專利名稱：用于單模光纖并具有漸變折射率光纖段的光準(zhǔn)直器、展闊芯型單模光纖、以及相應(yīng)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆谕ㄓ嵭袠I(yè)，更具體來(lái)講，本發(fā)明屬于光纖通訊領(lǐng)域。
更特定來(lái)講，本發(fā)明涉及一種要被定位在單模光纖端部上的光學(xué)準(zhǔn)直器，以便于能擴(kuò)大所述單模光纖所載送光束的橫截面。
背景技術(shù)：
在實(shí)際情況中，單模光纖成為了在通訊領(lǐng)域內(nèi)執(zhí)行高速長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)?、?yīng)用最為普遍的傳輸介質(zhì)。但是，如采用這種光纖，盡管其具有優(yōu)良的傳播特性，但在需要將兩段光纖相互連接起來(lái)時(shí)，執(zhí)行組裝的難度是相當(dāng)大的。
出現(xiàn)這些困難的原因主要在于所述單模纖維的發(fā)射表面積很小，其直徑通常是在10μm的數(shù)量級(jí)上。這樣小的尺寸使得單模光纖與其它光學(xué)元件(也包括另一條單模光纖)的耦合非常易于受到光纖與光學(xué)元件之間軸向相對(duì)位置和橫向位置的影響。
此外，該連接耦合對(duì)所要連接元件端部周圍大氣中存在的任何塵埃、以及單模光纖上的任何端部缺陷都是非常敏感的。
因而，用于單模光纖的光學(xué)準(zhǔn)直器具有非常大的益處，原因在于其能擴(kuò)大單模光纖中傳播的光束的尺寸。圖1a和圖1b分別表示了在普通單模光纖情況下、以及在單模光纖的端部帶有光準(zhǔn)直器的情況下光束的形狀，圖中，光束沿虛線傳播，其中，光學(xué)準(zhǔn)直器能擴(kuò)大光纖輸出端處光束的橫截面。
按照這種方式，當(dāng)將單模光纖與任何其它的光學(xué)部件執(zhí)行耦接時(shí)，此種光學(xué)準(zhǔn)直器能減小對(duì)定位的限制、并能減少塵?；虮砻嫒毕輰?duì)所形成光學(xué)接頭的效能的影響。
此外，準(zhǔn)直器能減小單模光纖輸出端光束的發(fā)散性。
迄今為止，已出現(xiàn)了幾種用于在單模光纖的端部處制出這種光學(xué)準(zhǔn)直器的技術(shù)。
第一種技術(shù)在于采用分立的Selfoc(注冊(cè)商標(biāo))型透鏡，這些透鏡定位于單模光纖的輸出端處。
現(xiàn)有技術(shù)中該第一種技術(shù)的缺陷在于該解決措施并未與單模光纖的端部成為一體。事實(shí)上，Selfoc型透鏡的直徑通常是在一毫米的數(shù)量級(jí)上，而單模光纖的外徑一般為125μm。因而，在尺寸緊湊性和易于包裝方面，這樣的技術(shù)方案并不是最佳的。
第二種現(xiàn)有技術(shù)包括這樣的內(nèi)容通過(guò)使摻雜劑從單模光纖的光芯發(fā)生熱擴(kuò)散、以便于形成TEC型(“熱擴(kuò)散展闊芯”)單模光纖，由此擴(kuò)大了單模光纖的模數(shù)。該技術(shù)方案具有這樣的優(yōu)點(diǎn)能增大光纖所載送的光束的橫截面，同時(shí)還能使光纖的外直徑保持恒定，該數(shù)值等于125μm。
但是，現(xiàn)有技術(shù)中該技術(shù)方案的缺陷在于按照這種方式形成的光束擴(kuò)展區(qū)具有特定的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度是由所要制成的光纖的光學(xué)特性限定的。對(duì)光束擴(kuò)展區(qū)長(zhǎng)度的限制降低了在光纖端部執(zhí)行造型操作的可能性，其中的造型操作例如是按照一定角度執(zhí)行斜向研磨操作、以及對(duì)光纖進(jìn)行分割，這些操作是對(duì)光纖進(jìn)行連接過(guò)程中的基本步驟。
因而，那些在通常情況下用于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的連接技術(shù)并不能為這些光纖帶來(lái)益處。
名稱為“集合型光學(xué)耦接裝置的制造方法以及由該方法制得的裝置”的第2752623號(hào)法國(guó)專利中具體描述了第三種技術(shù)，該技術(shù)包括這樣的內(nèi)容在光纖的端部處制出透鏡，以便于獲得Gradissimo(注冊(cè)商標(biāo))型光纖。這種單模光纖的端部具有一段純凈的石英纖維，隨后是一段折射率漸變的單模光纖，從而可形成一光束擴(kuò)展的區(qū)域。
