[發明專利]一種單模光纖與多環形芯空心光纖耦合器及其制備方法

在審

• 申請號: 201911138858.3
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN111025476A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 苑立波;胡挺
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利提供的是一種單模光纖與多環形芯空心光纖耦合器及其制備方法。其特征是：它由單模光纖、多環形芯空心光纖以及介于單模光纖和多環形芯空心光纖之間的絕熱轉換錐區組成。所述組成中，絕熱轉換錐區是由多環形芯空心光纖插入與多環形芯空心光纖包層相同折射率的石英毛細管內，并在高溫下拉錐而成。本發明可用于單模光纖與多環形芯空心光纖之間的光路耦合連接。可廣泛用于基于多環形芯空心光纖傳感器的探測光輸入輸出用途。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種單模光纖與多環形芯空心光纖的耦合器。屬于光纖技術領域。

(二)背景技術

為滿足光纖通信和光纖傳感的應用要求，各種特殊光纖被提出，包括無芯光纖、多包層光纖、多芯光纖、環形芯光纖等等。多環形芯空心光纖就是眾多新型特殊光纖中的一種，該光纖的特點是：由N(N≥2)層高低折射率材料交替包裹形成同軸多環形芯。環形芯以內無介質填充，環形芯以外為包層。根據電磁場理論與耦合模理論可知，該種光纖的環形芯內可以存在多種傳輸模式，并且隨著環形芯間距的減小，傳輸模式間會產生耦合，從而光能量在環形芯內發生轉移。該特性可被用于設計制作光纖傳感器、光纖濾波器等光纖器件，具有優異的應用前景。

無論是在光纖通信或是光纖傳感領域的應用，光纖間的連接及光能量分配都必不可少。對于常見的單模光纖，使用熔融拉錐方法制作的光纖耦合器是一種常見的光纖間連接和光能量分配方法。對于特種光纖之間，或者特種光纖與單模光纖之間的連接與光能量分配，目前也有相關的文獻和專利提出多種方法，比如：

專利申請號為201580079406.6的專利提出一種適用于多芯光纖與多芯光纖連接的光纖耦合器，該方法采用具有絕緣芯的多芯光纖將多芯光纖中每根芯與單模光纖連接。

專利申請號為201811393656.9的專利提出使用數根多包層光纖拉錐后與多芯光纖熔接，實現多芯光纖與單模光纖的低損耗連接。

專利公告號為CN 103246013B的專利提出一種具有同心圓環或部分同心圓環波導分布的Airy光纖。該光纖結構為一種多環形芯實心光纖，專利中采用單模光纖與Airy光纖的實心纖芯熔接的方式，實現光能量由單模光纖輸入Airy光纖。

文獻(H.Deng,C.Teng,H.Liu,M.Chen,S.Deng,R.Xu,H.Yang,and L.Yuan,Circular Airy Beam Shaping by Annular Arrayed-Core Fiber,Journal ofLightwave Technology 37,4844–4850(2019))中提出使用一截環形芯光纖，一端拉錐后與單模光纖熔接，另一端與Airy光纖熔接，從而實現光能量從單模光纖經環形芯光纖耦合進Airy光纖中。

在上述方法中，直接與單模光纖熔接的方式不適用于多環形芯空心光纖，通過一段環形芯光纖作為中間件進行熔接的方式，雖然可用于單模光纖和多環形芯空心光纖之間的耦合，但依然存在兩點不足：一是操作步驟多，可靠性與成品率均會受影響；二是如果將環形芯光纖與多環形芯空心光纖直接熔接，光纖的空心部分在高溫下變形塌陷會顯著影響耦合效果。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種單模光纖與多環形芯空心光纖耦合器及其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種單模光纖與多環形芯空心光纖耦合器，它由單模光纖、多環形芯空心光纖以及介于單模光纖與多環形芯空心光纖之間的絕熱轉換錐區組成。所述組成中，絕熱轉換錐區是由多環形芯空心光纖插入石英毛細管，并在高溫下拉錐而成。在該錐區內，毛細管內的多環形芯空心光纖直徑逐漸變細，最終空心部分完全塌陷，多環形芯部分退化成直徑為8～10微米的新纖芯；包層與毛細管形成新的包層；毛細管的外直徑變細至與單模光纖直徑相同；多環形芯空心光纖各環形芯內傳輸的光能量在錐區內絕熱轉換至新的纖芯中傳輸，和單模光纖高效率匹配耦合。