专利名称：模式渐变光耦合器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及光耦合器，更具体地，它涉及一种实现低损耗光传输的模式渐变光耦合器及其制作方法。
光的反射与折射传输取决于光的入射角和两种介质的折射率。因此在光通信中，研制一种能够更有效地传输光能的介质很重要，光纤是光传输中应用最广泛的介质。光纤包括用于传输光的内纤芯和实现光在纤芯中全反射的不同折射率盖罩，通常用于光传输的纤芯直径在8μm到200μm(0.2mm)之间，在连接光纤或者分支与耦合传输光时，纤细的纤芯直径带来严重的技术困难。
光耦合器是一种用于光信号分支或者耦合的无源器件。和电通信中的分支或耦合技术类似，在光通信中仅仅通过各种光机连接器能够实现光信号的分支或耦合功能。但是由于光纤的独有特性，光信号就不能很容易地实现，因此采用专门的光耦合器来作为光的分支和耦合器件。
采用本世纪70年代以来应用极为广泛的光纤制作的光耦合器是一种利用瞬逝场耦合法的熔融式耦合器。把几根光纤绞合在一起，然后再同时熔融和拉伸被绞合的光纤，就制作成熔融式耦合器。包括光纤在内的各种单模介质波导都有一个使纤芯的外形按指数规律减小的瞬逝电磁场，因此，当把两根单模波导相互邻接放置时，波相受相邻纤芯的瞬逝场激励并发生光信号复合，称这种复合为瞬逝场复合，并应用于熔融式耦合器中。但是，熔融式耦合器需要一个复杂且耗时的制作过程，价钱昂贵，也不可能降低成本。
波导耦合器是另外一种耦合器，它利用在硅基底上形成的石英玻璃波导或者用离子交换玻璃制作的波导分支或者耦合光信号。当采用波导技术时，可以大批量生产很小的耦合器。但是仍然存在若干技术难题，例如，波导本身的损耗、光纤连接器中的损耗以及波导成形技术的改进。
纤芯扩张直接复合式耦合器也是另一种耦合器，它采用扩张元件使光传输信道路径中的光纤纤芯扩张。扩张元件通过位于纤芯中央的一个端面更大的纤芯来扩展光的传输，利用这种扩张元件能够设计出一种光耦合器。把端面切平的若干根光纤按顺序放置到一起，当每根光纤的切面形成扩张元件时，扩张元件的端面面积增加。结果，扩张元件在特定的距离间隔处相互接触并复合起来。一旦扩张元件相互复合并形成一个整体，光就被分支或者耦合。和熔融式耦合器或者波导耦合器相比，这种耦合器更易于光互联，也使得光纤的分支或耦合更简单，也有极大的可能性降低这种耦合器的成本。但是，由于在信道传输路径上扩展纤芯时纤芯扩张元件较长，由紫外线形成的扩张元件易于抖动。受位于光纤端面和信道传输路径壁之间的树脂的影响，光的传输损耗也随之增加。这种耦合器的性能会显著恶化，因此它不能有效地充当耦合器使用。
为了解决这种纤芯扩张直接复合式耦合器的上述问题，本发明的目的之一就是制作一种没有抖动的新型扩张元件，实现与纤芯扩张长度无关、并且不受位于光纤端面和信道传输路径壁之间树脂的影响的光传输模式渐变，提供一种没有光传输损耗的模式渐变光耦合器及其制作方法。
为了实现上述目的，提供的模式渐变光耦合器包括第一光纤，它使纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式；第二光纤，它使纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式；放置在第一和第二光纤之间、由紫外固化树脂形成的扩张元件，具有两个端部，当紫外线入射并固化后，其端部截面与第一和第二扩张光纤的相应端部相同它包括扩张区段和一个中间区段，而且它在扩张距离内不会抖动，每个扩张区段从第一或者第二光纤的连接区段开始在预定扩张距离内扩张，中间区段在第一和第二光纤的扩张区段间按预定长度保持尺寸不变；信道传输路径，它具有两个分别与第一和第二光纤连接的端部，当把扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，它允许传输光输出；位于信道传输路径上的盖罩，用于在调准两根光纤的同时用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