該第三種現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與TEC的缺點(diǎn)是相同的，也就是說(shuō)，光束擴(kuò)展區(qū)的長(zhǎng)度是有限的，因而無(wú)法對(duì)利用這種光纖以一定角度執(zhí)行斜向分割、研磨等操作，或者無(wú)法將傳感器插入到一連接器中。
第四種技術(shù)在于這樣的措施設(shè)計(jì)一種端部帶有衍射透鏡的光纖。這樣的衍射透鏡例如是通過(guò)在石英棒的端部上執(zhí)行光刻而制成的，隨后，衍射透鏡再被焊接到單模光纖上。
現(xiàn)有技術(shù)中該第四種技術(shù)的缺點(diǎn)在于需要將光刻掩模與光纖的端部精確地對(duì)正，這就使得光纖的任何集中制造工藝都變得困難。
現(xiàn)有技術(shù)中該技術(shù)的另一個(gè)缺陷在于與上述的第二技術(shù)和第三技術(shù)類同，也無(wú)法在不破壞透鏡的情況下對(duì)裝備有這種衍射透鏡的光纖執(zhí)行研磨或分割操作。因而，這種光纖實(shí)際上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)連接的。

發(fā)明內(nèi)容
特別是，本發(fā)明致力于克服現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺陷。
更具體來(lái)講，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能使光纖的端部集成有準(zhǔn)直功能的技術(shù)方案。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在不改變光纖外觀狀況的條件下實(shí)現(xiàn)該準(zhǔn)直功能，其中的外觀狀況尤其是指光纖的外徑和體積。
本發(fā)明還致力于提供這樣一種技術(shù)其能獲得一種單模光纖，其端部包括一光束擴(kuò)展段，其相對(duì)于普通的單模光纖是擴(kuò)大的。
本發(fā)明還致力于提供一種集成有準(zhǔn)直器的單模光纖，其適于在不損害所集成的準(zhǔn)直功能的前提下實(shí)現(xiàn)一些端部操作，其中的端部操作例如是分割或研磨操作。
通過(guò)采用一種用于制造至少一條模擴(kuò)展型單模光纖的方法而實(shí)現(xiàn)了上述目的、以及可從下文領(lǐng)會(huì)出的其它目的。
根據(jù)本發(fā)明，該方法包括如下的連續(xù)步驟-一組合步驟，將至少一折射率漸變型多模光纖與至少一模擴(kuò)展型單模光纖組合起來(lái)；-一對(duì)所述折射率漸變型多模光纖執(zhí)行分割的步驟，以便于獲得一具有預(yù)定長(zhǎng)度的、折射率漸變的第一段多模光纖。
按照這種方式，本發(fā)明基于一種具有創(chuàng)造性的全新的技術(shù)途徑，對(duì)由光纖載送的光束提供了準(zhǔn)直功能。實(shí)際上，本發(fā)明尤其在于這樣的技術(shù)方案在模擴(kuò)展型單模光纖的端部處，接合并分割一折射率漸變型多模光纖，從而使單模光纖的端部集成有準(zhǔn)直功能。因而，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案，按照本發(fā)明所形成的裝置在尺寸緊湊性和組裝簡(jiǎn)單性方面具有優(yōu)勢(shì)。
折射率漸變型多模光纖段實(shí)現(xiàn)了對(duì)擴(kuò)大的光束段進(jìn)行保持的功能，這將有利于在不損害準(zhǔn)直功能的前提下完成端部操作(例如分割、研磨等)，這樣的效果與現(xiàn)有技術(shù)中的方案是不同的。
優(yōu)選地是，所述模擴(kuò)展型單模光纖包括一單模光纖、至少一石英光纖段、以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
