单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥耦合方法

摘要

本发明公开了一种单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥耦合方法，它是将一根单芯光纤和一根多芯光纤的一端的涂敷层剥离，再通过光纤焊接机在剥离处进行直接融接，并在焊点处加热实施熔融拉锥，并进行光功率监测，当锥体腰部拉细到锥体对光功率进行分配达到的预定分光比时停止拉锥。该方法的技术特征在于将单芯光纤与多芯光纤熔融焊接后，在焊点处实施熔融拉锥，从而形成一个锥形的光能量分配区，实现光功率的分配。该方法可将单芯光纤中的光功率耦合分配到多芯光纤的每个纤芯中，或将多芯光纤中的光波耦合到单芯光纤中，实现分光与合光的功能。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体的说是一种单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥的耦合方法。

(二)背景技术

光定向耦合器亦称光方向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插入和分配的无源器件。

光无源器件的制造方法，早期多采用传统光学的方法。这种用传统光学分立元件构成的光无源器件，其缺点是：体积大，质量大，结构松，可靠件差，与光纤不兼容。于是人们纷纷转向全光纤型光无源器件的研究，对全光纤定向耦合器的研究最多，这不仅因为定向耦合器本身是极为重要的光无源器件，而且它还是许多其他光无源器件的基础。

全光纤定向耦合器的制造工艺有三类：磨抛法、腐蚀法和熔锥法。磨抛法是把裸光纤按一定曲率固定在开槽的石英基片上，再进行光学研磨、抛光，以除去一部分包层，然后把两块这种磨抛好的裸光纤拼接在一起，利用两光纤之间的模场耦合以构成定向耦合器。这种方法的缺点是器件的热稳定性和机械稳定性差。腐蚀法是用化学方法把一段裸光纤包层腐蚀掉，再把两根已腐蚀后的光纤扭绞在一起、构成光纤耦合器。其缺点是工艺的一致性较差、且损耗大，热稳定性差。熔锥法是把两根裸光纤靠在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，从而构成耦合器。用这种方法可构成光纤滤波器、波分复用器、光纤偏振器、偏振耦合器等。

熔锥型光纤耦合器是将两根光纤靠在一起在熔融状态下拉锥，这样操作的结果使两光纤纤芯靠近，使传播场向光纤包层扩展，以便在相当短的锥体颈部区域出现有效的功率耦合。目前国内外普遍采用的熔融拉锥工艺基本步骤是把已除去保护套的两根或多根裸光纤并排安装在调节架上并施加适当的力，再用火焰加热，到光纤软化时一边继续加热一边拉伸光纤，同时用光纤功率计监测两输出端的光功率比，直到耦合比符合要求时停止加热，进行成品封装。

上述光纤耦合器及其制作技术均涉及到两根或两根以上光纤并行耦合实现不同光纤之间的光波耦合。就以往的耦合技术而言，已有大量的技术专利和技术论文公开发表。例如，专利号为96116575的一种熔锥型高密度波分复用器，包括有多个1×2或2×2的光纤耦合器，但这些技术均没有解决单芯光纤与多芯光纤耦合的问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种简单实用，同时可以实现单芯光纤与多芯光纤每个纤芯之间光的分光与合光的耦合器及其融接拉锥耦合制作方法。

本发明所提出的单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥耦合方法是这样实现的：

1、单芯光纤与多芯光纤耦合器是通过一根单芯光纤和一根多芯光纤的一端的涂敷层剥离，剥离后清洗并切割出平整的光纤端面，再通过光纤焊接机在剥离处进行直接融接，并在焊点处加热实施熔融拉锥，并进行光功率监测，当锥体腰部拉细到锥体对光功率进行分配达到的预定分光比时停止拉锥的方法制得的单芯光纤与多芯光纤耦合器。

2、单芯光纤与多芯光纤耦合器的融接拉锥耦合方法为：将一根单芯光纤和一根多芯光纤的一端的涂敷层剥离，再通过光纤焊接机在剥离处进行直接融接，并在焊点处加热实施熔融拉锥，并进行光功率监测，当锥体腰部拉细到锥体对光功率进行分配达到的预定分光比时停止拉锥。

