实施例的示意图之三。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

本实用新型的一个实施例是，一种光纤模场匹配的光纤，其包括第一光纤、第二光纤以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的至少一过渡光纤。例如，如图1所示，一种光纤模场匹配的光纤，其包括第一光纤101、第二光纤102以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的过渡光纤200；优选的，所述过渡光纤为标准规格的市售光纤，这样，无须额外另备材料，方便应用；或者，为了提升工作效率、减少工作步骤，优选的，所述光纤中，仅设置一所述过渡光纤。例如，如图2所示，所述过渡光纤200为预制光纤，其设置为圆台形状，所述圆台的上底面与第一光纤的端面相等，所述圆台的下底面与第二光纤的端面相等；其中，用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分叫做圆台；这样，无论所述第一光纤与所述第二光纤的规格差异，仅设置一所述过渡光纤即可实现不同模场的光纤连接，从而减少了工作步骤，提升了工作效率。优选的，为了避免光束质量劣化，确保光纤信号的传输质量，所述圆台的高度大于所述圆台的下底面与上底面的半径差值的10倍；例如，所述圆台的下底面的半径为30微米，所述圆台的上底面的半径为20微米。优选的，所述光纤中，所述第一光纤、至少一所述过渡光纤与所述第二光纤熔接。优选的，所述光纤中，所述第一光纤、至少一所述过渡光纤与所述第二光纤顺序熔接。这样，得到的光纤，作为一个整体的、包括有第一光纤、第二光纤以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的至少一过渡光纤的整体光纤，其连接简单可靠，不需特殊设备，制作简单，成本低廉。

优选的，所述光纤中，设置两所述过渡光纤。如图3所示，一种光纤模场匹配的光纤，其包括第一光纤101、第二光纤102以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的第一过渡光纤201、第二过渡光纤202。优选的，根据所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值设置所述过渡光纤的数量与规格；例如，第一过渡光纤的模场直径为所述第一光纤的模场直径，加上一变量，所述变量为第一绝对值/（（第一绝对值/第一预设值）+1），第二过渡光纤的模场直径为所述第二光纤的模场直径，减去所述变量。优选的，所述光纤中，所述第一光纤、至少一所述过渡光纤与所述第二光纤顺序熔接。例如，如图3所示，第一光纤101、第一过渡光纤201、第二过渡光纤202、第二光纤102顺序熔接；其间顺序具有第一熔接部301、第二熔接部302、第三熔接部303。这样，无须特殊处理，通过过渡光纤只需熔接加热缩管即可实现第一光纤与第二光纤连接。

例如，所述第一光纤、第一过渡光纤、第二过渡光纤、第三过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径分别为0.12、0.12、0.12、0.13、0.14；优选的，所述光纤中，所述过渡光纤的数量大于1时，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径为单调数列，例如所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径为递增数列，例如，所述第一光纤、第一过渡光纤、第二过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径分别为0.12、0.13、0.14、0.15；或者所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径为递减数列，例如，所述第一光纤、第一过渡光纤、第二过渡光纤、第三过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径分别为0.16、0.15、0.14、0.13、0.12；并且，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的模场直径为单调数列；例如所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的模场直径为递增数列，例如，所述第一光纤、第一过渡光纤、第二过渡光纤、第三过渡光纤与所述第二光纤的模场直径分别为10微米、15微米、20微米、25微米、30微米；或者所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的模场直径为递减数列，例如，所述第一光纤、第一过渡光纤、第二过渡光纤与所述第二光纤的模场直径分别为25微米、20微米、15微米、10微米。优选的，为节约成本，尽可能选择利用现有的产品作为过渡光纤，而不是特制。

优选的，为了更好地实现过渡效果，从而实现较好的匹配效果，确保光纤信号的传输质量；所述光纤中，根据所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值设置所述过渡光纤的数量与规格。例如，根据所述第一光纤的模场直径比所述第二光纤的模场直径小或者大来设置过渡光纤。优选的，所述光纤中，所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值的第一绝对值大于第一预设值时，根据所述第一绝对值及其与所述第一预设值的比值设置所述过渡光纤的数量与规格。优选的，对所述比值进行取整操作。例如，第一预设值设为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10微米。优选的，第一预设值为4、5或6微米；优选的，采用模场直径作为主要参考量，以设置所述过渡光纤的数量与规格。模场直径虽然仅仅是一个数字，但其属于光纤的重要特征，限定了光纤的规格，从而限定了光纤的结构。例如，所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值的第一绝对值为10微米，第一预设值为5微米，则设置10/5=2根过渡光纤，其中，第一过渡光纤的模场直径为所述第一光纤的模场直径，加上3.3微米，即所述变量为10微米/（（10微米/5微米）+1）=3.3微米，第二过渡光纤的模场直径为所述第二光纤的模场直径，减去3.3微米。又如，第一预设值为8微米，则根据10/8=1.25，对1.25取整为1，仅设置一根过渡光纤，其模场直径为所述第一光纤的模场直径，加上5微米，即所述变量为10微米/（（1.25取整）+1）=5微米。又如，所述第一光纤与所述第二光纤的模场直径差值的第一绝对值为11微米，第一预设值为4微米，则根据11/4=2.75，设置2根过渡光纤，其中，第一过渡光纤的模场直径为所述第一光纤的模场直径，加上3.7微米，即所述变量为11微米/（（2.75取整）+1）=3.7微米，第二过渡光纤的模场直径为所述第二光纤的模场直径，减去3.7微米。其余实施例均可以此类推，不再赘述。

