一種單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種可實(shí)現(xiàn)將多芯光纖到每一路單芯光 纖的光路分離的單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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。各種各樣的多芯光纖 在光纖傳感和集成光學(xué)器件領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用，但多芯光纖面臨一個(gè)挑戰(zhàn)， 即與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性問題，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 芯光纖分路器。
[0003] 美國專利（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。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。美國專利（US201300444978)則利用一對自聚焦透鏡或球透 鏡實(shí)現(xiàn)MCF之間的互連，這種方法難于匹配對準(zhǔn)兩端的MCF且不能實(shí)現(xiàn)各纖芯光通道分 離。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，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，缺點(diǎn)越明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種制作工藝簡單、設(shè)計(jì)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、便于批量生產(chǎn)、 低損耗和低竄擾的單片集成式多芯光纖分路器。本發(fā)明的目的還在于提供一種單片集成式 多芯光纖分路器的制造方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種單片集成式多芯光纖分路器，由制備具有微結(jié)構(gòu)的單片基于將多芯光纖、自 聚焦透鏡或自聚焦透鏡組和對應(yīng)芯數(shù)帶有纖端微準(zhǔn)直器的單模光纖連接組成，多芯光纖分 路器可實(shí)現(xiàn)將多芯光纖到每一路單芯光纖的光路分離。
[0007] -種單片集成式多芯光纖分路器制作方法，利用高精度C02激光器在石英基片上 按設(shè)定參數(shù)批量刻蝕一定長度、寬度和深度的微槽，然后切割，分別作為底片和蓋片，底片 和蓋片按微槽對準(zhǔn)扣合成一體，槽內(nèi)夾入位置、狀態(tài)調(diào)整好的分路器各組件：多芯光纖、自 聚焦透鏡組和單模光纖，最后點(diǎn)膠、固化、測試和封裝批量制得多芯光纖分路器。
[0008] 本發(fā)明與已有技術(shù)不同，采用雙自聚焦透鏡組，軸向組裝、旋轉(zhuǎn)對準(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固定， 保證了本發(fā)明多芯光纖分路器的可行性。自聚焦透鏡或類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。這種雙自聚焦透鏡耦合 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，制作更加簡單。
[0009] 本發(fā)明提出的多芯光纖分路器制作方法，采用高精度0)2激光器在石英基片上批 量刻蝕槽線，然后放入分路器各組件微調(diào)組裝，容易實(shí)現(xiàn)多芯光纖各纖芯光通道的高效率 扇入扇出。本發(fā)明具有操作工藝簡單、設(shè)計(jì)靈活、可行性好、便于批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)緊湊、低損 耗和低竄擾等優(yōu)點(diǎn)。其主要應(yīng)用于多芯光纖通信、光纖傳感和集成光學(xué)器件等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0010] 圖1為基于自聚焦透鏡的七芯光纖分路器制作方法示意圖；
[0011] 圖2為雙芯光纖分路器單片集成設(shè)計(jì)及其制作方法示意圖；
[0012] 圖3為圓周對稱五芯光纖和七芯光纖對稱軸選取與對應(yīng)單模光纖束槽線設(shè)計(jì)示 意圖；
[0013] 圖4為單自聚焦透鏡雙芯光纖分路器俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述：
[0015] 本發(fā)明提供的是一種基于自聚焦透鏡的多芯光纖分路器單片集成設(shè)計(jì)及其制作 方法?；谧跃劢雇哥R的多芯光纖分路器由多芯光纖，自聚焦透鏡和對應(yīng)芯數(shù)帶纖端準(zhǔn)直 器的單模光纖連接組成。該多芯光纖分路器可實(shí)現(xiàn)將多芯光纖到每一路單芯光纖的光路分 離。本發(fā)明給出了該分路器單片集成設(shè)計(jì)及其制作方法：利用高精度〇) 2激光器在石英基 片上按設(shè)定參數(shù)批量刻蝕一定深度的微槽，切割成一對半片，相同的一對半片分別作為底 片和蓋片按微槽對準(zhǔn)扣合成一體，槽內(nèi)夾入位置、狀態(tài)調(diào)整好的連接器各組件，最后點(diǎn)膠、 固化、測試和封裝即可批量制得基于自聚焦透鏡的多芯光纖分路器。本發(fā)明具有制作工藝 簡單、設(shè)計(jì)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、便于量產(chǎn)、低損耗和低竄擾等優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 利用高精度0)2激光器在石英基片上按設(shè)定參數(shù)批量刻蝕一定深度的微槽，切割 成一對對半片，相同的一對半片分別作為底片和蓋片按微槽對準(zhǔn)扣合成一體，槽內(nèi)夾入位 置、狀態(tài)調(diào)整好的連接器各組件，最后點(diǎn)膠、固化、測試和封裝批量制得該種多芯光纖分路 器。其具體細(xì)化為以下過程：
[0017] 首先根據(jù)分路器各組件--多芯光纖、自聚焦透鏡（組）和單模光纖的參數(shù)確定相 應(yīng)嵌入微槽的長寬深，兩端為光纖尾纖預(yù)留20?50mm的緩沖長度。其中對應(yīng)芯數(shù)單模光 纖作為一體嵌入一個(gè)微槽，需要根據(jù)多芯光纖橫截面纖芯分布選取一個(gè)對稱軸使軸兩側(cè)纖 芯分布一致；然后依據(jù)對稱軸確定單模光纖微槽的形狀和長寬高，以保證填入的單模光纖 的纖芯分布形成與多芯光纖精確相似的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
[0018] 然后利用高精度co2激光器在石英基片上批量刻蝕"多芯光纖一透鏡組一單模光 纖"結(jié)構(gòu)的微槽，清洗后切割成一對相同的半片作為底片或蓋片。
[0019] 最后將多芯光纖、單模光纖尾纖以及自聚焦透鏡放入半片微槽中，兩個(gè)半片串聯(lián) 起來組裝成"單模光纖一透鏡組一多芯光纖一透鏡組一單模光纖"結(jié)構(gòu)。兩側(cè)單模光纖分 別連接光源和探測器進(jìn)行監(jiān)測調(diào)節(jié)，然后將其中一片點(diǎn)膠固定作為底片。用相似的方法制 作蓋片，區(qū)別在于點(diǎn)膠固定時(shí)取出多芯光纖、透鏡和部分單模光纖。底片和蓋片扣合在一起 點(diǎn)膠固定后作為多芯光纖分路器進(jìn)行測試封裝。
[0020] 本發(fā)明還可以包括：
[0021] 1、所述制作方法也適用于芯間距足夠大（大于待接光纖裸纖芯間距）的特種多芯 光纖，不需要自聚焦透鏡進(jìn)行芯間距放大，可以直接對準(zhǔn)連接。
[0022] 2、所述制作方法也適用于截面纖芯分布無對稱軸的特殊多芯光纖，可以選定光纖 截面某直徑代替對稱軸，然后批量刻蝕兩套槽分別作為底片和蓋片。
[0023] 3、所述制作方法盡量優(yōu)化選取對稱軸以降低底片或蓋片的微槽刻蝕