本發(fā)明還涉及一種制造方法，其用于制造至少一展闊芯型單模光纖，該方法包括如下的依次步驟-一第一組合步驟，其將一第一折射率漸變型光纖與一第一石英光纖組合起來(lái)；-一第一分割步驟，該步驟對(duì)所述第一石英光纖執(zhí)行分割，以便于獲得一具有預(yù)定長(zhǎng)度的第一石英光纖段；-一第二組合步驟，用于將一第二折射率漸變型光纖組合到所述第一石英光纖段的自由端上；-一第二分割步驟，該步驟對(duì)所述第二折射率漸變型光纖執(zhí)行分割，以便于形成一段具有預(yù)定長(zhǎng)度的、折射率漸變的光纖，這段光纖被稱為第二折射率漸變型光纖段；-一第三組合步驟，用于將一第二石英光纖組合到所述第二折射率漸變型光纖段的自由端上；-對(duì)所述第二石英光纖執(zhí)行的一第三分割步驟，以便于獲得一具有預(yù)定長(zhǎng)度的第二石英光纖段；以及-一第四組合步驟，用于將一單模光纖組合到所述第二石英光纖段的自由端上，由此可獲得一展闊芯型單模光纖。
最好是該方法還包括一個(gè)對(duì)所述第一折射率漸變型光纖執(zhí)行分割的步驟，以便于獲得一第一折射率漸變型光纖段。
按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的第一種備選形式，所述第一、第二折射率漸變型光纖段是相同的類型。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的第二種備選形式，所述第一、第二折射率漸變的光纖段屬于不同的類型。
根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)有利的技術(shù)特征，該方法采用了由n條光纖構(gòu)成的帶束，從而能集中地制出成組的n條展闊芯型單模光纖。
根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)有利的技術(shù)特征，該方法包括一幾何造型步驟，該步驟用于對(duì)所述第一折射率漸變型光纖段的自由端執(zhí)行造型。
根據(jù)本發(fā)明的第一種備選實(shí)施方式，所述幾何造型步驟在于對(duì)所述端部執(zhí)行直向分割和/或直向研磨。
根據(jù)本發(fā)明的第二種備選實(shí)施方式，所述幾何造型步驟在于按照一定的角度對(duì)所述端部執(zhí)行斜向分割和/或研磨。
根據(jù)本發(fā)明的第三種備選實(shí)施方式，所述幾何造型步驟被用來(lái)對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，從而形成一透鏡。
優(yōu)選地是，可采用如下的任意一種工藝來(lái)對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，這些工藝包括-熔融-拉拔-材料添加。
根據(jù)本發(fā)明的第四備選實(shí)施方式，所述幾何造型步驟在于用如下的任意一種工藝對(duì)所述端部執(zhí)行蝕刻-化學(xué)蝕刻-利用研磨方法執(zhí)行機(jī)械蝕刻-激光蝕刻。
本發(fā)明還涉及一種單模光纖光準(zhǔn)直器，其包括至少一段模擴(kuò)展光纖、以及至少一段擴(kuò)展保持光纖，其中的擴(kuò)展保持光纖包括至少一段第一折射率漸變型光纖。
最好是，所述模擴(kuò)展光纖段和所述擴(kuò)展保持光纖段與所述單模光纖具有相同的直徑。
優(yōu)選地是，所述模擴(kuò)展光纖段包括至少一石英光纖段、以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)有利的技術(shù)特征，所述模擴(kuò)展光纖段是由兩石英光纖段組成的，在兩石英光纖段之間，插置了所述第二折射率漸變型多模光纖。
在本發(fā)明一備選實(shí)施方式中，所述第一、第二折射率漸變型多模光纖段屬于同一類型。當(dāng)然，第一、第二折射率漸變型光纖段也可以是不同的類型。
根據(jù)一第一備選實(shí)施方式，所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被按照直向方式進(jìn)行分割和/或研磨。
根據(jù)一第二備選實(shí)施方式，所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被按照一定角度進(jìn)行斜向分割和/或研磨。
根據(jù)一第三備選實(shí)施方式，所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被修整處理。
優(yōu)選地是，采用如下的任意一種工藝來(lái)對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，這些工藝包括-熔融-拉拔-材料添加。
