一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器制造技术

本发明专利技术属于光纤连接技术领域，具体涉及的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和与多芯光纤芯数相同的单模光纤束同轴连接组成，单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上。本发明专利技术与已有技术不同，采用双梯折透镜组，轴向组装、旋转对准。随着多芯光纤制造工艺的进步，多芯光纤的尺寸和参数都已经比较稳定，单模光纤束的排布相对固定，保证了本发明专利技术多芯光纤连接器的可行性。梯折透镜或类似的梯度折射率多模光纤具有比传统光学透镜更小的离轴像差，因此可以得到更低的损耗和窜扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器
本专利技术属于光纤连接
，具体涉及的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。
技术介绍
随着光纤通信网络的应用和普及，光纤网络传输容量也成倍地增长，然而如今的光纤网络通信传输容量依然面临严峻的挑战，人们对传输容量的需求似乎永无止境。为此，多芯光纤(MCF)作为一种典型的空分复用(SDM)解决方案，以其高密度、低造价、低能耗等优点最有可能大规模应用于光纤通信，极大提升传输容量。有文献报道19芯低窜扰多芯光纤可以在1550nm波长，超过10.1km距离实现305Tb/s传输容量(19-corefibertransmissionof19x100x172-Gb/sSDM-WDM-PDM-QPSKsignalsat305Tb/s,NationalFiberOpticEngineersConference,OSA,2012)。但MCF面临一个挑战，即与现有系统的兼容性问题，这就需要发展一种可靠性高、低损耗、低窜扰以及可量产的多芯光纤连接器。美国专利(US5608827)提出了一种四芯光纤与四根单光纤之间互连的多芯光纤连接器，这种连接器要求MCF与单模光纤束在几何结构上是直接匹配的。这会导致单模光纤束中单根SMF包层直径小于普通单模光纤，而且随着纤芯数目增加，这种差别将更大。美国专利(US20120251045)采用特殊结构的柱透镜实现了MCF之间或者MCF与集成光电子器件(比如光源VCSEL)之间的互连。其突出的特点是实现了不同口径之间的匹配互连。但是这种双面柱透镜端面加工比较复杂，且要求较高的加工精度。美国专利(US201300444978)则利用一对梯度折射率透镜或球透镜实现MCF之间的互连，这种方法难于匹配对准两端的MCF。并且在多芯光纤狭小的空间尺寸限制下，多个纤芯信道的扇入扇出很难实现，不利于光源或光学器件与MCF多个纤芯的分别对接。文献(Lowlossopticalconnectionmodulefor7-coremulti-corefiberandsevensinglemodefibers,PhotonicsSocietySummerTopicalMeetingSeries,IEEE2012)和(Free-SpaceCouplingOpticsforMulticoreFibers,PhotonicsTechnologyLetters,IEEE2012)提出的一种透镜耦合系统，利用透镜将MCF多个纤芯出射光束空间分开，使用转向棱镜进一步分层分离，最后使用光纤准直器接收，实现将MCF各个纤芯光信道分别耦合进入单个的SMF。这种方法通过精确的操作和控制，窜扰和损耗较低，但结构体积较大，操作调节复杂难于量产，并且随着MCF的纤芯数目越多，这个缺点越明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制作简单、结构紧凑、操作调节简易、低损耗和低窜扰的基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和与多芯光纤芯数相同的单模光纤束同轴连接组成，单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上。双梯度折射率透镜组由两个0.25节距长度，梯度常数比等于间距放大比的两个梯折透镜无间距共轴构成。双梯度折射率透镜组由两个相同梯度常数，中间存在间隙的两个梯折透镜共轴构成，前梯折透镜长度为0.3节距时得到最低耦合损耗。双梯度折射率透镜组中前梯折透镜用一段直接焊接在多芯光纤上的梯度折射率多模光纤替代。单模光纤束带有纤端准直器是一段焊接的0.25节距长度梯度折射率多模光纤。多芯光纤连接器中与多芯光纤相对应的分接端光纤是普通单模光纤或者是特殊光纤。本专利技术的有益效果在于：本专利技术与已有技术不同，采用双梯折透镜组，轴向组装、旋转对准。随着多芯光纤制造工艺的进步，多芯光纤的尺寸和参数都已经比较稳定，单模光纤束的排布相对固定，保证了本专利技术多芯光纤连接器的可行性。