一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法

本发明涉及多芯光纤器件，尤其涉及一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法。

背景技术：

1、移动通信、云计算、物联网和大数据等领域的迅猛发展对高速、大容量的光通信网络的需求愈加迫切。然而传统的单模光纤传输容量已经接近“香农极限”，无法满足日益增长的数据传输需求。

2、多芯光纤是一种具有多个纤芯的光纤结构，每个纤芯都可以独立传输光信号。相比于传统的单模光纤，多芯光纤具有更大的传输带宽和更高的容量潜力。由于现有的光通信网络中大量采用了单模光纤，所以需要研究制备多芯光纤与单模光纤之间的连接器和耦合器，以实现多芯光纤系统与现有光纤网络的互通。

3、制备多芯光纤耦合器的常见方法有：聚合物波导法、自由空间光法、熔融拉锥法等。其中熔融拉锥法需要将多根光纤按照一定的顺序进行排列并穿入石英毛细管中，使其拉锥后的端面与多芯光纤精准对接，实现多芯与单芯的光场耦合。

4、目前，熔融拉锥法中通常使用多包层光纤进行排列拉锥，如授权公告号为cn109581583b和cn111290075b的专利提供的技术方案，其使用的桥接光纤均为多包层结构单模光纤，由于多包层结构光纤的预制棒制备通常需要结合钻孔法与pcvd工艺，因此对于制备过程中的设备、工艺和成本都有极高的要求。

5、综上所述，目前多芯光纤耦合器制备过程都受到所使用的桥接光纤的制约，使得加工难度，成本以及损耗等方面都存在问题，因此亟需设计一种制备简单、成本低的特殊光纤来满足需求。

6、因此，有必要提供一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术和工艺的不足，进一步提高多芯光纤耦合器的制备效率，本发明提供一种采用大芯径渐变折射率光纤及多芯光纤耦合器的制备方法，为解决多芯光纤耦合器制备过程中多包层结构光纤制备难度大、成本昂贵的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种大芯径渐变折射率光纤，用于制备多芯光纤耦合器，包括：大尺寸纤芯以及机械包层；其中，所述大尺寸纤芯内部的折射率呈渐变折射率分布，所述机械包层内部的折射率呈均匀分布，且所述大尺寸纤芯的折射率大于所述机械包层的折射率；纤芯与机械包层的折射率差随纤芯半径增大逐渐减小。优选地，机械包层的半径为62μm-63.5μm。

3、优选地，为制备多芯光纤耦合器，大尺寸纤芯1-1的半径为12.0μm-13.0μm。

4、优选的，所述大尺寸纤芯相对机械包层的相对折射率差为0.6％-0.8％。

5、按照本发明的另一方面，提供了一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器，采用上述的大芯径渐变折射率光纤制备，包括：大内径套管、小内径套管和n根大芯径渐变折射率光纤，n根所述大芯径渐变折射率光纤嵌套在所述大内径套管中且大内径套管一端被拉锥，所述大内径套管拉锥的一端用于被切割后与多芯光纤熔接，大内径套管未拉锥一端中的每根所述大芯径渐变折射率光纤单独嵌套在所述小内径套管中且套管一端被拉锥，所述小内径套管拉锥的一端用于被切割后与标准单模光纤熔接，其中n>1。

6、优选的，所述大内径套管内半径为187.5-190μm，所述小内径套管(4)的内径为62.5-65μm。

7、优选的，所述大内径套管和小内径套管均为石英毛细管。

8、优选的，所述大内径套管的长度为12-13cm，所述小内径套管的长度为4-5cm。

9、此外，本发明还提供了一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法，所述方法包括如下步骤：

10、(a)、将n根大芯径渐变折射率光纤表面的涂覆层剥除一部分，剥除长度大于大内径套管的长度；

11、(b)、将n根大芯径渐变折射率光纤剥除涂覆层的部分穿入大内径套管内，确保大内径套管内光纤的排列与多芯光纤纤芯的排列方式一致。

12、(c)、对大内径套管进行拉锥并切割，并与多芯光纤熔接，确保各芯对齐；

13、(d)、将大内径套管中未拉锥一端的每根大芯径渐变折射率光纤的涂覆层剥除一部分，并单独嵌套在小内径套管中且套管一端被拉锥；

14、(e)、将小内径套管拉锥的一端切割，然后与标准单模光纤熔接获得多芯光纤耦合器。

15、优选的，步骤(a)中使用的单根大芯径渐变折射率光纤长度为35-40cm，剥除涂覆层的长度为15-16cm。

16、与相关技术相比较，本发明提供的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法具有如下有益效果：

