[實用新型]一種大芯徑光纖耦合器

有效

• 申請號: 201420636609.3
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN204178001U
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 李輝;王蓉;李剛;殷志東;陳莉;曾新華;朱源圓;馮陳
• 申請（專利權）人: 南京春輝科技實業有限公司
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱芳雄

技術領域

本實用新型涉及一種采用熔融拉錐法制作的大芯徑光纖耦合器。

背景技術

實現光纖耦合常用的方法有三種：侵蝕法、研磨法、熔融拉錐法。侵蝕法是化學工藝處理方法，這種方法相對比較簡易，但制作的分束器對環境溫度要求高，光纖的絞合影響其使用壽命，實用價值低。研磨法是比較傳統的工藝制作方法，屬于光學冷加工范疇，這種工藝方法比較繁瑣、磨拋工藝難度大、且制成的分束器體積也比較大，目前已不再使用這種方法制作分束器。熔融拉錐工藝優點有：方向性好、制作的器件附加損耗較低、環境穩定性較高、成本比較低廉、制作簡單適合大批量生產。

通信用多模光纖所采用的熔融拉錐工藝是利用燃燒氫氧氣體的方法提供熱源，而這種方式加熱溫度場不穩定，火焰溫度的波動比較大，容易被周圍環境影響。燃氣溫度的不穩定性會使光纖內部出現熱應力而引起材質結構變脆，以致器件損耗變大。

傳統的多模光纖耦合器所采用的光纖芯徑為50um或62.5um，這類光纖制作的耦合器無法滿足高能量激光的傳輸需要，且耦合效率低下。

由于大芯徑光纖芯徑較粗，在熔融耦合時極易造成耦合區熔融態光纖的堆積，從而影響光纖耦合器的分光比、透過率等光學性能，堆積嚴重甚至影響器件結構穩定性。

由于光纖輸出激光能量為高斯分布，在實際應用中探測器所接收到不均勻的能量，影響探測的準確性；而采用透鏡耦合的方式也可以實現光纖準直輸出，但微型透鏡價格昂貴且外觀結構較大，不適合應用于微型的探測器設備中。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是傳統的多模光纖耦合器所采用的光纖芯徑為50um或62.5um，這類光纖制作的耦合器無法滿足高能量激光的傳輸需要，且耦合效率低下；而大芯徑光纖耦合器的現有制作方法存在耦合區熔融態光纖堆積、光纖輸出的激光能量不均勻、光纖不同軸或者造價過高。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種大芯徑光纖耦合器，所述耦合器包括一根輸入光纖和n根的輸出光纖，1≤n≤6；所述輸入光纖芯徑為200-600um，輸入光纖芯皮比范圍為1:1.04至1:1.25；所述輸出光纖芯徑為200-400um,輸出光纖芯皮比與輸入光纖的芯皮比一致；所述輸入光纖和輸出光纖在耦合區固定打絞，所述輸入光纖在耦合區的一端為輸入光纖的輸出端，另一端為輸入光纖的輸入端，所述輸出光纖在耦合區的一端為輸出光纖的輸入端，另一端為輸出光纖的輸出端。

由于采用的輸入光纖的光纖芯徑為200-600um，光纖芯皮比范圍為1:1.04至1:1.25，比現有的多模光纖耦合器芯徑粗的多，因此，該光纖耦合器能傳輸的激光能量也較現有的多模光纖耦合器高的多，能滿足高能量激光的需要；此外，熔融拉伸時可以降低拉錐區扭曲的風險，同時，相同的芯皮比使得光纖加熱區受熱較為均勻，更好地提高了大芯徑光纖耦合效果。

為使輸出的光纖能量均勻，每一根輸出光纖的輸出端通過毛細管連接球透鏡，所述球透鏡的前、后表面均為球面，毛細管的一端緊配合套接輸出光纖，另一端緊配合套接球透鏡，球透鏡的直徑大于耦合光纖芯徑，且透鏡的數值孔徑NA₁大于輸出光纖的數值孔徑NA₂。大芯徑光纖耦合器出射光斑呈高斯分布，這種能量分布不均勻，現有的方法通常采用端頭熔融成球狀能夠使光纖出射光斑彌散，從而實現能量高斯分布的振幅降低，這種方式實現的能量勻化是相對的；而另外一種方式即在尾纖固化自聚焦透鏡，光纖出射光經過漸變折射率的透鏡，其能量得到充分勻化，但是由于自聚焦透鏡制作的時候長度難控制，經常出現偏差，長度不同輸出的角度就有變化，最終引起光斑尺寸不一，不適合于批量生產，本發明采用輸出光纖耦合球透鏡的方法即實現了能量勻化，也適合批量生產，此外，數值孔徑大于輸出光纖的數值孔徑，則接收角大，那么利于球透鏡接收輸出光纖的光，使得輸出光纖的出射光能量均勻分布，且光斑發散角小于30°。

為提高球透鏡的出射光效果，輸出光纖與所述的球透鏡之間為紫外光學膠固化連接。用紫外線照射進行快速固化，可避免粘合用膠流到前后兩個球面影響球透鏡的出射光效果。

作為本實用新型的進一步改進方案，所述輸出光纖數目為六根，耦合區的七根光纖成正六邊形排列，且輸入光纖位于正六邊形的中心軸線處。正六邊形的排布更有利于夾持打絞時，耦合區各個光纖均受力均勻，打絞角度一致，不容易出現拉錐區扭曲，進一步提高了大芯徑光纖耦合的效果，減小了光纖分光比的誤差，分光比可實現任意比，分光比偏差±7%。