一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法技术

一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，属于导波光学和光纤通信技术领域。该方法利用玻璃套管对多根光纤进行熔融拉锥制备光纤模式选择性耦合器，包括光纤和玻璃套管规格选取、除杂干燥、一次拉锥、光纤插入低折射率玻璃套管和二次拉锥五个步骤，操作简单，相比于传统拉锥方法中的缠绕操作来说，光纤结构保持较好，且保证了拉锥器件结构的稳定性以及进一步缩小锥区直径的可能。对基于熔融拉锥制备的光纤模式选择性耦合器件具有实际意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法
本专利技术属于导波光学和光纤通信
，更具体地，涉及一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法。
技术介绍
随着光纤通信的发展，为了满足人们对高传输速率和大传输容量的需求，波分复用技术、时分复用技术、码分复用技术以及相干接收和多阶调制等新技术使得单模光纤的传输容量以每四年约十倍速度增长，但是还远远赶不上人们对容量需求的指数级增长速度。于是有人提出了增加空间这个自由度来继续提高光纤通信系统的传输容量。空分复用技术是利用少模光纤或者多芯光纤来实现在单根光纤中同时传输多个独立信道的信息，因此能成倍地提高传输系统的容量。基于少模光纤的空分复用技术又称为模分复用技术，利用该技术的光通信传输系统主要由发送端、传输系统和接收端组成。发送端将产生的电信号转化为光信号送入各个模式转换器，在模式转换器中将LP01模转换成不同的高阶模式，每种模式可以单独传输一路信号。转换完成的各路信号在少模光纤中进行传输，到达模式解复用器后各个模式被分离开来，然后在光电探测器中被探测接收。目前可以用于制作模式转换器的光纤器件有光纤光栅、光子灯笼和耦合器等，基于光纤耦合器的模式转换器又称为模式选择性耦合器(ModeSelectiveCoupler,MSC)，是目前最常见的一种实现形式，MSC一般由一根或多根单模光纤和一根少模光纤熔融拉锥制备而成，光纤耦合器是指将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定方法靠拢来形成特殊的波导结构，若采用在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式，该方法称为多根光纤的熔融拉锥。由于多根光纤采用熔融拉锥制备的光纤耦合器在几何结构上不规则，整体呈哑铃状，因此针对实际的熔融拉锥制备过程的问题，寻求更简易地控制拉伸长度以及发生耦合的腰区直径对耦合器制备具有非常重要的意义。目前光纤模式选择性耦合器主流的熔融拉锥制备方法，以两根光纤为例，为了让两根光纤在拉伸过程中实现侧面烧结在一起，需要提前将两根光纤缠绕或扭转数圈，然后利用熔融拉锥机对缠绕部位进行加热，同时夹具将两根光纤向两端拉伸，加热温度足够高时，可以实现加热部位融化变细形成一个完整的波导(见图1)，但是这种熔融拉锥操作存在一些问题：第一，两根甚至多根光纤放在一起时，整体结构松散不稳定，需要专门定制夹具来对光纤束进行固定，增加了器件制备的成本；第二，使用拉锥机火头对多根光纤接触部位加热过程中，由于热源自身的不对称性以及与缠绕光纤束触点的相对位置不同，很难保证熔融腰区的直径的一致性；第三，拉锥结束后，虽然通常采取立即封装以保护拉锥区域不被损坏，但封装部件也是通过加热来实现将拉锥完成的结构进行保护，该操作本身有损坏锥区结构的风险。