为了实现上述目的，提供的模式渐变光耦合器包括第一光纤，它使纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式；第二光纤，它使纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式；第三根光纤，它使纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式；由紫外固化树脂形成的Y-型扩张元件，其一端与第一光纤相连，另外两端分别与第二和第三根光纤相连，当紫外线入射并固化处理时，其三个端部截面与第一、第二和第三根扩张光纤的相应端部相同，它包括扩张区段和一个Y-型中间区段，而且它在扩张距离内不会抖动，每个扩张区段从第一、第二或者第三根光纤的连接区段开始在预定扩张距离内扩张，中间区段在第一、第二或者第三根光纤的扩张区段间预定长度上保持尺寸不变；信道传输路径，其一端与第一光纤相连、另一端与第二和第三根光纤相连的，当把扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，它允许传输光输出；位于信道传输路径上的盖罩，用于在调准第一、第二以及第三根光纤的同时用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
为了实现上述目的，提供的模式渐变光耦合器包括第一光纤，带有一个使部分纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式的连接区段，和一个与连接区段连接并按预定长度保持尺寸不变的连续区段；第二光纤，带有一个使部分纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式的连接区段，和一个与连接区段连接并按预定长度保持尺寸不变的连续区段；放置在第一和第二光纤之间、由紫外固化树脂形成的扩张元件，具有两个端部，当紫外线入射并固化后，其端部截面与第一和第二扩张光纤的相应端部相等，它包括扩张区段和一个中间区段，而且它在扩张距离内不会抖动，每个扩张区段从第一或者第二光纤的连接区段开始在预定扩张距离内先收缩再扩张，中间区段在第一和第二光纤的扩张区段间按预定长度保持尺寸不变；信道传输路径，它具有两个端部，分别与所述第一和第二光纤的的连续区段连接，当把扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，它允许传输光输出；位于信道传输路径上的盖罩，用于在调准两根光纤的同时用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
为了实现上述目的，提供的模式渐变光耦合器包括第一光纤，带有一个使部分纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式的连接区段，和一个与连接区段连接并按预定长度保持尺寸不变的连续区段；第二光纤，带有一个使部分纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式的连接区段，和一个与连接区段连接并按预定长度保持尺寸不变的连续区段；第三根光纤，带有一个使部分纤芯逐渐热扩张而改变传输光模式的连接区段，和一个与连接区段连接并按预定长度保持尺寸不变的连续区段；由紫外固化树脂形成的Y-型扩张元件，其一端与第一光纤的连续区段相连，另外两端分别与第二和第三根光纤的连续区段相连，当紫外线入射并固化后，其三个端部截面与第一、第二和第三根扩张光纤的相应端部相等，它包括扩张区段和一个Y-型中间区段，而且它在扩张距离内不会抖动，每个扩张区段从第一、第二或者第三根光纤的连接区段开始在预定扩张距离内先收缩再扩张，中间区段在与第一、第二或者第三根光纤的连续区段相连的扩张区段间保持尺寸不变；信道传输路径，其一端与第一光纤的连续区段相连、另一端与第二和第三根光纤的连续区段相连，当把扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，它允许传输光输出；位于信道传输路径上的盖罩，用于在调准第一、第二以及第三根光纤的同时用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
