本文提供了一种高抗性的光纤耦合结构、制备装置及光纤耦合器。光纤耦合结构包括一根输入光纤；和至少一根耦合光纤；所述输入光纤与所述耦合光纤熔融耦合，以形成光纤耦合区；其中所述光纤耦合区的中心光纤直径大于或等于26μm；所述光纤耦合结构的耦合分光比可为任意所需分光比。提供的光纤耦合结构具有直径变大以及变长的光纤耦合区使得器件变得更加结实，提高了耐振动、耐高温、耐高湿性能，从而极大地提高了器件的寿命。大地提高了器件的寿命。大地提高了器件的寿命。
【技术实现步骤摘要】
光纤耦合结构、用于制备其的装置及光纤耦合器
[0001]本申请属于光通讯器件
，涉及一种非常结实、具有高抗性的光纤耦合结构、用于制备该光纤耦合结构的装置及包括该光纤耦合结构的光纤耦合器。
技术介绍
[0002]随着人工智能、5G通信等科技的发展，人类社会正加速朝着智能化方向发展，其中最突出的特点和要求是海量的信息传递，光纤作为信号传输的最重要的载体，是实现低延迟、大数据信息传输的不二选择。因此，基于光纤的无源器件在通信产业中具有举足轻重的地位。例如，光纤耦合器就是一种实现光纤信息再分配的重要器件，已被广泛的应用在5G前传端、局域网和光纤入户等场景。光纤耦合器又称光分路器或分光器，具有多个输出端，能够实现信号的功率和频率再分配，有效缓解光纤资源的有限性。光纤耦合器可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种。熔融拉锥型光纤耦合器即通过加热熔融并拉锥光纤制备而成，相比于平面波导型，具有成本低、可与光纤网络绝热连接(损耗低)等特点，约占市场供应量90％以上。
[0003]由于受到应用场景或环境的影响，熔融拉锥型光纤耦合器(光纤熔融耦合器)对耐高温、耐高湿以及抗振动等要求非常高。然而在一些情形中，光纤耦合区的直径非常小，制作成的光纤耦合器的耦合区域也较短，器件的抗高温、高湿和振动的能力较弱。目前商用光纤熔融耦合器通过外部封装来改善器件的上述性能，例如，通过外部加装套管和密封胶可以在一定程度上提高器件的抗高温、高湿性能，但是对于抗振动性能的提升不显著，这极大限制了器件的使用寿命，从而限制了器件的应用场景并增加了用户的更换成本。
[0004]中国专利CN 103792620 A公开了一种抗弯曲光纤耦合器的制造方法，该方法将常规光纤的两端分别与抗弯曲光纤做接续，再加热熔融常规光纤的待耦合区域，用玻璃管或热缩管进行一次封装，最后放入一金属管内并在两边填充硅胶完成二次封装。由此可见，该方法一方面必须使用抗弯曲光纤，而采用特种光导纤维无疑增加材料成本，另一方面通过封装仍不足以降低某些环境影响，例如剧烈振动，而且该方法工艺相对复杂，难度较大。为此，有必要研发一种生产工艺简单且高效，具有高抗性的光纤耦合器。
[0005]光纤熔融耦合器通过将两根或多根光纤并排融合起来，光信号(由某一根光纤输入)的能量按照一定的比例分配到其他光纤中，达到分光的目的。国内外普遍采用熔融拉锥法(FBT) 制备商用光纤熔融耦合器，通过将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤靠拢，在高温下熔融，同时利用拉伸平台将光纤向两侧拉伸，从而在加热区形成双锥体形式的耦合波导结构。入射光在双锥体结构区域将从一根光纤波导向相邻的波导耦合，即光功率再分配。如图1所示，在不考虑损耗的理想情况下，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分由“耦合臂”传到另一光路，直通臂的光功率P1和耦合臂的光功率P2可通过以下方程式(1)表示。
[0006][0007]其中，P0为输入臂光功率；C为耦合区光波导之间的耦合系数，与耦合区光纤直径成反比；L为耦合区的有效相互作用长度。定义两输出端的分光比为CR＝P1:P2(2)，通过简化可得到CR＝cot2(CL)
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100％(3)，因此，通过调控耦合系数C和耦合区长度L可以实现所需的分光比。例如，经熔融拉伸所得到的光纤耦合区的平均直径较小(耦合系数C较大)，在所需实现的分光比一定的条件下，所需要的耦合区长度L就较小。
[0008]在一些情形下，加热熔融是通过固定加热源(如图2所示)熔融光纤，从而实现光纤的耦合。采用固定的火焰加热光纤，加热区域小，光纤熔融区域窄，通过向两端拉伸使熔融区域拉长变细；而后继续用火焰对变细的熔融区域加热同时拉伸，由于离开加热区域的耦合光纤冷却后不能再被拉伸，只有加热区域的光纤被继续拉伸变细，因此在达到所需的耦合区长度从而实现所需分光比前，加热区域的光纤不断变细，导致经熔融拉伸所得到的光纤耦合区的直径呈两端大中间细分布，最终光纤耦合区的中心区直径非常小。例如，目前一种耦合分光比为50:50(或称为50％)的商用熔融拉锥单模耦合器的耦合区长度达到4mm左右，但是耦合区中心区域的最小光纤直径(以下统称为耦合区中心光纤直径)仅约为20μm。外界温度、湿度环境容易对器件造成很大的损耗。尽管通过封装技术可以抵消一些外界的温度、湿度影响，但外界的振动将会对器件产生极大的破坏，而且即使通过封装技术也不能有效解决这个问题，这将影响器件的分光比以及损耗等性能的稳定性。另外，较细的耦合区中心光纤直径也将极大限制器件的通光功率。以上的多种弊端降低了耦合器的使用寿命或者限制应用场景，尤其在精密仪器、军事及航空等