根據(jù)第四種實(shí)施方式，采用如下的任意一種工藝對(duì)所述第一折射率漸變型多模光纖段的一個(gè)端部進(jìn)行造型-化學(xué)蝕刻-利用研磨方法執(zhí)行機(jī)械蝕刻-激光蝕刻。
本發(fā)明還涉及一種模場(chǎng)直徑擴(kuò)大的單模光纖，其一端處包括至少一模擴(kuò)展部分、以及至少一擴(kuò)展保持部分，其中的擴(kuò)展保持部分包括至少一第一折射率漸變型多模光纖段。
有利地是，所述模擴(kuò)展部分包括至少一石英光纖段以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
優(yōu)選地是，所述模擴(kuò)展部分包括兩石英光纖段，在兩石英光纖段之間，插置了所述第二折射率漸變型多模光纖。
根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)有利特征，所述單模光纖、所述模擴(kuò)展部分、以及所述擴(kuò)展保持部分具有相同的直徑。
有利地是，所述單模光纖屬于偏振保持型光纖。


在閱讀下文對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的描述以及附圖之后，可清楚地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中，優(yōu)選實(shí)施方式僅被作為非限定性的說(shuō)明性實(shí)例，在附圖中-圖1a和圖1b已在上文作了描述，它們分別表示了普通單模光纖所載送的光束的形狀、以及具有準(zhǔn)直功能的單模光纖所載送光束的形狀；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的、集成有準(zhǔn)直器的單模光纖的原理圖；-圖3a到圖3c表示了圖2所述單模光纖的幾種不同的可選實(shí)施方式，更具體來(lái)講，圖中表示出該光纖擴(kuò)展區(qū)的幾種不同實(shí)施方式；-圖4涉及對(duì)圖2所示單模光纖所執(zhí)行的端部處理；以及-圖5a到圖5e表示出圖2所示單模光纖在經(jīng)過(guò)圖4所示的端部處理之后、其端部可能具有的不同幾何形狀。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基本原理是通過(guò)將具有限定長(zhǎng)度的折射率漸變型光纖段與石英光纖段組合并焊接到一起來(lái)形成一種集成有準(zhǔn)直功能的單模光纖。
圖2表示出根據(jù)本發(fā)明的、端部上集成有準(zhǔn)直功能的單模光纖1的一種實(shí)施方式。
圖2中所示的裝置能在單模光纖1的端部處獲得一較寬的模場(chǎng)直徑13，其直徑大于單模光纖1的直徑14，同時(shí)還能保持恒定的外部直徑，使直徑與單模光纖1的直徑相同，或?yàn)橥ǔＧ闆r下的125μm。
該裝置包括一對(duì)從單模光纖1輸出的光束進(jìn)行擴(kuò)展的區(qū)段2和一擴(kuò)展保持(或維持)區(qū)3。
擴(kuò)展區(qū)2能增大光束的尺寸，而擴(kuò)展保持區(qū)3則能近乎恒定地保持著該擴(kuò)大的光束尺寸。由折射率漸變型光纖構(gòu)成的擴(kuò)展保持區(qū)3的這一特性使在擴(kuò)展保持區(qū)3任意位置點(diǎn)上執(zhí)行端部操作成為可能，其中的端部操作例如是分割或研磨。因而，光束擴(kuò)展區(qū)2可受到保護(hù)而免受端部操作的影響。下文將參照?qǐng)D4和圖5對(duì)這些方面作更詳細(xì)的描述。
圖2所示的、能擴(kuò)展并保持單模光纖1模場(chǎng)的裝置是通過(guò)將不同類型的光纖并置段組合并焊接到一起而形成的。擴(kuò)展區(qū)2和擴(kuò)展保持區(qū)3包括如下幾種光纖段-純石英光纖這種光纖的特征在于其不具有導(dǎo)光折射率型線(profil d’indice)。這種光纖僅由石英構(gòu)成，其外徑通常為125μm；-折射率漸變型光纖這種光纖包括一光芯，其中的折射率型線呈現(xiàn)為從中心向外周的拋物線。這樣的折射率型線是通過(guò)摻入二氧化硅而獲得的。該光纖的外徑通常情況下等于125μm，光芯直徑一般在125μm到1μm之間。
圖3a到圖3c表示出在本發(fā)明的范圍內(nèi)、石英光纖段和折射率漸變型光纖段幾種可行的不同布局形式。
按照?qǐng)D3a所示的實(shí)施方式，本發(fā)明的技術(shù)方案在于在一單模光纖1的端部處焊接一第一石英光纖段4，然后再焊接一第一折射率漸變型光纖段5，隨后焊接一第二石英光纖段6，而后再焊接一作為擴(kuò)展保持區(qū)的第二折射率漸變型光纖段3。