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，该方法利用玻璃套管对多根光纤进行熔融拉锥制备光纤模式选择性耦合器，包括光纤和玻璃套管规格选取、除杂干燥、一次拉锥、光纤插入低折射率玻璃套管和二次拉锥五个步骤，操作简单，相比于传统拉锥方法中的缠绕操作来说，光纤结构保持较好，且保证了拉锥器件结构的稳定性以及进一步缩小锥区直径的可能。对基于熔融拉锥制备的光纤模式选择性耦合器件具有实际意义。本专利技术解决上述技术问题，采用的技术方案如下：本专利技术的一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，为将两根或多根光纤插入保护性的玻璃套管中，再对此复合结构进行熔融拉锥，具体包括以下步骤：步骤一：选规格根据光纤模式选择性耦合器的光纤要求，准备多根光纤；根据光纤模式选择性耦合器中光纤的尺寸、数量以及后续拉锥夹具的尺寸，选择玻璃套管；所述的玻璃套管材质的折射率<石英折射率；步骤二：除杂干燥去除所取光纤的全部涂覆层，清洗除杂，干燥，得到制备光纤模式选择性耦合器的光纤束；对玻璃套管进行清洗除杂、干燥，得到除杂后的玻璃套管；步骤三：一次拉锥将除杂后的玻璃套管采用拉锥夹具夹持固定，采用对电极对除杂后的玻璃套管加热，控制拉锥速度，对除杂后的玻璃套管进行一次拉锥，当玻璃套管内径大于其内部插入的光纤束的整体最大直径1～2μm，停止拉锥，静置至室温，得到一次拉锥后的玻璃套管；步骤四：插入光纤束将制备光纤模式选择性耦合器的所需的光纤，全部插入并贯穿一次拉锥后的玻璃套管，得到插入光纤束的玻璃套管；步骤五：二次拉锥将插入光纤束的玻璃套管用拉锥夹具夹持固定，采用对电极调整加热温度对该结构的腰区加热，进行二次拉锥，直至达到所制备光纤模式选择性耦合器中光纤腰区的尺寸要求，得到光纤模式选择性耦合器。所述步骤一中，光纤的数量至少为两根。所述步骤一中，光纤为单模光纤、MSC中匹配的少模光纤中的一种。所述步骤一中，玻璃套管内径>多根光纤排布后的整体直径，玻璃套管外径和拉锥设备夹具的尺寸对应。所述步骤一中，所述的玻璃套管材质的折射率<石英折射率，是因为由于常规熔融拉锥制备方法中，光信号从一根光纤中激励后，在锥区会在光纤束熔融后的整体包层结构中以超模形态传输，为了降低玻璃套管对该超模的影响，应选择玻璃套管材质的折射率<纯石英的折射率，更优选为玻璃套管材质为掺氟石英，掺氟的质量百分比在满足掺杂工艺的前提下≥1％。所述步骤二中，去除光纤全部涂覆层的方法为采用机械方法剥除或加热方法剥除。所述步骤二中，清洗除杂为以酒精为试剂，超声清洗，超声频率为40kHz，超声清洗时间为10～15min。所述步骤二中，干燥为置于干燥箱中，在100～110℃干燥30～60min。所述步骤三中，一次拉锥的放电强度为320～360bit，电极距离为2～3mm，拉锥速度为0.1～0.15mm/s。所述步骤五中，二次拉锥的放电强度为360～400bit，电极距离为2～3mm，拉锥速度为0.1～0.15mm/s。所述步骤五中，增大电极放电强度后，在第一次拉锥完成得到结构的腰区进行二次拉锥，玻璃套管和内部光纤束均能融化，拉锥时，拉锥夹具夹持固定玻璃套管，仅对玻璃套管拉伸，玻璃套管拉伸时，带动整体结构同时拉伸。采用上述玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，制备的光纤模式选择性耦合器，在选取壁更厚的玻璃套管(外径/内径>2)的情况下锥区直径能够达到10μm以下，对于直接对标准光纤拉锥而言，不仅作为拉锥设备的熔接机不支持该情况下的拉锥比，传统制备方法即便能通过多次拉锥实现也很难有效保护。