梯折透镜或类似的梯度折射率多模光纤具有比传统光学透镜更小的离轴像差，因此可以得到更低的损耗和窜扰。这种双梯折透镜耦合系统不需要转向棱镜，结构更加紧凑，操作难度大大降低，制作更加简单。附图说明图1为对称双芯光纤与对应单模光纤束截面图和七芯光纤与对应单模光纤束截面图；图2为基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器结构示意图；图3为无间隙双梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；图4为有间隙双梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；图5为多模光纤与梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；图6为单模光纤束组装方法示意图。具体实施方式本专利技术提供的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和对应芯数的单模光纤束同轴连接组成；所述的单模光纤束与多芯光纤纤芯排布精确相似，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上，旋转调节多芯光纤和单模光纤束使对应纤芯对准，实现多芯光纤连接器。本专利技术具有制作简单、结构紧凑、操作调节简易、低损耗和低窜扰等优点。下面结合附图举例对本专利技术做更详细的描述：本专利技术由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和对应芯数的单模光纤束同轴连接组成；所述的单模光纤束与多芯光纤纤芯排布精确相似，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上，旋转调节多芯光纤和单模光纤束使对应纤芯对准，实现多芯光纤连接器。本专利技术还可以包括：1、所述的透镜组可以由两个0.25节距长度，梯度常数比等于间距放大比的两个梯折透镜无间距共轴构成；或者两个相同梯度常数，中间存在一定长度间隙的两个梯折透镜共轴构成。后梯折透镜和间隙长度依赖于前梯折透镜长度和间距放大比，前梯折透镜长度为0.3节距长度时得到最低耦合损耗。间隙可以是空气间隙，也可以填充折射率相近的均匀匹配介质(比如石英棒或玻璃棒等)。所述透镜组中前梯折透镜可以用一定长度的梯度折射率多模光纤代替，优点在于可以直接焊接在多芯光纤上。所述透镜长度由于其周期性，可以增加几个节距长度。所述透镜组成像的物平面为多芯光纤末端面，亦为前梯折透镜前端面；像平面为后梯折透镜后端面，亦为单模光纤束的前端面。所述的单模光纤束是相同纤芯数目的几根单模光纤排布成与多芯光纤纤芯分布精确相似的结构，每根单模光纤端面平整且位于一个平面上，即单模光纤束接收端面(垂直于轴线)。单模光纤束芯间距与多芯光纤芯间距之比等于透镜组前后梯折透镜的后前焦距比。所述的单模光纤束和多芯光纤可以绕中轴线旋转调节，使对应纤芯分布位置匹配对准。所述单模光纤束带有纤端准直器，降低耦合损耗。所述纤端准直器可以是焊接一段0.25节距长度梯度折射率多模光纤，或者直接将单模光纤端或研磨、或腐蚀构成半球面等。多芯光纤各纤芯作为一个通道，输出光经过双梯折透镜组后沿轴方向出射，在透镜组的作用下光束排布与多芯光纤纤芯分布相似且间距拉开。光纤排布与多芯光纤精确相似的单模光纤束在透镜组后端面对应光束位置接收，经纤端准直器耦合进各单模光纤中，这样就实现了低损耗，低窜扰的多芯光纤连接器。本专利技术还可包括这样一些特点：1、所述的多芯光纤，透镜组和单模光纤束具有一个相同的组装轴线，最后固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和与多芯光纤芯数相同的单模光纤束同轴连接组成，其特征在于：所述的单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上。

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和与多芯光纤芯数相同的带纤端准直器的单模光纤束同轴连接组成，其特征在于：所述的单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上；所述的透镜组透镜长度以及两透镜间距大小由其折射率分布和间距放大比决定，用光线追迹的方法进行计算，具体长度关系满足：其中，d、D分别为多芯光纤和单模光纤束芯间距；n1g1、n2g2和n3分别为前、后梯折透镜轴心折射率与聚焦参数的积和两透镜间隙折射率；L1、L2和L3分别为前、后梯折透镜长度和两透镜间距大小；表示多芯光纤纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，陈宫傣，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23