圖3b和圖3c表示了兩種備選的實(shí)施方式，它們相對(duì)于圖3a所示的構(gòu)造是簡(jiǎn)化的。
按照這種方式，根據(jù)圖3b所示的構(gòu)造，通過(guò)在單模光纖1的端部上焊接一第一折射率漸變型光纖段5、然后再組合一石英光纖段6、而后再焊接一形成擴(kuò)展保持區(qū)的第二折射率漸變型光纖段3，就能獲得光準(zhǔn)直功能。
在另一方面，按照?qǐng)D3c所示的構(gòu)造，單模光纖1的端部處具有一石英光纖段4，在該石英光纖段上焊接了一第一折射率漸變型光纖段5，光纖段5反過(guò)來(lái)又焊接到一第二折射率漸變型光纖段3上，第二折射率漸變型光纖段3作為光束的擴(kuò)展保持區(qū)。
在圖3a到圖3c所示的三種結(jié)構(gòu)形式中，分屬于擴(kuò)展區(qū)2和擴(kuò)展保持區(qū)、且標(biāo)號(hào)為5和3的兩折射率漸變型光纖段可以是相同的類型或不同的類型。按照這種方式，這兩個(gè)光纖段可具有或不具有相同的折射率型線和/或相同的光芯直徑。
圖2和圖3a所示的擴(kuò)展光束單模光纖裝置是按照本發(fā)明的方法制得的，本發(fā)明的方法采用了如下的制造步驟-首先，將一第一折射率漸變型光纖3的端部與一第一純石英光纖組合起來(lái)；-然后，對(duì)第一石英光纖執(zhí)行分割，以便于形成一第一純石英光纖段6；-而后，利用第一石英光纖段6的自由端，將包括第一折射率漸變型光纖3和第一石英光纖段6的組合體與一第二折射率漸變型光纖5組合起來(lái)，第二折射率漸變型光纖5與第一折射率漸變型光纖3可以是相同的類型或不同的類型；-之后，對(duì)第二折射率漸變型光纖5執(zhí)行分割，以形成一第二折射率漸變型光纖段；-將一第二純石英光纖4組合到所述第二折射率漸變型光纖段5的自由端上；-對(duì)所述第二純石英光纖4執(zhí)行分割，以便于形成一第二純石英光纖段；-將由第一和第二石英光纖段4和6、第一和第二折射率漸變型光纖段5和3形成的組合體結(jié)合到一單模光纖1上。
上文提到的分割操作是通過(guò)觀察著焊接縫、精確地分割一段光纖而完成的。
這就形成了單模光纖1，其端部處集成有光準(zhǔn)直器。
當(dāng)然，該制造方法也可被用來(lái)同時(shí)處理多條光纖，這些光纖被布置成由n條光纖組成的帶束形式。按照這樣的方式，可對(duì)一定數(shù)目的光纖同時(shí)執(zhí)行上述的焊接操作和分割操作，其中，光纖的數(shù)目在1到n之間。
此外，應(yīng)當(dāng)注意到很重要的一點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明，最好是采用偏振保持單模光纖1。
圖2、3所示裝置的端部可被處理成各種幾何形狀，圖4和圖5中表示了這些幾何形狀。如圖4中的箭頭7所示，本發(fā)明裝置的端部處具有擴(kuò)展保持區(qū)3的這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了這樣的特性在末端折射率漸變型光纖的任意位置點(diǎn)上執(zhí)行端部操作。事實(shí)上，在整個(gè)擴(kuò)展保持區(qū)3的范圍內(nèi)，光束的橫截面都保持為擴(kuò)大的面積，因而，該光學(xué)裝置的端部位置并不會(huì)改變光束的尺寸。
按照這種方式，可在保持著擴(kuò)大光束的折射率漸變型光纖3上執(zhí)行圖5a到圖5e所示的各種端部操作。
按照?qǐng)D5a所示的備選實(shí)施方式，可按照直向形式對(duì)末端折射率漸變型光纖3執(zhí)行分割和/或研磨。這樣的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖的直向研磨8，而不會(huì)影響折射率漸變段，因而不會(huì)影響模場(chǎng)的擴(kuò)展。
根據(jù)圖5b所示的備選實(shí)施方式，可按照一定角度對(duì)末端折射率漸變型光纖3執(zhí)行斜向分割和/或研磨。這就能不影響折射率漸變段、因而不影響模場(chǎng)擴(kuò)展地形成斜角端部9。
圖5c和圖5d表示了這樣的情況例如利用熔融、拉拔或添加材料的方法將折射率漸變型光纖3的端部修整，從而獲得了端部透鏡10、11。
最后，如圖5e所示，如果利用研磨或激光方法對(duì)折射率漸變型光纖3執(zhí)行化學(xué)或機(jī)械蝕刻，則可在折射率漸變型光纖3的端部12處制得任意的幾何形狀。