最佳情况下，根据本发明的一个实施例制作模式渐变光耦合器的方法包括以下步骤压下光纤，把光纤安装到信道传输路径上；把充当纤芯扩张元件的光学传输介质放置到信道传输路径上；用盖罩覆盖部分光纤和纤芯扩张元件。
最佳情况下，根据本发明另外一个实施例制作模式渐变光耦合器的方法包括以下步骤把盖罩放置到信道传输路径上；用所述的树脂填充信道传输路径；把光纤插入存留在信道传输路径中的所述树脂中。
参考下面的附图，通过详细描述本发明的一个最佳实施例，本发明的上述目的优点会更加明确。附图包括
图1是根据本发明一个实现模式渐变的1×1光耦合器的结构图，把一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤放置在扩张元件的前端部。
图2是根据本发明一个实现模式渐变的1×2光耦合器的结构图，把一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤放置在扩张元件的前端部。
图3是根据本发明一个实现模式渐变的1×1光耦合器的结构图，一根纤芯由整段光纤一致扩大而成的光纤和一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤相连，被置于扩张元件的前端部。
图4是根据本发明一个实现模式渐变的1×2光耦合器的结构图，一根纤芯由整段光纤一致扩大而成的光纤和一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤相连，被置于扩张元件的前端部。
图5是根据本发明光耦合器结构的立体视图，其中具有U-型或者V-型槽的光纤能够自调准。
图6是根据本发明图5的正视图。
参考图1，1×1光耦合器包括第一光纤100，第二光纤140，扩张元件110，盖罩120和信道传输路径130。
第一、第二光纤100和140使各自的纤芯逐渐热扩张来实现传输光的模式渐变。
放置在第一、第二光纤100和140之间的扩张元件110由紫外固化树脂构成，而且它不会沿轴向抖动。当紫外线入射并固化后，两端的截面分别与扩张后的第一、第二光纤100和140的端部相同。扩张元件110包括扩张区段112和114以及中间区段116，每个扩张区段从第一100或者第二光纤140的连接区段开始在预定的扩张距离(d1)上扩大，连接到第一光纤和第二光纤的扩张单元之间的中间区段按照预定的长度保持尺寸不变。扩张元件110的内部折射率大于安装在110外侧的盖罩120的折射率，也大于直线型信道传输路径130的折射率，使得传输光限制在内部并连续传播。
信道传输路径130有两个端部，第一、第二光纤100和140分别放置在其两端。当把扩张元件110填充在置于其两端的光纤之间后，允许传输光输出。
调准第一、第二光纤100和140的同时，盖罩120用于以紫外固化树脂填充信道传输路径，并被放置在传输路径130上以防止树脂从其中流出。
根据本发明，图2是一个实现模式渐变的1×2光耦合器的结构图，把一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤放置在扩张元件的前端部。1×2光耦合器包括第一光纤200，第二光纤210，第三根光纤220，扩张元件230，信道传输路径240和盖罩250。
第一、第二及第三根光纤200、210和220使各自的纤芯逐渐热扩张来实现传输光的模式渐变。
由紫外固化树脂构成的Y-型扩张元件230的一端与第一光纤200相连，另两端分别与第二光纤210和第三根光纤220相连。当紫外线入射并固化后，扩张元件230相应端部的截面分别与第一、第二及第三根光纤200、210和220的端部相同。扩张元件230包括扩张区段232、234和236以及中间区段238，每个扩张区段从第一、第二或者第三根光纤200、210及220的连接区段开始在预定的扩张距离(d2)上扩大，分别连接到第一、第二及第三根光纤200、210和220的扩张区段232、234和236之间的中间区段保持尺寸不变。扩张元件2 30在扩张距离(d2)上不会抖动，在逐渐延伸达到扩张距离(d2)后具有连续的形状，并且达到Y-型信道传输路径240的侧壁。扩张元件230的内部折射率大于安装在230外侧的盖罩250的折射率，也大于Y-型信道传输路径240的折射率。
