一種特定光纖模式耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制作光纖耦合器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種特定光纖模式耦合器的制 作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖通信的飛速發(fā)展，波分復(fù)用已逐步不能滿足通信速度調(diào)制需求，模分復(fù) 用技術(shù)得到重視。同時(shí)軸對(duì)稱矢量光束因?yàn)槠涮厥獾钠窈湍?chǎng)對(duì)稱性，使得其在激光加 工、表面等離子體激發(fā)與粒子操控方面有著很大的潛在應(yīng)用。在模分復(fù)用方向上，目前大部 分采用拋膜技術(shù)，針對(duì)不同波長(zhǎng)定制特定光纖實(shí)現(xiàn)特定模式間的耦合，工藝復(fù)雜不利于批 量化生產(chǎn)及產(chǎn)品封裝。在軸對(duì)稱矢量光束光纖產(chǎn)生上，目前的模式耦合方法大都存在耦合 效率低、耦合損耗大、耦合模式純度不高或者耦合響應(yīng)波長(zhǎng)范圍窄等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 與現(xiàn)存的模式耦合方法不同，本發(fā)明提供一種特定光纖模式的高純度耦合的實(shí)現(xiàn) 方法，通過(guò)預(yù)拉伸單模光纖使得后續(xù)熔融拉伸能夠得到兩種光纖中的不同模式的相位匹配 實(shí)現(xiàn)光從基模到一階模的高純度耦合。本發(fā)明中的耦合器制作工藝簡(jiǎn)單可靠，耦合比率及 耦合損耗易于調(diào)節(jié)，耦合模式純度極高，同時(shí)耦合器制作完成后非常容易封裝。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：一種特定光纖模式耦合器的制作 方法，該方法采用的裝置結(jié)構(gòu)由單波長(zhǎng)光源、單模光纖、少模光纖、光纖夾持拉伸系統(tǒng)、氫氧 焰、光纖準(zhǔn)直器、電荷耦合照相機(jī)和功率計(jì)組成，該制作方法的具體過(guò)程為：
[0005] 步驟一、將單模光纖去掉3cm涂覆層，固定在光纖夾持拉伸系統(tǒng)上，點(diǎn)燃?xì)溲跹骖A(yù) 熱后拉伸2mm，熄滅氫氧焰；
[0006] 步驟二、將少模光纖去掉3. 2cm涂覆層，與預(yù)拉伸后的單模光纖纏繞2圈后固定在 光纖夾持拉伸系統(tǒng)上并抻直；
[0007] 步驟三、打開(kāi)單波長(zhǎng)光源產(chǎn)生監(jiān)測(cè)光耦合進(jìn)入單模光纖，點(diǎn)燃?xì)溲跹?，熔融光纖纏 繞區(qū)域并拉伸光纖，監(jiān)測(cè)光在進(jìn)入熔融區(qū)域時(shí)會(huì)有一定比率從單模光纖耦合進(jìn)入少模光纖 并通過(guò)光纖準(zhǔn)直器被電荷耦合照相機(jī)探測(cè)，剩余監(jiān)測(cè)光被功率計(jì)探測(cè)；
[0008] 步驟四、拉伸過(guò)程中會(huì)使得單模光纖中的基模光與少模光纖中的一階模光有效折 射率趨于相同，即兩種模式滿足相位匹配，此時(shí)觀察電荷耦合照相機(jī)會(huì)得到兩瓣?duì)罟獍邎D 樣或環(huán)狀光斑圖樣，功率計(jì)示數(shù)會(huì)顯著下降；
[0009] 步驟五、停止拉伸光纖，繼續(xù)熔融纏繞區(qū)域直至光斑強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期后，熄滅氫氧焰 停止熔融并封裝成光纖耦合器。
[0010] 進(jìn)一步的，先預(yù)拉伸單模光纖使其包層直徑變小，再同時(shí)熔融拉伸單模光纖與少 模光纖，在兩種模式相位匹配位置停止拉伸。
[0011] 進(jìn)一步的，停止拉伸光纖后，繼續(xù)熔融光纖纏繞區(qū)域改變兩種模式模場(chǎng)交疊使耦 合效率達(dá)到預(yù)期，停止熔融后封裝耦合器。
[0012] 進(jìn)一步的，所述光纖夾持拉伸系統(tǒng)包括：光纖夾具和三維調(diào)整架；光纖夾具用于 夾持光纖并與三維調(diào)整架固連，三維調(diào)整架用于對(duì)光纖高度、火焰距離及光纖縱向拉伸量 的調(diào)節(jié)。
[0013] 本發(fā)明的原理在于：根據(jù)階躍型光纖的赫姆霍茲方程的標(biāo)量求解可知：同一根光 纖中，基模有效折射率高于一階模有效折射率；對(duì)于纖芯與包層折射率相同纖芯粗細(xì)不同 的兩種光纖，纖芯越細(xì)的有效折射率越低。根據(jù)波導(dǎo)模式耦合理論，相鄰光纖中不同模式間 耦合系數(shù)：
[0015] 其中K為兩種模式的單位長(zhǎng)度耦合系數(shù)，與兩種模式的模場(chǎng)交疊成正相關(guān)。