下面簡(jiǎn)要介紹參照?qǐng)D2到圖5所描述的、根據(jù)本發(fā)明的裝置的工作原理。
首先，對(duì)由折射率漸變型光纖段與一段或兩石英光纖段組成的光束擴(kuò)展區(qū)2的工作原理作簡(jiǎn)要描述。
需要指出的很重要的一方面是在折射率漸變型多模光纖中，光束沿著光纖的光軸周期性地傳播。其中的原因在于當(dāng)電磁波在一種折射率從光纖中心向外周逐漸減小的介質(zhì)中傳播時(shí)，其會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的側(cè)向折射。傳播周期首先取決于光纖的折射率型線，其次取決于光纖中所傳導(dǎo)光線的波長(zhǎng)，其中，所述折射率型線遵循拋物線規(guī)律。
當(dāng)一段折射率漸變型多模光纖被切開時(shí)，就能形成一透鏡，其特性取決于光纖段的長(zhǎng)度L、折射率型線、以及所傳導(dǎo)光線的波長(zhǎng)。因而，擴(kuò)展區(qū)2的所述折射率漸變段5等效于常見(jiàn)的平面-平面折射率漸變透鏡。
具有預(yù)定長(zhǎng)度的石英光纖段4和6具有雙重作用其使石英光纖段4(或石英光纖段6)能將單模光纖1(或末端折射率漸變型光纖3)相對(duì)于折射率漸變透鏡5定位在最佳的距離上，同時(shí)使整條光路保持實(shí)際上恒定的折射率。此外，這些光纖段為根據(jù)本發(fā)明裝置中不同的光纖段提供了物理連接，且不會(huì)改變外徑。
下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明裝置中的擴(kuò)展保持區(qū)3的工作原理進(jìn)行描述。
被由純石英段4、6以及折射率漸變型光纖5組成的光學(xué)擴(kuò)展系統(tǒng)2擴(kuò)大的光束射入到另一折射率漸變型光纖3中。該光纖3被用來(lái)在不改變已擴(kuò)大光束的光學(xué)特性的條件下將光束引導(dǎo)一定的距離。折射率漸變段3中的這一傳播特性對(duì)應(yīng)于折射率漸變型光纖3中光場(chǎng)模式LP01的特性。
由純石英光纖段和折射率漸變型光纖段組成的光學(xué)系統(tǒng)2被設(shè)計(jì)成能優(yōu)化擴(kuò)展光束與末端折射率漸變型光纖3中光場(chǎng)模式LP01的耦合。
在末端折射率漸變型光纖3中，一模場(chǎng)LP01能傳播一定的距離。該模場(chǎng)具有這樣的特性其寬度大于在單模光纖1中的寬度。所述模場(chǎng)的這一特性并不會(huì)伴隨著光束幾何參數(shù)(即模場(chǎng)直徑)的任何改變。利用從擴(kuò)展光纖段2入射到所述末端折射率漸變型光纖3中的光束的量來(lái)調(diào)整所述模場(chǎng)(且僅該模場(chǎng))的激發(fā)。
應(yīng)當(dāng)引起重要關(guān)注的是在折射率漸變型光纖中，其它的傳播模場(chǎng)也是存在的，且這些模態(tài)相互之間能交換能量。事實(shí)上，從所述光纖的一定長(zhǎng)度處開始、或者在向折射率漸變型光纖3施加應(yīng)變的情況下，該傳播模場(chǎng)可能會(huì)受到損害，因而可能會(huì)與其它的傳播模場(chǎng)LPxy交換能量。這些模場(chǎng)并不具有高斯型速度分布，因而不可能在小損耗的條件下將它們與單模光纖1耦合起來(lái)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是出現(xiàn)了這樣的情形只能維持模場(chǎng)LP01的傳播。
按照這種方式，在所述的末端折射率漸變型光纖3中，光束的尺寸是恒定的。如上文指出的那樣，這樣就能在光纖3的任意位置點(diǎn)上執(zhí)行分割、研磨等處理，同時(shí)還能保持相等的光束尺寸。這樣，擴(kuò)展光纖段2就受到了保護(hù)，其距離擴(kuò)展保持作用相關(guān)光纖3的端部上加工處理位置具有一定距離。
因而，總之，根據(jù)本發(fā)明的裝置能獲得這樣的效果在單模光纖1的端部處，對(duì)輸送光束執(zhí)行了擴(kuò)展。光束的所述擴(kuò)展在光纖3的一定長(zhǎng)度上得以保持，可對(duì)光纖3執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的分割、研磨等操作以及其它的處理。
