一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光 纖連接器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和普及，光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸容量也成倍地增長(zhǎng)，然而如今的 光纖網(wǎng)絡(luò)通信傳輸容量依然面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人們對(duì)傳輸容量的需求似乎永無(wú)止境。為 此，多芯光纖（MCF)作為一種典型的空分復(fù)用（SDM)解決方案，以其高密度、低造價(jià)、低能 耗等優(yōu)點(diǎn)最有可能大規(guī)模應(yīng)用于光纖通信，極大提升傳輸容量。有文獻(xiàn)報(bào)道19芯低竄擾 多芯光纖可以在1550nm波長(zhǎng)，超過(guò)10.lkm距離實(shí)現(xiàn)305Tb/s傳輸容量（19-corefiber transmissionof19xl00xl72-Gb/sSDM-ffDM-PDM-QPSKsignalsat305Tb/s,National FiberOpticEngineersConference,OSA, 2012)。但MCF面臨一個(gè)挑戰(zhàn)，即與現(xiàn)有系統(tǒng)的 兼容性問(wèn)題，這就需要發(fā)展一種可靠性高、低損耗、低竄擾以及可量產(chǎn)的多芯光纖連接器。
[0003] 美國(guó)專(zhuān)利（US5608827)提出了一種四芯光纖與四根單光纖之間互連的多芯光纖 連接器，這種連接器要求MCF與單模光纖束在幾何結(jié)構(gòu)上是直接匹配的。這會(huì)導(dǎo)致單模光 纖束中單根SMF包層直徑小于普通單模光纖，而且隨著纖芯數(shù)目增加，這種差別將更大。美 國(guó)專(zhuān)利（US20120251045)采用特殊結(jié)構(gòu)的柱透鏡實(shí)現(xiàn)了MCF之間或者M(jìn)CF與集成光電子器 件（比如光源VCSEL)之間的互連。其突出的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了不同口徑之間的匹配互連。但是 這種雙面柱透鏡端面加工比較復(fù)雜，且要求較高的加工精度。美國(guó)專(zhuān)利（US201300444978) 則利用一對(duì)梯度折射率透鏡或球透鏡實(shí)現(xiàn)MCF之間的互連，這種方法難于匹配對(duì)準(zhǔn)兩端的 MCF。并且在多芯光纖狹小的空間尺寸限制下，多個(gè)纖芯信道的扇入扇出很難實(shí)現(xiàn)，不利于 光源或光學(xué)器件與MCF多個(gè)纖芯的分別對(duì)接。
[0004] 文獻(xiàn)（Lowlossopticalconnectionmodulefor7-coremulti-corefiberand sevensinglemodefibers,PhotonicsSocietySummerTopicalMeetingSeries,IEEE 2012)和（Free-SpaceCouplingOpticsforMulticoreFibers,PhotonicsTechnology Letters，IEEE2012)提出的一種透鏡耦合系統(tǒng)，利用透鏡將MCF多個(gè)纖芯出射光束空間分 開(kāi)，使用轉(zhuǎn)向棱鏡進(jìn)一步分層分離，最后使用光纖準(zhǔn)直器接收，實(shí)現(xiàn)將MCF各個(gè)纖芯光信道 分別耦合進(jìn)入單個(gè)的SMF。這種方法通過(guò)精確的操作和控制，竄擾和損耗較低，但結(jié)構(gòu)體積 較大，操作調(diào)節(jié)復(fù)雜難于量產(chǎn)，并且隨著MCF的纖芯數(shù)目越多，這個(gè)缺點(diǎn)越明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種制作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)易、低損耗和低竄擾 的基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器，由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組 和與多芯光纖芯數(shù)相同的單模光纖束同軸連接組成，單模光纖束與多芯光纖纖芯以相同的 排布方式布置，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開(kāi)成像，對(duì)應(yīng)到單模光纖束的各個(gè) 纖芯上。
[0008] 雙梯度折射率透鏡組由兩個(gè)0.25節(jié)距長(zhǎng)度，梯度常數(shù)比等于間距放大比的兩個(gè) 梯折透鏡無(wú)間距共軸構(gòu)成。
[0009] 雙梯度折射率透鏡組由兩個(gè)相同梯度常數(shù)，中間存在間隙的兩個(gè)梯折透鏡共軸構(gòu) 成，前梯折透鏡長(zhǎng)度為0. 3節(jié)距時(shí)得到最低耦合損耗。
[0010] 雙梯度折射率透鏡組中前梯折透鏡用一段直接焊接在多芯光纖上的梯度折射率 多模光纖替代。
[0011] 單模光纖束帶有纖端準(zhǔn)直器是一段焊接的〇. 25節(jié)距長(zhǎng)度梯度折射率多模光纖。