信道传输路径240的一端与第一光纤200相连，另一端与第二、第三根光纤210和220相连。当把扩张元件230填充在位于信道传输路径240两端的光纤之间后，信道传输路径允许传输光输出。把盖罩250放置在传输路径240上，调准第一、第二及第三根光纤200、210和220的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径240，并且防止树脂从其中流出。
根据本发明，图3是一个实现模式渐变的1×1光耦合器的结构图，一根纤芯由整段光纤一致扩大而成的光纤和一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤相连，被置于扩张元件的前端部。参考图3，1×1光耦合器包括第一光纤300，第二光纤340，扩张元件310，信道传输路径320和盖罩330。
第一、第二光纤300和340包括连接区段302、342和连续区段304、344，连接区段使纤芯局部逐渐热扩张来实现传输光的模式渐变，连续区段分别与连接区段302和342连接并在预定长度内保持尺寸不变。
放置在第一、第二光纤300和340之间的扩张元件310由紫外固化树脂构成。当紫外线入射并固化处理后，两端的截面分别与第一、第二扩张光纤300、340的连接区段302、342的截面相同。扩张元件310包括扩张区段312、和314以及中间区段316，每个扩张区段从第一300或者第二光纤340的连接区段开始在预定的扩张距离(d3)上先收缩再扩张，中间区段被安装在第一、第二光纤300、340的扩张区段312和314之间并在扩张距离(d3)内保持尺寸不变。扩张元件310在扩张距离(d3)内不会抖动，在收缩并逐渐扩大达到扩张距离后保持连续的形状，并且达到直线型信道传输路径320的侧壁。为了使传输光限制在内部并连续传播，扩张元件310的内部折射率大于安装在310外侧的盖罩330的折射率，也大于直线型信道传输路径320的折射率。
信道传输路径320有两个端部，第一、第二光纤300和340的连续区段304、344分别与其两端连接。当把扩张元件310填充在置于其两端的光纤之间后，该信道允许传输光输出。盖罩330被放置在传输路径320上，在调准第一、第二光纤的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径320，并且防止树脂从其中流出。
根据本发明，图4是一个实理模式渐变的1×2光耦合器的结构图，一根纤芯由整段光纤一致扩大而成的光纤和一根纤芯由通信光纤的局部逐渐扩大而成的光纤相连，被置于扩张元件的前端部。参考图4，1×2光耦合器包括第一光纤400，第二光纤440，第三根光纤450，扩张元件410，信道传输路径420和盖罩430。
第一、第二及第三根光纤400、440和450包括连接区段402、442以及452和连续区段404、444以及454，连接区段使纤芯局部逐渐热扩张来实现传输光的模式渐变，连续区段分别与连接区段402、442和452连接并在预定长度内保持尺寸不变。
由紫外固化树脂构成的Y-型扩张元件410的一端与第一光纤的连续区段404相连，另两端分别与第二光纤和第三根光纤的连续区段444、454相连。当紫外线入射并固化处理后，扩张元件410三个相应端部的截面分别与第一、第二及第三根光纤400、440和450的端部相同。扩张元件410包括扩张区段412、414和416以及中间区段418，每个扩张区段从第一、第二或者第三根光纤400、440及450的连接区段开始在预定扩张距离(d4)上先收缩后扩张，在分别与第一、第二及第三根光纤的连续区段404、444及454相连的延伸区段412、414及416之间Y-型中间区段保持尺寸不变。扩张元件410在扩张距离(d4)上不会抖动，它先在预定距离上被收缩，然后逐渐扩张，在达到Y-型信道传输路径420的侧壁后维持形状不变。为了使传输光限制在内部并连续传播，扩张元件410的内部折射率大于安装在410外侧的盖罩430的折射率，也大于Y-型信道传输路径420的折射率。
信道传输路径420的一端与第一光纤的连续区段404相连，另一端与第二、第三根光纤的连续区段444和454相连。当把扩张元件410填充在位于其两端的光纤之间后，信道传输路径420允许传输光输出。盖罩430被放置在传输路径420上，它调准第一、第二及第三根光纤400、440和450的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径420，防止树脂从其中流出。