根據(jù)本發(fā)明的裝置是由一單模光纖構(gòu)成的，該單模光纖的端部上集成有上述的準(zhǔn)直器，這種裝置具有多種用途-制造由n條疊置光纖元件組成的組件；-制造對(duì)位置不敏感的光纖連接器；-使光纖與其它光學(xué)元件組成的更復(fù)雜的組件得以簡(jiǎn)化；-制造寬光束連接器(即寬模場(chǎng))，其尤其適合于臟環(huán)境(存在灰塵、氣體等)；-制造適于污染的環(huán)境的無(wú)接點(diǎn)連接器；-制造具有無(wú)源或有源分立元件(例如隔離器、循環(huán)器、起偏振器、調(diào)制器、濾光器、液晶、光電二極管等)的互連光纖；-制造帶有激光器-尤其是VCSELS型激光器(垂直腔表面發(fā)射激光器)的耦合光纖；以及-制造帶有其它類型多模光纖或單模光纖的互連光纖。
權(quán)利要求
1.用于制造至少一條展闊芯型單模光纖的方法，其特征在于包括如下的步驟-組合步驟，將至少一條折射率漸變型多模光纖與至少一條模擴(kuò)展型單模光纖組合起來(lái)；-對(duì)所述折射率漸變型多模光纖執(zhí)行分割的步驟，以便于為所述模擴(kuò)展型單模光纖形成一具有預(yù)定長(zhǎng)度的保護(hù)性元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述模擴(kuò)展型單模光纖包括一單模光纖、至少一石英光纖段、以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
3.制造方法，其用于制造至少一展闊芯型單模光纖，其特征在于包括如下的依次步驟-一第一組合步驟，其將一第一折射率漸變型光纖與一第一石英光纖組合起來(lái)；-一第一分割步驟，該步驟對(duì)所述第一石英光纖執(zhí)行分割，以便于獲得一具有預(yù)定長(zhǎng)度的第一石英光纖段；-一第二組合步驟，用于將一第二折射率漸變型光纖組合到所述第一石英光纖段的自由端上；-一第二分割步驟，該步驟對(duì)所述第二折射率漸變型光纖執(zhí)行分割，以便于形成一段具有預(yù)定長(zhǎng)度的、折射率漸變的光纖，這段光纖被稱為第二折射率漸變型光纖段；-一第三組合步驟，用于將一第二石英光纖組合到所述第二折射率漸變型光纖段的自由端上；-對(duì)所述第二石英光纖執(zhí)行的一第三分割步驟，以便于獲得一具有預(yù)定長(zhǎng)度的第二石英光纖段；以及-一第四組合步驟，用于將一單模光纖組合到所述第二石英光纖段的自由端上，由此可獲得一展闊芯型單模光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于該方法還包括一個(gè)對(duì)所述第一折射率漸變型光纖執(zhí)行分割的步驟，以便于獲得一第一折射率漸變型光纖段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述第一、第二折射率漸變型光纖段是相同的類型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述第一、第二折射率漸變型光纖段屬于不同的類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的制造方法，其特征在于該方法采用了由n條光纖構(gòu)成的帶束，從而能集中地制出成組的n條展闊芯型單模光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的制造方法，其特征在于該方法包括一幾何造型步驟，該步驟用于對(duì)所述第一折射率漸變型光纖段的自由端執(zhí)行幾何造型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述幾何造型步驟在于對(duì)所述端部執(zhí)行直向分割和/或直向研磨。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述幾何造型步驟在于按照一定的角度對(duì)所述端部執(zhí)行斜向分割和/或研磨。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述幾何造型步驟被用來(lái)對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，從而形成一透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于采用如下的任意一種工藝來(lái)對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，這些工藝包括-熔融-拉拔-材料添加。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述幾何造型步驟在于用如下的任意一種工藝對(duì)所述端部執(zhí)行蝕刻-化學(xué)蝕刻-利用研磨方法執(zhí)行機(jī)械蝕刻-激光蝕刻。
