专利名称：双芯光纤的耦合装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光纤耦合器技术领域，尤其涉及一种双芯光纤的耦合装置及其制造方 法。
背景技术：
光纤耦合器是光纤通信网络、光纤传感以及光纤测量中广泛使用的一种无源器 件，通常采用光纤熔融拉锥及器件封装技术来实现光纤中的功率和波长的稳定分配。全光纤耦合器的制造工艺目前主要有熔锥法、磨抛法和腐蚀法。熔锥法是把两根 光纤的涂覆层去掉，然后靠在一起用高温的火焰加热使之熔化，在光纤熔化时在光纤两端 加力拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，从而构成耦合器。抛磨法就是把裸光纤按一 定的曲率固定在开槽的石英基片上，然后进行光学研磨、抛光，之后把两块这样磨抛好的裸 光纤拼接在一起，利用光纤之间的模场耦合以构成光纤耦合器。腐蚀法则是利用化学方法 把一段裸光纤包层腐蚀掉，再把两根腐蚀后的光纤扭绞在一起，构成光纤耦合器。但是，这 些光纤耦合器的制造方法都涉及到两根或两根以上光纤的并行耦合实现不同光纤之间的 光波耦合。近年来，多芯光纤得到广泛的研究并逐渐实用化，但是多芯光纤接续以及多芯光 纤到单芯光纤的接续问题却没有获得有效的解决。即使能够实现将多芯光纤中传输的光最 终通过单芯光纤输出，也不能够实现多芯光纤的分束，不能将多芯光纤里面每一根纤芯中 传输的光通过尾端分别输出。
发明内容
本发明提供了一种双芯光纤的耦合装置及其制造方法，基于本发明，能够使双芯 光纤中传输的光分离并通过两个单芯光纤分别输出。一方面，本发明公开了一种双芯光纤的耦合装置，包括双芯光纤、与所述双芯光 纤相连接的电光晶体；以及，分别与所述电光晶体相连接的第一单芯光纤和第二单芯光纤； 所述双芯光纤包括熔融拉锥后形成第一锥区，所述第一单芯光纤和所述第二单芯光纤包括 熔融拉锥后形成第二锥区；所述第一锥区的中心线与所述第二锥区的中心线为同一直线； 第一锥区中两个芯心线构成的平面与第二锥区中两个芯心线构成的平面为同一平面；并且 所述第一锥区的端头、电光晶体的端头和所述第二锥区的端头分别镀有增透膜，所述增透 膜的工作波长相同；并且所述电光晶体加载有大小可调的横向加载电压；所述电光晶体的
纵向长度l = 且δ =0或5 = 所述电光晶体的纵向长度为光在晶体中的传输长度；
k为电光晶体中波导间的交叉耦合系数；δ为传播常数。上述双芯光纤的耦合装置，优选所述电光晶体为LiNbO3晶体。另一方面，本发明还公开了一种双芯光纤的耦合装置的制造方法，包括如下步骤 双芯光纤处理步骤，选择双芯光纤，对所述双芯光纤进行去涂覆、清洗和熔融拉锥后形成第
3一锥区，并进行切割、端面抛光和镀增透膜的处理；电光晶体处理步骤，选择长方形的电光 晶体，在所述电光晶体的两个横向表面沉积导电层，并对所述电光晶体的输入端和输出端 镀增透膜；给所述电光晶体设置大小可调的横向加载电压；并且，设定所述电光晶体的纵
向长度ζ = 且5 =0或5 = 所述电光晶体的纵向长度为光在晶体中的传输长度；
k为电光晶体中波导间的交叉耦合系数；δ为传播常数；两个单芯光纤处理步骤，选择两个 单芯光纤，对所述两个单芯光纤进行去涂覆和清洗，然后将所述两段光纤靠紧进行熔融拉 锥后形成第二锥区，并进行切割、端面抛光和镀增透膜的处理；对接步骤，将所述第一锥区 的端面、所述电光晶体的两纵向端面与所述第二锥区的端面对接；所述第一锥区的中心线 与所述第二锥区的中心线为同一直线；第一锥区中两个芯心线构成的平面与第二锥区中两 个芯心线构成的平面为同一平面。上述双芯光纤的耦合装置的制造方法，其特征在于，所述电光晶体为LiNbO3晶体。本发明利用电光晶体的电光效应，通过设定晶体的长度、调节横向所加电压改变 晶体中的电场，改变晶体中的传播常数，从而实现从双芯光纤到单芯光纤的耦合以及通过 调节电压V来调节双芯光纤中两根纤芯中的光到输出端两根单芯光纤的耦合状态，进而实 现了双芯光纤到单芯光纤的分束，同时还能够通过调节外部电压V实现输入端双芯光纤的 任一纤芯到输出端任一单芯光纤输出比例的改变。