根据本发明，图5是一个具有U-型或者V-型槽的光耦合器的结构图，其中的光纤能够自调准。参考图5，当把图1至图4所示的具有扩张纤芯的光纤500插入并安装在图1至图4所示的信道传输路径530中的残留单体中时，利用U-型或者V-型槽510制作的光耦合器使得光纤500能够自调准。图6是图5的正视图。
此外，图1至4所示的扩张元件110、230、310和410能用折射率在1.52到1.6之间的材料形成，它可以使纤芯在扩张前预固化后再次扩张。当紫外线入射到位于扩张元件前端的光纤中时。改变紫外线的入射角就能够制成聚合化扩张元件。更进一步，扩张元件110、230、310和410可以具有圆形或者矩形截面。
形成图1至4所示的信道传输路径130、240、320和420的树脂可以是单一成份、多种成份或者复合成份，其折射率可调节而且比扩张元件110、230、310和410的折射率小0.01到0.002。信道传输路径130、240、320和420也可以具有圆形或者矩形截面。
形成图1至4所示的盖罩120、250、330和430的树脂可以是单一成份、多种成份或者复合成份，其折射率可调节而且比扩张元件110、230、310和410的折射率小0.02到0.002。利用压挤先纤使其固定在信道传输路径中的挤压/推压法把图1至图4所示的光纤100、140、200、210、220、300、340、400、440和450安装在信道传输路径130、240、320和420中。利用插入法也能够把光纤100、140、200、210、220、300、340、400、440和450安装在信道传输路径130、240、320和420中，其中先用树脂填充安装有盖罩120、250、330和430的信道传输路径130、240、320和420，然后再将光纤插入其树脂中。更进一步，当光纤100、140、200、210、220、300、340、400、440和450被插入信道传输路径130、240、320和420的树脂中并被安装于信道传输路径130、240、320和420中时，使用一个U-型或者V-型槽能使光纤100、140、200、210、220、300、340、400、440和450自调准。
下面描述本发明的运作。关于图1所示光耦合器的运作，传输光通过由一段通信光纤的热扩张纤芯逐渐扩大而制成的光纤100，使得保持基模的同时发生模式渐变，然后入射到被紫外辐射聚合的扩张元件130中。当光纤100的纤芯逐渐扩张时，通过缩小入射角和缩短纤芯的扩张距离，使得传输光在保持基模的同时发生渐变。渐变的模式入射到扩张元件130中，并在内部全反射的条件下从扩张元件中传播，再入射到光纤140中，一段纤芯扩张光纤和光纤140相对，然后恢复到最初的状态输出。
关于图2所示光耦合器的运作，图2所述的光耦合器中，由于在模式场结构中，从Y-型信道传输路径240的扩张元件230中传输的光信号的电磁场会相互复合，A进入B和C的分支或者B和C进入A的耦合都能发生。首先考虑A进入B和C的分支。从A传输的光通过由一段通信光纤的热扩张纤芯逐渐扩大而制成的光纤200，使得保持基模的同时发生模式渐变，然后入射到被紫外辐射聚合的扩张元件230中。当光纤200的纤芯逐渐扩张时，通过缩小入射角和缩短纤芯的扩张距离，使得传输光保持基模的同时发生渐变。渐变的模式入射到扩张元件230中，并在内部全反射的条件下从扩张元件中传播，再入射到210和220中，一段纤芯扩张光纤和光纤210及220相对安装，光能量在Y-型信道传输路径240的扩张元件230的分支区段按相同的比例分支。然后渐变模式被恢复到最初的状态并以B和C输出。
接下来考虑B和C到A的耦合。从B和C传输的光通过由一段通信光纤的热扩张纤芯逐渐扩大而制成的光纤210和220，使得保持基模的同时发生模式渐变，然后入射到被紫外辐射聚合的扩张元件230中。保持基模并发生渐变的光入射到扩张元件230中，并在内部全反射的条件下从扩张元件中传播，再入射到光纤200中，一段纤芯扩张光纤和光纤200相对安装，模式场在Y-型信道传输路径240的扩张元件230的耦合区段复合。此时，渐变模式被恢复到最初的状态并以A输出。