[0012] 多芯光纖連接器中與多芯光纖相對(duì)應(yīng)的分接端光纖是普通單模光纖或者是特殊 光纖。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0014] 本發(fā)明與已有技術(shù)不同，采用雙梯折透鏡組，軸向組裝、旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。隨著多芯光纖 制造工藝的進(jìn)步，多芯光纖的尺寸和參數(shù)都已經(jīng)比較穩(wěn)定，單模光纖束的排布相對(duì)固定，保 證了本發(fā)明多芯光纖連接器的可行性。梯折透鏡或類(lèi)似的梯度折射率多模光纖具有比傳統(tǒng) 光學(xué)透鏡更小的離軸像差，因此可以得到更低的損耗和竄擾。這種雙梯折透鏡耦合系統(tǒng)不 需要轉(zhuǎn)向棱鏡，結(jié)構(gòu)更加緊湊，操作難度大大降低，制作更加簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為對(duì)稱(chēng)雙芯光纖與對(duì)應(yīng)單模光纖束截面圖和七芯光纖與對(duì)應(yīng)單模光纖束截 面圖；
[0016] 圖2為基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為無(wú)間隙雙梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4為有間隙雙梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖5為多模光纖與梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖6為單模光纖束組裝方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明提供的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。由多芯光纖，雙梯 度折射率透鏡組和對(duì)應(yīng)芯數(shù)的單模光纖束同軸連接組成；所述的單模光纖束與多芯光纖纖 芯排布精確相似，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開(kāi)成像，對(duì)應(yīng)到單模光纖束的各 個(gè)纖芯上，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)多芯光纖和單模光纖束使對(duì)應(yīng)纖芯對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)多芯光纖連接器。本發(fā)明 具有制作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)易、低損耗和低竄擾等優(yōu)點(diǎn)。
[0022] 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述：
[0023] 本發(fā)明由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組和對(duì)應(yīng)芯數(shù)的單模光纖束同軸連接組 成；所述的單模光纖束與多芯光纖纖芯排布精確相似，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向 上拉開(kāi)成像，對(duì)應(yīng)到單模光纖束的各個(gè)纖芯上，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)多芯光纖和單模光纖束使對(duì)應(yīng)纖 芯對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)多芯光纖連接器。
[0024] 本發(fā)明還可以包括：
[0025] 1、所述的透鏡組可以由兩個(gè)0.25節(jié)距長(zhǎng)度，梯度常數(shù)比等于間距放大比的兩個(gè) 梯折透鏡無(wú)間距共軸構(gòu)成；或者兩個(gè)相同梯度常數(shù)，中間存在一定長(zhǎng)度間隙的兩個(gè)梯折透 鏡共軸構(gòu)成。后梯折透鏡和間隙長(zhǎng)度依賴(lài)于前梯折透鏡長(zhǎng)度和間距放大比，前梯折透鏡長(zhǎng) 度為0. 3節(jié)距長(zhǎng)度時(shí)得到最低耦合損耗。間隙可以是空氣間隙，也可以填充折射率相近的 均勻匹配介質(zhì)（比如石英棒或玻璃棒等）。
[0026] 所述透鏡組中前梯折透鏡可以用一定長(zhǎng)度的梯度折射率多模光纖代替，優(yōu)點(diǎn)在于 可以直接焊接在多芯光纖上。所述透鏡長(zhǎng)度由于其周期性，可以增加幾個(gè)節(jié)距長(zhǎng)度。所述 透鏡組成像的物平面為多芯光纖末端面，亦為前梯折透鏡前端面；像平面為后梯折透鏡后 端面，亦為單模光纖束的前端面。
[0027] 所述的單模光纖束是相同纖芯數(shù)目的幾根單模光纖排布成與多芯光纖纖芯分布 精確相似的結(jié)構(gòu)，每根單模光纖端面平整且位于一個(gè)平面上，即單模光纖束接收端面（垂 直于軸線）。單模光纖束芯間距與多芯光纖芯間距之比等于透鏡組前后梯折透鏡的后前焦 距比。所述的單模光纖束和多芯光纖可以繞中軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，使對(duì)應(yīng)纖芯分布位置匹配對(duì) 準(zhǔn)。