图1为本发明双芯光纤的耦合装置实施例的结构示意图；图2为双芯光纤拉锥后第一锥区的示意图；图3本发明双芯光纤的耦合装置制造方法实施例的步骤流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明中，通过对双芯光纤熔融拉锥，使双芯光纤的两个纤芯靠在一起，经过横向 加载电压的LiNbO3晶体使两纤芯中传输的光产生耦合，通过调节横向加载电压来调节耦合 强度，实现控制从输出端两臂的输出光比例，从而达到对双芯光纤传输光分束的目的。下面对本发明所依据的原理进行说明。参照图1和图2，双芯光纤经过拉锥后，两个纤芯之间的距离非常靠近，可以将其 视为两个平行的波导。两个平行介质波导的耦合方程式可以写为^- = -ikBe'2Sz(1) dz=-IkAensz(2 ) dz其中A、B分别为双芯光纤中纤芯1、2传输模式的振幅，k为波导间的交叉耦合，2 δ 为相位失配。经过推导变换，可得到如下表达式Pa (z) =P0-Pb(Z)(3)
权利要求
1.一种双芯光纤的耦合装置，其特征在于，包括双芯光纤、与所述双芯光纤相连接的电光晶体；以及，一端经熔融拉锥结合在一起的与 所述电光晶体相连接的第一单芯光纤和第二单芯光纤；所述双芯光纤包括熔融拉锥后形成第一锥区，所述第一单芯光纤和所述第二单芯光纤 包括熔融拉锥后形成第二锥区；所述第一锥区的中心线与所述第二锥区的中心线为同一直 线；第一锥区中两个芯心线构成的平面与第二锥区中两个芯心线构成的平面为同一平面； 并且所述第一锥区的端头、电光晶体的端头和所述第二锥区的端头分别镀有增透膜，所述 增透膜的工作波长相同；并且所述电光晶体加载有大小可调的横向加载电压；所述电光晶体的纵向长度l=i，且δ = 0或5 = 所述电光晶体的纵向长度为光在晶体中的传输长度；k为电光晶体中波 导间的交叉耦合系数；S为传播常数。
2.根据权利要求1所述的双芯光纤的耦合装置，其特征在于，所述电光晶体为LiNbO3 晶体。
3.—种双芯光纤耦合装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤双芯光纤处理步骤，选择双芯光纤，对所述双芯光纤进行去涂覆、清洗和熔融拉锥后形 成第一锥区，并进行切割、端面抛光和镀增透膜的处理；电光晶体处理步骤，选择长方形的电光晶体，在所述电光晶体的两个横向表面沉积导 电层，并对所述电光晶体的输入端和输出端镀增透膜；给所述电光晶体设置大小可调的横向加载电压；并且，设定所述电光晶体的纵向长度I =》，且δ =0或5 = #;所述电光晶体的纵向长度为光在晶体中的传输长度；k为电光晶体中波导间的交叉耦合系数；δ为传播常数；两个单芯光纤处理步骤，选择两个单芯光纤，对所述两个单芯光纤进行去涂覆和清洗， 然后将所述两段光纤靠紧进行熔融拉锥后形成第二锥区，并进行切割、端面抛光和镀增透 膜的处理；对接步骤，将所述第一锥区的端面、所述电光晶体的两纵向端面与所述第二锥区的端 面对接；所述第一锥区的中心线与所述第二锥区的中心线为同一直线；第一锥区中两个芯 心线构成的平面与第二锥区中两个芯心线构成的平面为同一平面。
4.根据权利要求3所述的双芯光纤耦合装置的制造方法，其特征在于，所述电光晶体 为LiNbO3晶体。
全文摘要
本发明涉及一种双芯光纤的耦合装置及其制造方法。其中，该耦合装置包括依次连接的双芯光纤、电光晶体和一端经熔融拉锥结合在一起的与电光晶体相连接的第一单芯光纤和第二单芯光纤；电光晶体加载有大小可调的横向加载电压；电光晶体的纵向长度且δ＝0或电光晶体的纵向长度为光在晶体中的传输长度；k为电光晶体中波导间的交叉耦合系数；δ为传播常数。本发明实现了从双芯光纤到单芯光纤的耦合以及通过调节电压V使双芯光纤中两根纤芯中的光输出到两根单芯光纤，进而实现了双芯光纤到单芯光纤的分束，同时还能够实现输入端双芯光纤的任一纤芯到输出端任一单芯光纤输出比例的改变。
文档编号G02B6/02GK102096154SQ201010617489
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者冯亭, 刘鹏, 延凤平, 李琦, 梁骁, 田鹏飞, 谢燕平, 陶沛琳 申请人:北京交通大学