关于图3所示光耦合器的运作，当光纤300的纤芯逐渐扩张时，通过缩小入射角和缩短纤芯的扩张距离，传输光在保持基模的同时发生渐变，通过一段纤芯扩大时整段一致扩大的光纤304。然后，传输光入射到被紫外辐射聚合的扩张元件310中，入射进扩张元件310中的光再次模式渐变。在连接连续区段304的区段处，扩张元件310的截面和光纤的连续区段304的纤芯相同。然后，该截面由此收缩到一个预定距离，再逐渐扩张。达到直线型信道传输路径320的侧壁后，扩张元件310保持增大后的尺寸不变。此时，通过缩小纤芯的入射角和缩短扩张距离，入射光在全反射条件下从扩张元件310中传播。入射光入射进光纤340，其纤芯与连续区段304相对的连续区段344被一致扩大。因此，渐变的模式重新被恢复，本身具有纤芯扩张段的光纤340再次使其恢复并输出。
根据图4所示的光耦合器，图4所述的光耦合器中，由于在模式场结构中，从Y-型信道传输路径420的扩张元件410中传输的光信号的电磁场相互复合，D进入E和F的分支或者E和F进入D的耦合都能发生。首先考虑D进入E和F的分支。从D传输的光通过光纤400的连接区段402传输，该光纤由一段通信光纤的热扩张纤芯逐渐扩大而制成，使得保持基模的同时发生模式渐变。然后，传输光通过一段纤芯扩大时连续区段404一致扩大的光纤400，再入射到被紫外辐射聚合的扩张元件410中。当光纤400的纤芯逐渐扩张时，通过缩小纤芯的入射角和缩短其扩张距离，传输光保持基模的同时发生渐变。渐变的模式通过连续区段404的纤芯被一致扩大的光纤400，再入射到扩张元件410中。入射进扩张元件410中的光保持基模的同时再次模式渐变。在连接连续区段404的区段处，扩张元件410的截面和光纤400的连续区段404的纤芯相同。然后，该截面由此收缩到一个预定距离，再逐渐扩张。达到Y-型信道传输路径420的侧壁后，扩张元件410保持增大后的尺寸不变。此时，通过缩小纤芯的入射角和缩短扩张距离，入射光在全反射条件下在扩张元件410中传播。光能量在Y-型信道传输路径420的扩张元件410的分支区段按相同的比例分支。在此状态下，入射光入射进位置和光纤400相对、纤芯被一致扩大的光纤440和450的连续区段444和454。然后，渐变模式被再次恢复，本身具有纤芯扩张段的光纤440和450的连接区段并进一步使其恢复并从B和C输出。
接下来考虑E和F到D的耦合。从E和F传输的光由使通信光纤纤芯扩张的光纤连接区段442和452传输、通过其纤芯的连续区段444和454一致扩大的光纤440和450，使得保持基模的同时发生模式渐变。然后入射到扩张元件410中。入射到被紫外辐射聚合的扩张元件410中的光保持基模的同时再次发生渐变，并在内部全反射条件下在扩张元件410中传播。随着模式场在Y-型信道传输路径420的扩张元件410的耦合区段复合，入射光再入射到光纤连接区段402，其纤芯在位置与连续区段444和454相对的光纤连续区段404被一致扩张。此时，光纤连续区段404首先将渐变模式恢复到最初的状态，然后，使光纤400的纤芯局部扩张的光纤连接区段402再次使其恢复并从D输出。
根据图5和图6所示的光耦合器，当把光纤500和一根普通的通信光纤插入填充在直线型或者Y-型信道传输路径530中的树脂中并被安装于530中时，采用U-型或者V-型槽，能够把光纤固定在信道传输路径530中，而且提高了光纤纤芯之间的连接精度，从而减小了由光纤纤芯间的不连续性所产生的光能损耗。
如上所述，根据本发明，当扩大信道传输路径上的纤芯时，纤芯的扩张距离较长，这恰好和传统方法相反。因此，消除了由紫外线形成的扩张元件的抖动，也显著减少了存留在光纤截面和信道传输路径侧壁之间的树脂所造成的传输光损耗。更进一步，采用U-型或者V-型槽使光纤自调准成为可能，并减少了光损耗。
权利要求