少模光纖較細(xì)，在同時(shí)熔融拉伸兩種光纖時(shí)，即可在熔融區(qū)域較細(xì)時(shí)使得八P趨于0,即相 位匹配，此時(shí)光可從單模光纖中的基模向少模光纖中的一階模式高效率耦合。在得到相位 匹配后，停止拉伸光纖，即固定參數(shù)A P和匕繼續(xù)熔融光纖纏繞區(qū)域即可改變兩種模式模 場(chǎng)交疊，從而改變參數(shù)K，進(jìn)一步改變耦合效率以達(dá)到預(yù)期。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)對(duì)普通單模光纖和少模光纖進(jìn)行熔融拉 伸實(shí)現(xiàn)相位匹配，無(wú)需特殊定制光纖。制作方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行光纖拋膜貼合等操作。 耦合模式極度純凈，一階模式純度可高達(dá)99%以上。產(chǎn)品易于封裝，性能穩(wěn)定。一階模式耦 合波長(zhǎng)響應(yīng)較寬，可達(dá)IOnm以上。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明刻寫系統(tǒng)裝置示意圖；其中，101為單波長(zhǎng)光源，102為單模光纖，103 為少模光纖，104為光纖夾持拉伸系統(tǒng)，105為氫氧焰，106為光纖準(zhǔn)直器，107為電荷親合照 相機(jī)，108為功率計(jì)。
[0018] 圖2為電荷耦合照相機(jī)探測(cè)到的耦合出來(lái)的一階模光斑圖樣；其中201為兩瓣?duì)?光斑圖樣，202為環(huán)狀光斑圖樣。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明【具體實(shí)施方式】，以制作特定模式光纖耦合器為例。 如圖1所示：制作裝置由單波長(zhǎng)光源101、單模光纖102、少模光纖103、光纖夾持拉伸系統(tǒng) 104、氫氧焰105、光纖準(zhǔn)直器106、電荷耦合照相機(jī)107、功率計(jì)108組成。將單模光纖102 去掉3cm涂覆層，固定在光纖夾持拉伸系統(tǒng)104上，點(diǎn)燃?xì)溲跹?05預(yù)熱后拉伸2mm，熄滅氫 氧焰105。將少模光纖103去掉3. 2cm涂覆層，與預(yù)拉伸后的單模光纖纏繞2圈后固定在光 纖夾持拉伸系統(tǒng)104上并抻直。打開(kāi)單波長(zhǎng)光源101產(chǎn)生監(jiān)測(cè)光耦合進(jìn)入單模光纖，點(diǎn)燃 氫氧焰105,熔融光纖纏繞區(qū)域并拉伸光纖，監(jiān)測(cè)光在進(jìn)入熔融區(qū)域時(shí)會(huì)有一定比率從單模 光纖耦合進(jìn)入少模光纖并通過(guò)光纖準(zhǔn)直器被電荷耦合照相機(jī)107探測(cè)，剩余監(jiān)測(cè)光被功率 計(jì)108探測(cè)。拉伸過(guò)程中在某些位置會(huì)使得單模光纖中的基模光與少模光纖中的一階模光 有效折射率趨于相同，即兩種模式滿足相位匹配。此時(shí)觀察電荷耦合照相機(jī)107會(huì)得到兩 瓣?duì)罟獍邎D樣201或者圓環(huán)狀光斑圖樣202,功率計(jì)108示數(shù)會(huì)顯著下降。停止拉伸光纖， 繼續(xù)熔融光纖纏繞區(qū)域改變兩種模式交疊使耦合效率達(dá)到預(yù)期，熄滅氫氧焰105停止熔融 后封裝耦合器。
[0020] 本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于：通過(guò)預(yù)拉單模光纖使其包層相對(duì)少模光纖較細(xì)，在同步 拉伸兩種光纖的時(shí)候使得單模光纖中的基模與少模光纖中的一階模有效折射率在某些位 置趨于相同，達(dá)到相位匹配。之后，可以繼續(xù)熔融光纖，改變模式交疊直至達(dá)到預(yù)期的耦合 效率。
[0021] 所述光纖夾持拉伸系統(tǒng)104包括：光纖夾具，三維調(diào)整架；光纖夾具用于夾持光纖 并與三維調(diào)整架固連，三維調(diào)整架用于對(duì)光纖高度、與火焰距離及光纖縱向拉伸量的調(diào)節(jié)。
[0022] 圖2為為電荷耦合照相機(jī)探測(cè)到的耦合出來(lái)的一階模光斑圖樣；其中201為兩瓣 狀光斑圖樣，202為環(huán)狀光斑圖樣。