[0028] 所述單模光纖束帶有纖端準(zhǔn)直器，降低耦合損耗。所述纖端準(zhǔn)直器可以是焊接一 段0. 25節(jié)距長(zhǎng)度梯度折射率多模光纖，或者直接將單模光纖端或研磨、或腐蝕構(gòu)成半球面 等。
[0029] 多芯光纖各纖芯作為一個(gè)通道，輸出光經(jīng)過(guò)雙梯折透鏡組后沿軸方向出射，在透 鏡組的作用下光束排布與多芯光纖纖芯分布相似且間距拉開(kāi)。光纖排布與多芯光纖精確相 似的單模光纖束在透鏡組后端面對(duì)應(yīng)光束位置接收，經(jīng)纖端準(zhǔn)直器耦合進(jìn)各單模光纖中， 這樣就實(shí)現(xiàn)了低損耗，低竄擾的多芯光纖連接器。
[0030] 本發(fā)明還可包括這樣一些特點(diǎn)：
[0031] 1、所述的多芯光纖，透鏡組和單模光纖束具有一個(gè)相同的組裝軸線，最后固定封 裝在一個(gè)外套金屬管中。
[0032] 2、所述的梯度折射率多模光纖無(wú)論作為替代梯折透鏡還是作為纖端準(zhǔn)直器，都是 先裸纖焊接，然后用光纖切割刀定長(zhǎng)度切割。
[0033] 3、所述的透鏡組中一個(gè)梯折透鏡可以增加0. 5節(jié)距長(zhǎng)度，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)接收多 芯光纖某纖芯通道的單模光纖位置向連接器軸線對(duì)稱(chēng)位置處迀移；若透鏡組兩梯折透鏡長(zhǎng) 度各自增加〇. 5節(jié)距，則相對(duì)應(yīng)原來(lái)的連接器發(fā)生兩次迀移，結(jié)果回到原位置；當(dāng)相同連接 器成對(duì)使用時(shí)，迀移抵消。
[0034] 4、所述的透鏡組透鏡長(zhǎng)度以及兩透鏡間距大小由其折射率分布和間距放大比決 定，可以用光線追跡的方法進(jìn)行計(jì)算，具體長(zhǎng)度關(guān)系滿足：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，由多巧光纖，雙梯度折射率透鏡組和 與多巧光纖巧數(shù)相同的單模光纖束同軸連接組成，其特征在于：所述的單模光纖束與多巧 光纖纖巧W相同的排布方式布置，透鏡組將多巧光纖纖巧在徑向方向上拉開(kāi)成像，對(duì)應(yīng)到 單模光纖束的各個(gè)纖巧上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 所述的雙梯度折射率透鏡組由兩個(gè)0.25節(jié)距長(zhǎng)度，梯度常數(shù)比等于間距放大比的兩個(gè)梯 折透鏡無(wú)間距共軸構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 雙梯度折射率透鏡組由兩個(gè)相同梯度常數(shù)，中間存在間隙的兩個(gè)梯折透鏡共軸構(gòu)成，前梯 折透鏡長(zhǎng)度為0. 3節(jié)距時(shí)得到最低禪合損耗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任意一項(xiàng)所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接 器，其特征在于：所述雙梯度折射率透鏡組中前梯折透鏡用一段直接焊接在多巧光纖上的 梯度折射率多模光纖替代。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 所述的單模光纖束帶有纖端準(zhǔn)直器是一段焊接的0. 25節(jié)距長(zhǎng)度梯度折射率多模光纖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 多巧光纖連接器中與多巧光纖相對(duì)應(yīng)的分接端光纖是普通單模光纖或者是特殊光纖。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于光纖連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器，由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組和與多芯光纖芯數(shù)相同的單模光纖束同軸連接組成，單模光纖束與多芯光纖纖芯以相同的排布方式布置，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開(kāi)成像，對(duì)應(yīng)到單模光纖束的各個(gè)纖芯上。本發(fā)明與已有技術(shù)不同，采用雙梯折透鏡組，軸向組裝、旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。隨著多芯光纖制造工藝的進(jìn)步，多芯光纖的尺寸和參數(shù)都已經(jīng)比較穩(wěn)定，單模光纖束的排布相對(duì)固定，保證了本發(fā)明多芯光纖連接器的可行性。梯折透鏡或類(lèi)似的梯度折射率多模光纖具有比傳統(tǒng)光學(xué)透鏡更小的離軸像差，因此可以得到更低的損耗和竄擾。
【IPC分類(lèi)】G02B6-32, G02B6-40
【公開(kāi)號(hào)】CN104536100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410777241
【發(fā)明人】苑立波, 陳宮傣
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日