1.模式渐变光耦合器，包括第一光纤，使纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；第二光纤，使纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；一个扩张元件，放置在所述第一、第二光纤之间，由紫外固化树脂构成。当所述的紫外线入射并固化后，其两端的截面分别与所述扩张后的第一、第二光纤的端部相等，它包括扩张区段和中间区段，每个扩张区段从所述的第一或者第二光纤的连接区段开始在预定的扩张距离上扩张，中间区段在所述第一和第二光纤的扩张区段之间在预定长度上保持尺寸不变，扩张元件在所述扩张距离内不抖动；一个信道传输路径，有两个端部，所述的第一、第二光纤分别与该两端相连，把所述扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，它允许传输光输出；一个盖罩，被放置在所述信道传输路径上，用于在调准第一、第二光纤的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
2.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，其中所述第一和第二光纤的逐渐扩张端部的折射率和所述扩张元件的折射率相比有一个极小的差别。
3.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，其中所述的扩张元件由折射率在1.52和1.60之间的材料形成。
4.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，其中所述的扩张元件在实现所述纤芯后使纤芯扩张。
5.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，其中通过改变紫外线的入射角使其入射到位于所述的扩张元件前端的光纤中，形成聚合的扩张元件。
6.权利要求3、4和5所述的任何一个模式渐变光耦合器，其中所述的扩张元件具有圆形截面。
7.权利要求3、4和5任何一个所述的模式渐变光耦合器，其中所述的扩张元件具有矩形截面。
8.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，其中所述的信道传输路径由单一成份、多种成份或者复合成份的树脂形成，该树脂的折射率可调节，且比所述扩张元件的折射率小0.01到0.002。
9.权利要求8所述的模式渐变光耦合器，其中所述的信道传输路径具有圆形截面。
10.权利要求8所述的模式渐变光耦合器，其中所述的信道传输路径具有矩形截面。
11.权利要求1.所述的模式渐变光耦合器，其中所述的盖罩由单一成份、多种成份或者复合成份的树脂形成，该树脂的折射率可调节，且比所述扩张元件的折射率小0.02到0.002。
12.权利要求1所述的模式渐变光耦合器，进一步包括一个放置在所述信道传输路径上的U-型或者V-型槽，当把所述光纤插入并安装于所述信道传输路径的树脂中时，该槽使光纤能够自调准。
13.制作模式渐变光耦合器的方法，包括以下步骤把所述光纤安装到所述信道传输路径上；把充当所述纤芯扩张元件的光学传输介质放置到所述信道传输路径上；及用所述盖罩覆盖部分所述光纤和所述纤芯扩张元件，其中把所述光纤安装到所述信道传输路径上的步骤采用挤压所述光纤使其固定在所述信道传输路径上的方法来实施。
14.制作权利要求1所述的模式渐变光耦合器的方法，包括步骤把所述盖罩放置到所述信道传输路径上；用所述树脂填充所述的信道传输路径；及把所述光纤插入存留在所述信道传输路径中的所述树脂中。
15.使光信号分支或使分支信号耦合的模式渐变光耦合器，包括第一光纤，使纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；第二光纤，使纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；第三根光纤，使纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；一个Y-型扩张元件，其一端与所述的第一光纤相连，另外两端分别与所述的第二和第三根光纤相连，由紫外固化树脂构成，当所述的紫外线入射并固化后，其三个端部的每个截面分别与所述扩张后的第一、第二和第三根光纤的端部相等，它包括扩张区段和一个Y-型中间区段，每个扩张区段从所述的第一、第二或者第三根光纤的连接区段开始在预定的扩张距离上扩张，中间区段在所述第一、第二和第三根光纤的所述扩张区段之间保持尺寸不变，扩张元件在所述扩张距离内不抖动；一个信道传输路径，其一端与所述的第一光纤相连，另外两端与第二和第三根光纤相连，把所述扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，允许传输光输出。一个盖罩，它被放置在所述信道传输路径上，调准第一、第二和第三根光纤的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