[0023] 盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離由所附的權(quán)利要求 限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化、替換及改造。此外，不意味著本 申請(qǐng)的范圍限于說(shuō)明書中描述的工藝、設(shè)備、制造、以及物質(zhì)組成、手段、方法和步驟的特定 實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容將很容易意識(shí)到那些現(xiàn)在存在的或以后發(fā)現(xiàn) 的工藝、設(shè)備、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其與這里描述的根據(jù)本發(fā)明相應(yīng)實(shí)施所 使用的完成基本上相同的功能或達(dá)到基本上相同的結(jié)果。因此，期望所附的權(quán)利要求將這 樣的工藝、設(shè)備、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種特定光纖模式耦合器的制造方法，其特征在于：該方法采用的裝置結(jié)構(gòu)由單波 長(zhǎng)光源（101)、單模光纖（102)、少模光纖（103)、光纖夾持拉伸系統(tǒng)（104)、氫氧焰（105)、 光纖準(zhǔn)直器（106)、電荷耦合照相機(jī)（107)和功率計(jì)（108)組成，該制作方法的具體過(guò)程如 下： 步驟一、將單模光纖（102)去掉3cm涂覆層，固定在光纖夾持拉伸系統(tǒng)（104)上，點(diǎn)燃 氫氧焰（105)預(yù)熱后拉伸2mm，熄滅氫氧焰（105); 步驟二、將少模光纖（103)去掉3. 2cm涂覆層，與預(yù)拉伸后的單模光纖纏繞2圈后固定 在光纖夾持拉伸系統(tǒng)（104)上并抻直； 步驟三、打開(kāi)單波長(zhǎng)光源（101)產(chǎn)生監(jiān)測(cè)光耦合進(jìn)入單模光纖（102)，點(diǎn)燃?xì)溲跹? (105)，熔融光纖纏繞區(qū)域并拉伸光纖，監(jiān)測(cè)光在進(jìn)入熔融區(qū)域時(shí)會(huì)有一定比率從單模光纖 (102)耦合進(jìn)入少模光纖（103)并通過(guò)光纖準(zhǔn)直器（106)被電荷耦合照相機(jī)（107)探測(cè)，剩 余監(jiān)測(cè)光被功率計(jì)（108)探測(cè)； 步驟四、拉伸過(guò)程中會(huì)使得單模光纖（102)中的基模光與少模光纖（103)中的一階模 光有效折射率趨于相同，即兩種模式滿足相位匹配；此時(shí)觀察電荷耦合照相機(jī)（107)會(huì)得 到兩瓣?duì)罟獍邎D樣（201)或環(huán)狀光斑圖樣（202)，功率計(jì)（108)示數(shù)會(huì)顯著下降； 步驟五、停止拉伸光纖，繼續(xù)熔融纏繞區(qū)域直至光斑強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期后，熄滅氫氧焰 (105)停止熔融并封裝成光纖耦合器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特定光纖模式耦合器的制造方法，其特征在于：步驟三 中，先預(yù)拉伸單模光纖使其包層直徑變小，再同時(shí)熔融拉伸單模光纖與少模光纖，在兩種模 式相位匹配位置停止拉伸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特定光纖模式耦合器的制造方法，其特征在于：步驟五 中，停止拉伸光纖后，繼續(xù)熔融光纖纏繞區(qū)域改變兩種模式模場(chǎng)交疊使耦合效率達(dá)到預(yù)期， 停止熔融后封裝耦合器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特定光纖模式耦合器的制造方法，其特征在于：所述光 纖夾持拉伸系統(tǒng)（104)包括：光纖夾具和三維調(diào)整架；光纖夾具用于夾持光纖并與三維調(diào) 整架固連，三維調(diào)整架用于對(duì)光纖高度、火焰距離及光纖縱向拉伸量的調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種特定光纖模式耦合器的制造方法，該方法采用的裝置結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)光源(101)、單模光纖(102)、少模光纖(103)、光纖夾持拉伸系統(tǒng)(104)、氫氧焰(105)、光纖準(zhǔn)直器(106)、電荷耦合照相機(jī)(107)和功率計(jì)(108)。本發(fā)明可以制作的耦合器可以實(shí)現(xiàn)光從基模到一階模式的高純度耦合，利用制作的耦合器在軸對(duì)稱矢量光束產(chǎn)生、模分復(fù)用方面具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。該發(fā)明耦合模式純凈，耦合損耗小，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。
【IPC分類】G02B6/255
【公開(kāi)號(hào)】CN105068187
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510464774
【發(fā)明人】周勇, 王安廷, 顧春, 許立新, 明海
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日