14.單模光纖光準(zhǔn)直器，其特征在于包括至少一段模擴(kuò)展光纖、以及至少一段擴(kuò)展保持光纖，其中的擴(kuò)展保持光纖包括至少一段第一折射率漸變型光纖。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述模擴(kuò)展光纖段和所述擴(kuò)展保持光纖段與所述單模光纖具有相同的直徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述模擴(kuò)展光纖段包括至少一石英光纖段、以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述模擴(kuò)展光纖段是由兩石英光纖段組成的，在兩石英光纖段之間，插置了所述第二折射率漸變型多模光纖。
18.根據(jù)權(quán)利要求14到17之一所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被按照直向方式進(jìn)行分割和/或研磨。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到17之一所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被按照一定角度進(jìn)行斜向分割和/或研磨。
20.根據(jù)權(quán)利要求14到17之一所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于所述第一折射率漸變型多模光纖段的一端被修整處理。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于采用如下的任意一種工藝對(duì)所述端部執(zhí)行修整處理，這些工藝包括-熔融-拉拔-材料添加。
22.根據(jù)權(quán)利要求14到17之一所述的光準(zhǔn)直器，其特征在于采用如下的任意一種工藝對(duì)所述第一折射率漸變型光纖段的端部執(zhí)行造型，其中的工藝包括-化學(xué)蝕刻-利用研磨方法執(zhí)行機(jī)械蝕刻-激光蝕刻。
23.模場(chǎng)直徑擴(kuò)大的單模光纖，其一端處包括至少一模擴(kuò)展部分、以及至少一擴(kuò)展保持部分，其中的擴(kuò)展保持部分包括至少一第一折射率漸變型多模光纖段，所述第一折射率漸變型多模光纖段形成所述模擴(kuò)展部分的一預(yù)定長(zhǎng)度的保護(hù)元件，所述擴(kuò)展保持部分保持著光纖中所傳播光束的直徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的單模光纖，其特征在于所述模擴(kuò)展部分包括至少一石英光纖段以及至少一第二折射率漸變型多模光纖段。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的單模光纖，其特征在于所述模擴(kuò)展部分包括兩石英光纖段，在兩石英光纖段之間，插置了所述第二折射率漸變型多模光纖。
26.根據(jù)權(quán)利要求23到25之一所述的單模光纖，其特征在于所述單模光纖、所述模擴(kuò)展部分、以及所述擴(kuò)展保持部分具有相同的直徑。
27.根據(jù)權(quán)利要求23到26之一所述的單模光纖，其特征在于所述單模光纖屬于偏振保持型光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于單模光纖的光準(zhǔn)直器，其包括至少一段模擴(kuò)展光纖以及至少一段擴(kuò)展保持光纖，其中擴(kuò)展保持光纖包括至少一折射率漸變的第一多模光纖。本發(fā)明還涉及一種端部帶有該光準(zhǔn)直器的單模光纖、以及相應(yīng)的制造方法。
文檔編號(hào)G02B6/028GK1650206SQ03810082
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日
發(fā)明者菲利普·尚克盧 申請(qǐng)人:奧普托古納股份有限公司