16.模式渐变光耦合器，包括第一光纤，具有一个连接区段和一个连续区段，连接区段使部分纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；连续区段与所述的连接区段相连并在预定长度内保持尺寸不变；第二光纤，具有一个连接区段和一个连续区段，连接区段使部分纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；连续区段与所述的连接区段相连并在预定长度内保持尺寸不变；一个扩张元件，放置在所述第一、第二光纤之间，由紫外固化树脂构成，当所述的紫外线入射并固化后，其两端的截面分别与所述扩张后的第一、第二光纤的端部相等，它包括扩张区段和中间区段，每个扩张区段从所述的第一或者第二光纤的连接区段开始在预定扩张距离上先收缩再扩张，中间区段在所述第一和第二光纤的所述扩张区段之间预定长度上保持尺寸不变，扩张元件在所述扩张距离内不抖动；一个信道传输路径，有两个端部，所述的第一、第二光纤的所述连续区段分别与其两端相连，把所述扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，允许传输光输出；及一个盖罩，被放置在所述信道传输路径上，用于在调准第一、第二光纤的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
17.使光信号分支或使分支信号耦合的模式渐变光耦合器，包括第一光纤，具有一个连接区段和一个连续区段，连接区段使部分纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；连续区段与所述的连接区段相连并在预定长度内保持尺寸不变；第二光纤，具有一个连接区段和一个连续区段，连接区段使部分纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；连续区段与所述的连接区段相连并在预定长度内保持尺寸不变；第三根光纤，具有一个连接区段和一个连续区段，连接区段使部分纤芯逐渐热扩张来渐变传输光模式；连续区段与所述的连接区段相连并在预定长度内保持尺寸不变；一个Y-型扩张元件，其一端与所述第一光纤的所述连续区段相连，另外两端分别与所述第二和第三根光纤的所述连续区段相连，由紫外固化树脂构成，当所述的紫外线入射并固化后，其三个端部的每个截面分别与所述扩张后的第一、第二和第三根光纤的端部相等，它包括扩张区段和一个Y-型中间区段，每个扩张区段从所述的第一、第二或者第三根光纤的连接区段开始在预定的扩张距离上先收缩再扩张，中间区段在与所述第一、第二和第三根光纤的所述连续区段相连的所述扩张区段之间保持尺寸不变，扩张元件在所述扩张距离内不抖动；一个信道传输路径，其一端与所述第一光纤的所述连续区段相连，另外两端与所述第二和第三根光纤的所述连续区段相连，把所述扩张元件填充在置于其两端的光纤之间后，允许传输光输出；及一个盖罩，被放置在所述信道传输路径上，用于在调准第一、第二和第三根光纤的同时，用紫外固化树脂填充信道传输路径，并且防止树脂从其中流出。
全文摘要
本发明提供了一种当传输光经一根光纤传输并由一个扩张元件输出时达到低损耗或者无损耗效果的模式渐变光耦合器及其制作方法。该光耦合器包括第一光纤、第二光纤、一个扩张元件、一个信道传输路径和一个位于信道传输路径上的盖罩。纤芯的扩张距离较长,消除了由紫外线辐射而形成的扩张元件的抖动,也显著减少了存留在光纤截面和信道传输路径侧壁之间的树脂所造成的传输光损耗。更进一步,采用U－型或者V－型槽使光纤自调准成为可能,并减少了光损耗。
文档编号G02B6/126GK1182885SQ97122718
公开日1998年5月27日 申请日期1997年11月18日 优先权日1996年11月18日
发明者李勇雨, 俞炳权, 李泰衡 申请人:三星电子株式会社