本发明还有这样一些技术特征：

1、所述的单芯光纤与多芯光纤为单模光纤或多模光纤。

2、所述的单芯光纤中的纤芯位置为居于轴心或偏离轴心，多芯光纤的纤芯对于光纤的中心轴线为对称或非对称。

3、所述的实施熔融拉锥温度为1800℃。

4、所述的光功率的分配比为均匀的或非均匀的，预定分光比为1％～99％。

5、在完成焊接与拉锥耦合步骤后，在锥体耦合区加套石英套管并密封。

6、所述的密封为在套管两端用CO₂激光器加热銲接。

7、所述的密封为在套管两端用环氧树脂封装固化。

本发明给出了一种单芯光纤与多芯光纤经直接焊接并在焊点处实施熔融拉锥的光波耦合方法，不同于以往的耦合技术。本发明的技术特征在于将单芯光纤与两芯或两芯以上的多芯光纤熔融焊接后，在焊点处实施熔融拉锥，当锥体腰部拉细到一定程度后，单芯光纤中传输的光就可以通过锥体对光波进行分光(或者多芯光纤中传输的光通过锥体进行合光到单芯光纤中)，从而形成一个光功率分配区，实现光功率的分配，分光与合光是通过锥体耦合区实现的。本发明的优点在于极大地改善了单芯光纤与多芯光纤的耦合方法，制作更容易，耦合效率高。为多芯光纤器件直接插入标准单模光纤通信链路中提供了一种有效的方法和技术。

这种单芯光纤与多芯光纤耦合器体积小，插入损耗低，具有双向光功率传输的分光与合光功能，是一种集成式的新型光纤耦合器。

(四)附图说明

图1是未进行耦合的两段光纤的示意图；

图2是三芯光纤具体实施结构示意图；

图3是单芯光纤与多芯光纤耦合器加装石英套管进行封装的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：

本实施例通过一根单芯光纤和一根多芯光纤的一端的涂敷层剥离，剥离后清洗并切割出平整的光纤端面，再通过光纤焊接机在剥离处进行直接融接，并在焊点处加热实施熔融拉锥，并进行光功率监测，当锥体腰部拉细到锥体对光功率进行分配达到的预定分光比时停止拉锥的方法制得单芯光纤与多芯光纤耦合器。

其融接拉锥耦合方法为：

1.选用待耦合的单芯光纤1，将其一端的涂敷层剥离，然后清洗并切割出平整的光纤端面；1为单芯光纤，2为多芯光纤，3为两段光纤实施焊接的结合端面。

2.将待耦合的多芯光纤2按上述同样的步骤制备光纤端；

3.将制备好的一段石英毛细管套在单芯光纤的一端；

4.将制备好的两光纤端对接并在两段光纤的结合端面3处进行焊接；

5.在焊点处进行加热至熔融状态，加热温度为1800℃，然后进行拉锥，并进行光功率监测；

6.达到预定分光比50％后，停止拉锥，结合附图，ΔL是锥体拉伸区的长度；

7.将石英毛细套管调至锥体耦合区，然后在毛细套管两端用CO₂激光器加热焊接密封，然后进行二次涂覆完成整体保护。

实施例2：

本实施例通过一根单芯光纤和一根多芯光纤的一端的涂敷层剥离，剥离后清洗并切割出平整的光纤端面，再通过光纤焊接机在剥离处进行直接融接，并在焊点处加热实施熔融拉锥，并进行光功率监测，当锥体腰部拉细到锥体对光功率进行分配达到的预定分光比时停止拉锥的方法制得单芯光纤与多芯光纤耦合器。

其融接拉锥耦合方法为：

1、选用待耦合的单芯光纤1，将其一端的涂敷层剥离，然后清洗并切割出平整的光纤端面；1为单芯光纤，2为多芯光纤，3为两段光纤实施焊接的结合端面。

2、将待耦合的多芯光纤2按上述同样的步骤制备光纤端；

3、将制备好的一段石英毛细管套在单芯光纤的一端；

4、将制备好的两光纤端对接并在两段光纤的结合端面3处进行焊接；

5、在焊点处进行加热至熔融状态，加热温度为1800℃，然后进行拉锥，并进行光功率监测；

6、达到预定分光比90％后，停止拉锥；

7、将石英毛细套管调至锥体耦合区，然后在毛细套管两端用CO₂激光器加热焊接密封，然后进行二次涂覆完成整体保护。