[发明专利]空芯光子晶体光纤与单模光纤的熔接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤与普通单模光纤熔接的方法及装置，特别是通过改变普通单模光纤一端直径实现空芯光子晶体光纤与普通单模光纤很好的匹配，进而实现低损耗高强度的熔接。

背景技术

光子晶体光纤(PCF，photonic crystal fiber)是一种基于光子晶体技术发展起来的新型光波导。它由单一介质构成(通常为熔融硅或聚合物)，包层由一些在横截面上周期性排列而在纵向保持不变的空气孔组成，又称微结构光纤或多孔光纤，根据导光机制的不同可分为：折射率导光型和带隙导光型，折射率导光型光纤光的传播机制与传统光纤相似都是通过实现纤芯折射率大于包层有效折射率通过全内反射实现的，而后者是利用光子带隙效应将光束缚在纤芯传播，由于后者光被束缚在空气中，实现了光在空气中的传播，降低了传输损耗，同时也降低了很多不利的效应，具有很大的优势，因而受到了工业界广泛的研究和关注。

当把光子晶体光纤用于光通信或传感时，不可避免的要和其他光纤尤其是标准单模光纤耦合、连接，如何有效的低损耗高强度的连接是光子晶体光纤广泛应用必须要解决的问题，熔接损耗主要是由模场失配带来的，而产生模场失配的因素也有很多，光子晶体光纤本身的模场直径与单模光纤就不同，熔接过程引起的空气孔的坍塌，空气孔内的杂质等都可能影响模场直径进而引起损耗，因此必须采用合理的熔接技术与设备。

目前广泛采用的熔接方案有：

1、电弧放电及追加放电熔接技术

采用了广泛应用于焊接普通单模光纤的熔接技术，通过合理控制放电时间、放电强度及追加放电的次数来达到低损耗、高强度的熔接，对于实心光子晶体光纤的熔接可以达到很好的效果，但是对于空芯光子晶体光纤来讲，由于空气孔所占的比例很大，电弧放电加热时不可避免的会造成空气孔的坍塌，引起光子晶体光纤横截面的凹陷，从而在两光纤截面处形成空气缝隙，引起光的泄露带来损耗，适用范围受到限制。

2、使用CO₂激光器熔接技术

这种技术主要时为了消除在熔接过程中，空气孔中的颗粒、溶液、气泡等杂质带来的损耗，也没有消除空气孔坍塌带来的损耗。

3、使用GRIN Fiber熔接技术

这种方法是由A.D.Yablon在OFC2004会议上提出的，虽然降低了熔接损耗，但是操作方法不方便而且受到光子晶体光纤结构参数的影响，在熔接过程也无法消除颗粒、溶液、气泡等杂质带来的影响。

发明内容

鉴于上述背景，本发明的目的是提供一种空芯光子晶体光纤与单模光纤低损耗高强度的熔接方法。

本发明的空芯光子晶体光纤与单模光纤熔接的方法，包括以下步骤：

1)将单模光纤连接段的包层和涂覆层剥离，形成裸纤段和喇叭状过渡段；

2)将单模光纤的裸纤段和过渡段伸入空芯光子晶体光纤的纤芯，使两光纤等直径面接触，用CO₂激光器熔接。

本发明的的优点是：

1、将单模光纤连接段放入空芯光子晶体光纤的纤芯中直接传光，由模场失配引起的损耗变得很小，由于熔接加热引起的空气孔的坍塌引起的损耗也可以通过喇叭状过渡段得到补偿，而且也不会影响光子晶体光纤结构对光束的束缚，实现很好的传光，减小了熔接损耗；

2、采用CO₂激光器熔接可以进一步降低损耗。

3、空气孔的坍塌引起的空芯的凹陷由单模光纤的过渡段得到了补偿，可以通过增大空气孔坍塌增强熔接强度，从而实现了高强度熔接；

4、本发明方法工艺简单，易于操作，光纤耦合效率高。

附图说明

图1为单模光纤连接段剥离包层和涂覆层的示意图：

图2为空芯光子晶体光纤横截面示意图：

图3为单模光纤和空芯光子晶体光纤对准效果图。

具体实施方式

参照附图，本发明的空芯光子晶体光纤与单模光纤熔接的方法，包括以下步骤：

1)将单模光纤3连接段的包层和涂覆层剥离，形成裸纤段1和喇叭状过渡段2(见图1)；

2)将单模光纤的裸纤段1和过渡段2伸入图2所示的空芯光子晶体光纤4的纤芯5中，使两光纤等直径面接触(见图3)，然后用CO₂激光器熔接。

实施例：

选用与单模光纤SMF28有相似模场直径的空芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤的结构参数为：晶格常数Λ为4.7微米，纤芯直径为12.7微米。

将单模光纤连接段的包层和涂覆层剥离，形成20微米长度的裸纤段和喇叭状过渡段；将连接段伸入空芯光子晶体光纤，使两光纤等直径面接触，单模光纤的连接段在空芯光子晶体光纤的纤芯中可以直接传光，此时由模场失配造成的损耗会很小；由于空芯光子晶体光纤空气比重很大，本发明通过喇叭状过渡段可以抵消由于空气孔坍塌界面凹陷引起的空气间隙，从而降低损耗；过渡段上未完全剥离的包层仍可以通过全内反射起到束缚传光的作用，还可使过渡段有足够大的直径来完全匹配空芯光子晶体光纤的纤芯；使用CO₂激光器熔接既可以实现清洁的目的减少颗粒，液体及气泡带来的影响又可以实现高强度的熔接。