光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯－包层相对折射率差有关。从物理上看，光纤的数值孔径（NA）表示光纤接收入射光的能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。从增加进入光纤的光功率的观点来看，NA越大越好，因为光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。但是NA太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。因此，在光纤通信***中，对光纤的数值孔径有一定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。优选的，所述光纤中，还根据所述第一光纤与所述第二光纤的数值孔径差值设置所述过渡光纤的数量与规格。优选的，所述光纤中，所述第一光纤与所述第二光纤的数值孔径差值的第二绝对值大于第二预设值时，根据其与所述第二预设值的比值设置所述过渡光纤的数量与规格。例如，第一光纤的数值孔径为0.14，第二光纤的数值孔径为0.12，差值为0.02，第二预设值假设为0.01，比值为2，则设置两根过渡光纤。又如，第一光纤的数值孔径为0.12，第二光纤的数值孔径为0.10，差值为0.02，第二预设值假设为0.02，比值为1，则设置一根过渡光纤。

优选的，上述各实施例中，过渡光纤的数量可根据两目标光纤数值孔径和模场直径的差值决定，两者相差较大时可增加过渡光纤数量，如果两目标光纤比较接近时，可用一根过渡光纤，差别比较大时可用3根或更多过渡光纤；熔接点只需普通熔接机可完成，之后可根据实际效果优化熔接设备。现在光纤熔接主要用到的熔接设备是熔接机，而熔接效果主要是受放电功率和放电时间共同影响，简单点可以用试探法根据经验设置几组参数看熔接效果，也可以用DOE方法优化到较佳的效果，熔接方法属于现有技术，不是本实用新型所要求保护的范围，但可有效应用于本实用新型及其各实施例。

优选的，上述各实施例中，所述过渡光纤的数值孔径位于所述第一光纤的数值孔径与所述第二光纤的数值孔径之间，且所述过渡光纤的模场直径位于所述第一光纤的模场直径与所述第二光纤的模场直径之间。

优选的，所述光纤中，为获取更好的保护效果，在各所述熔接点处套置一保护套，其内径略大于熔接点处较粗的一根光纤的外径。

这样，本实用新型及其各实施例，只需找到针对需连接光纤的模场直径、数值孔径相关的过渡光纤，并逐次熔接在一起，再优化熔接设置以达到更好效果。例如，在Hi1060（数值孔径0.14）和20/125（数值孔径0.12）两光纤的模场直径匹配中，一个例子是，加入8/125（数值孔径0.14）、10/125（数值孔径0.14）和大模场直径的20/125光纤，依次熔接，经测试，效果比Hi1060和20/125的模场直径适配器更好。

进一步地，本实用新型的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的光纤模场匹配的光纤，本实用新型通过增加过渡光纤，不是两目标光纤直接相连接，熔接连接时，不需要特殊的熔接处理，也不需要对连接处作特殊处理，熔接方便，成本很低，可实现多类不同模场光纤连接，且效果优于光纤模场适配器。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种光纤模场匹配的光纤，其特征在于，包括第一光纤、第二光纤以及设置于所述第一光纤与所述第二光纤之间的至少一过渡光纤。

2.根据权利要求1所述光纤，其特征在于，所述第一光纤、至少一所述过渡光纤与所述第二光纤熔接。

3.根据权利要求2所述光纤，其特征在于，仅设置一所述过渡光纤。

4.根据权利要求2所述光纤，其特征在于，设置两所述过渡光纤。

5.根据权利要求2所述光纤，其特征在于，所述过渡光纤的数量大于1时，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的数值孔径为单调数列；并且，所述第一光纤、各所述过渡光纤与所述第二光纤的模场直径为单调数列。

6.根据权利要求1至5任一所述光纤，其特征在于，所述过渡光纤的数值孔径位于所述第一光纤的数值孔径与所述第二光纤的数值孔径之间，且所述过渡光纤的模场直径位于所述第一光纤的模场直径与所述第二光纤的模场直径之间。