不仅需要光通讯器件具有大数据信息传输功能，同时还需要其具备高抗性和强度。经熔融拉伸所得到的光纤耦合区的直径非常小(耦合系数C较大)，在分光比一定的条件下，需要的耦合区长度L就小。
[0009]因此，迫切需要一种非常结实的光纤耦合器来满足用户对光通讯器件性能的日益增加的需求，而这种光纤耦合器的制作过程又不能过于复杂。有鉴于此，本申请目的在于提出一种高抗性的光纤耦合结构、制备装置及光纤耦合器。
技术实现思路
[0010]基于上述目的，本申请实施例提供了一种高抗性的光纤耦合结构，包括一根输入光纤；和至少一根耦合光纤；所述输入光纤与所述耦合光纤熔融耦合，以形成光纤耦合区，其中所述光纤耦合区的中心光纤直径大于或等于26μm；所述光纤耦合结构的耦合分光比可为任意所需分光比。
[0011]本申请对光纤的种类不作限制。在本申请一些实施例中，光纤的种类可包括单模光纤、多模光纤和保偏光纤。在本申请一些实施例中，光纤的材质可包括石英、多成分玻璃、塑料、复合材料和红外材料中的至少一种。在本申请一些实施例中，光纤耦合结构包括n根光纤，其中1根输入光纤，n
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1根耦合光纤。在一些具体实施例中，2≤n≤6。
[0012]在本文中，除非另有说明或与上下文矛盾，在光纤耦合结构包括2根光纤，例如1根输入光纤和1根耦合光纤的情况下，所述光纤耦合区的中心光纤直径(或简称为，中心直径) 是指光纤耦合区中心区域2根并排熔融耦合光纤的侧视高度(相当于其中单根光纤的直径)。此外，在光纤耦合结构包括2根光纤的情况下，特别是在耦合区2根光纤的直径相同的情况下，2根熔融光纤有一定的重叠，导致2根光纤的并排宽度小于等于2根未处理光纤直径之和。通过本申请的技术方案，采用常规光纤而非必须使用大直径或抗弯曲光纤来制备光
纤耦合结构，即具有高环境抗性。例如，在采用原始125μm直径的常规光纤情况下，光纤耦合结构的端部并排宽度小于或等于250μm。然而，本申请不排除使用其他光纤的技术方案。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述光纤耦合区的中心直径大于或等于26μm。优选地，所述光纤耦合区的中心直径大于或等于32μm；更优选地，所述光纤耦合区的中心直径大于或等于38μm；更优选地，所述光纤耦合区的中心直径大于或等于45μm。在一些实施例中，所述光纤耦合区的中心直径可以为26μm、27μm、28μm、29μm、3本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤耦合结构，其特征在于，包括一根输入光纤；和至少一根耦合光纤；所述输入光纤与所述耦合光纤熔融耦合，以形成光纤耦合区；其中所述光纤耦合区的中心光纤直径大于或等于26μm；所述光纤耦合区的长度在5
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20mm的范围内；所述光纤耦合结构的耦合分光比在1:99至50:50的范围内。2.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，在800至1600nm波长的输入光下，所述光纤耦合结构的耦合分光比为40
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60％。3.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤耦合结构包括一根输入光纤和一根耦合光纤，所述光纤耦合区的中心光纤直径大于或等于32μm。4.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤耦合结构包括一根输入光纤和一根耦合光纤，所述输入光纤与所述耦合光纤在熔融耦合之前的直径为125μm，所述光纤耦合区的中心并排宽度大于或等于50μm。5.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其特征在于，所述光纤耦合结构包括一根输入光纤和一根耦合光纤，所述输入光纤与所述耦合光纤在熔融耦合之前的直径为125μm；所述光...
【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，陈昭坤，李婉君，于亚楠，李春冉，林历，马壮，曾庆光，肖廷辉，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：新型
国别省市：
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