与现有技术相比，本专利技术的一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，其优势是：1、本专利技术对光纤束中光纤的数量没有限制，相较于基于传统熔融拉锥的光纤模式选择性耦合器制备方法，不需要专门定制特定数量孔的模具，仅需采用适合玻璃套管尺寸的夹具进行拉锥操作；2、本专利技术提出的利用玻璃套管拉锥制备光纤模式选择性耦合器的方法，拉锥前无需对光纤束进行缠绕，整体结构前后一致，不仅对于建模仿真更为友好，同时也避免了传统熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，其特征在于，为将两根或多根光纤插入保护性的玻璃套管中，再对此复合结构进行熔融拉锥，具体包括以下步骤：/n步骤一：选规格/n根据光纤模式选择性耦合器的光纤要求，准备多根光纤；/n根据光纤模式选择性耦合器中光纤的尺寸、数量以及后续拉锥夹具的尺寸，选择玻璃套管；所述的玻璃套管材质的折射率<石英折射率；/n步骤二：除杂干燥/n去除所取光纤的全部涂覆层，清洗除杂，干燥，得到制备光纤模式选择性耦合器的光纤束；/n对玻璃套管进行清洗除杂、干燥，得到除杂后玻璃套管；/n步骤三：一次拉锥/n将除杂后玻璃套管采用拉锥夹具夹持固定，采用对电极对除杂后玻璃套管加热，控制拉锥速度，对除杂后玻璃套管进行一次拉锥，当玻璃套管内径大于其内部插入的光纤束的整体最大直径1～2μm，停止拉锥，静置至室温，得到一次拉锥后的玻璃套管；/n步骤四：插入光纤束/n将制备光纤模式选择性耦合器的所需的光纤，全部插入并贯穿一次拉锥后的玻璃套管，得到插入光纤束的玻璃套管；/n步骤五：二次拉锥/n将插入光纤束的玻璃套管用拉锥夹具夹持固定，采用对电极调整加热温度对该结构的腰区加热，进行二次拉锥，直至达到所制备光纤模式选择性耦合器中光纤腰区的尺寸要求，得到光纤模式选择性耦合器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，其特征在于，为将两根或多根光纤插入保护性的玻璃套管中，再对此复合结构进行熔融拉锥，具体包括以下步骤：
步骤一：选规格
根据光纤模式选择性耦合器的光纤要求，准备多根光纤；
根据光纤模式选择性耦合器中光纤的尺寸、数量以及后续拉锥夹具的尺寸，选择玻璃套管；所述的玻璃套管材质的折射率<石英折射率；
步骤二：除杂干燥
去除所取光纤的全部涂覆层，清洗除杂，干燥，得到制备光纤模式选择性耦合器的光纤束；
对玻璃套管进行清洗除杂、干燥，得到除杂后玻璃套管；
步骤三：一次拉锥
将除杂后玻璃套管采用拉锥夹具夹持固定，采用对电极对除杂后玻璃套管加热，控制拉锥速度，对除杂后玻璃套管进行一次拉锥，当玻璃套管内径大于其内部插入的光纤束的整体最大直径1～2μm，停止拉锥，静置至室温，得到一次拉锥后的玻璃套管；
步骤四：插入光纤束
将制备光纤模式选择性耦合器的所需的光纤，全部插入并贯穿一次拉锥后的玻璃套管，得到插入光纤束的玻璃套管；
步骤五：二次拉锥
将插入光纤束的玻璃套管用拉锥夹具夹持固定，采用对电极调整加热温度对该结构的腰区加热，进行二次拉锥，直至达到所制备光纤模式选择性耦合器中光纤腰区的尺寸要求，得到光纤模式选择性耦合器。


2.根据权利要求1所述的利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，其特征在于，所述步骤一中，光纤的数量至少为两根；光纤为单模光纤、MSC中匹配的少模光纤中的一种。


3.根据权利要求1所述的利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法，其特征在于，所述步骤一中，玻璃套管内径>...

【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，汪国瑞，张继伟，张函，李曙光，闫欣，王方，张学楠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21