17、本发明提供一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器：

18、1、本发明提供的多芯光纤耦合器将n(n>1)根大芯径渐变折射率光纤插入套管中，经过拉锥和切割之后，和多芯光纤熔接得到多芯光纤耦合器。大芯径渐变折射率光纤经过拉锥之后，大尺寸纤芯变细使得模场与纤芯均变小，与多芯光纤模场以及纤芯匹配，因此在和多芯光纤熔接时具有低的熔接损耗；

19、2、本发明提供的多芯光纤耦合器，其中将大芯径渐变折射率光纤插入小内径套管中进行拉锥，经过拉锥之后，小内径套管成为新的包层，大芯径渐变折射率光纤纤芯变细使得模场变小，与标准单模光纤匹配，使得拉锥后的大芯径渐变折射率光纤和标准单模光纤熔接时具有较低的熔接损耗；

20、3、本发明提供的多芯光纤耦合器包括多个大芯径渐变折射率光纤，其大芯径渐变折射率光纤包括：纤芯以及机械包层，其制备工艺与常规单模光纤基本一致；

21、4、本发明提供的多芯光纤耦合器，其大芯径渐变折射率光纤的折射率剖面简单，制备工艺难度和成本大大降低，成品率显著提高。

技术特征：

1.一种大芯径渐变折射率光纤，用于制备多芯光纤耦合器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大芯径渐变折射率光纤，其特征在于，所述机械包层(1-2)的半径为62μm-63.5μm。

3.根据权利要求1所述的大芯径渐变折射率光纤，其特征在于，所述大尺寸纤芯(1-1)的半径为12.0μm-13.0μm。

4.根据权利要求1所述的大芯径渐变折射率光纤，其特征在于，所述大尺寸纤芯(1-1)相对机械包层(1-2)的相对折射率差为0.6％-0.8％。

5.一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器，采用权利要求1-4所述的大芯径渐变折射率光纤制备，其特征在于，包括：大内径套管(2)、小内径套管(4)和n根大芯径渐变折射率光纤(1)，n根所述大芯径渐变折射率光纤(1)嵌套在所述大内径套管(2)中且大内径套管(2)一端被拉锥，所述大内径套管(2)拉锥的一端用于被切割后与多芯光纤(3)熔接，大内径套管(2)未拉锥一端中的每根所述大芯径渐变折射率光纤(1)单独嵌套在所述小内径套管(4)中且套管一端被拉锥，所述小内径套管(4)拉锥的一端用于被切割后与标准单模光纤(5)熔接，其中n>1。

6.根据权利要求5所述的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器，其特征在于，所述大内径套管(2)内半径为187.5-190μm，所述小内径套管(4)的内径为62.5-65μm。

7.根据权利要求5所述的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器，其特征在于，所述大内径套管(2)和小内径套管(4)为石英毛细管。

8.根据权利要求5所述的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器，其特征在于，所述大内径套管(2)的长度为12-13cm，所述小内径套管(4)的长度为4-5cm。

9.一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法，所述方法包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中使用的单根大芯径渐变折射率光纤(1)长度为35-40cm，剥除涂覆层的长度为15-16cm。

技术总结
本发明提供一种采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法。所述大芯径渐变折射率光纤，用于制备多芯光纤耦合器，包括：大尺寸纤芯以及机械包层；其中，所述大尺寸纤芯内部的折射率呈渐变折射率分布，所述机械包层内部的折射率呈均匀分布，且所述大尺寸纤芯的折射率大于所述机械包层的折射率；纤芯与机械包层的折射率差随纤芯半径增大逐渐减小。本发明提供的采用大芯径渐变折射率光纤的多芯光纤耦合器的制备方法具有降低了多包层光纤制备难度、提高了多芯光纤耦合器的制备效率，降低了其制备成本的优点。

技术研发人员：黄怿,杨海,邓传鲁,胡程勇,王廷云,张小贝
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19