[发明专利]光子晶体光纤低损耗熔接及端面处理方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体光纤后续处理技术领域，尤其涉及一种光子晶体光纤低损耗熔接及端面处理方法。

技术背景

光子晶体光纤自1996年问世以来，以其独特的性质和设计自由度，成为光纤领域中的一个新亮点，有效地拓展了光纤的研究方向和应有范畴。该种光纤具有许多传统光纤所无法比拟的奇异特性，如无限截止单模、色散可控、高非线性、高双折射行等等，目前广泛应用在光通信、光子晶体光纤激光器、高性能光纤器件领域。但是光子晶体光纤独特的“空气孔-石英”结构也同时带来了诸多问题。如未经过处理的光纤端面会吸收外界水分，带来OH^-吸收损耗，而且这种结构也导致和普通光纤或器件的熔接集成难度，不能充分发挥其优异特性。所以如何解决这些弊病是光子晶体光纤实用化发展的关键问题，也是国内外相关领域投入大量研究的急迫任务。

当前对于光子晶体光纤国内外学者纷纷对此开展研究工作，并相继提出多种接续方法，包括利用电弧熔接机、CO₂激光器进行直接熔接、通过透镜进行光耦合以及制作中介光纤进行过渡连接等等。其中，透镜耦合法往往需要精密的光学配套设施，而制作中介光纤需要进行特殊的加工处理，工艺难度较大。两种方法均存在系统复杂，成本较高的问题，而且往往应用场合受限。CO₂激光器熔接方法虽然在小孔塌陷问题上有明显的处理优势，但众多的研发机构并不具有CO₂激光器熔接设备，还是不容易推广。然而使用传统的商用熔接机可以进行简单熔接操作，对于环境的要求也不很苛刻，但是在光子晶体光纤这种有别于普通光纤的处理上，直接熔接还存在许多问题，尤其在模场不匹配上会引入很大损耗。同时在光子晶体光纤的使用上，如何保证一个完整平滑的端面，其中的光纤气孔不受空气中水分、尘埃的污染，避免引入不必要传输损耗，保证光纤的优异特性，都是要全面考虑的。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术问题而提出的一种处理方法，实现光子晶体光纤之间低损耗熔并且确保两侧端面易于保存、使用的方法，保证光子晶体光纤优异特性存在的前提下如同普通光纤一样方便实用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，包括如下步骤：(1)使用光纤切割刀切割光子晶体光纤和另一根与光子晶体光纤待熔接的光纤分别保证其有一个完好平整的待熔接端面；(2)根据两根待熔光纤具体参数，确定其模场直径是否匹配，对于模场直径不匹配的，将具有大直径的光纤施行拉锥处理，使之与另一根待熔光纤模场匹配，降低模场不匹配带来的损耗；(3)把两根端面处理后的光纤放在光纤熔接机进行熔接；(4)通过熔接损耗测量，把符合要求的熔接后的光子晶体光纤那一侧端面进行塌陷处理，熔接后另一端光纤的端面用切割刀处理平整即可，然后两端使用研磨机进行研磨、抛光获得平整光滑的实心端面，其工艺流程参见图1。

上述步骤(2)通常两种光纤模场差在2μm以内，认为完全符合模场匹配要求。

上述步骤(3)为了进一步降低损耗，通过设置电流大小、熔接时间、熔接位置、相距长度等参数优化熔接效果，其中电流适宜小电流多次放电，这样保证光子晶体光纤空气孔的坍陷程度可控，熔接时间视光纤材质而定，通常光纤熔点都在2000摄氏度左右熔化，熔接电极位置要偏向熔点高的光纤一侧，保证光纤都能充分熔化，相距长度依据在熔接后既能保证一定的连接强度又避免熔接后熔接口发生形变，引入不必要损耗。最后通过光功率熔接损耗测试装置检测筛选符合要求的熔接光纤；其中通过多次试验发现放电电流在10mA-18mA，放电时间280ms-340ms，熔接结果基本一致，损耗偏差都在0.05dB以内符合通常使用要求，实验得知，追加放电2-3次效果适宜。

步骤(4)熔接损耗测量是半导体激光器通过光纤耦合透镜发出的耦合激光进入拉锥后或不拉锥直接待熔接的光子晶体光纤一端，从另一端射出后进入激光功率计，记下此电流下的激光功率，然后将拉锥熔接的光子晶体光纤换成熔接后的光子晶体光纤，再次记下相应电流下的激光功率，对比前后功率变化，从而推到出熔接损耗功率。公式为Pi为入射前功率即在拉锥后测试的功率，Po为熔接后从熔接光纤另一端接收功率，光纤熔接损耗Ls，单位是dB。

步骤(4)最后把符合要求熔接完毕的光纤两侧端面进行后续处理。主要是利用光纤熔接机、光纤研磨机做处理工具，目的为了更加方便光子晶体光纤的保存和使用。首先使用光纤熔接机进行光纤端面的空气孔塌陷处理，通过电极放电使光子晶体光纤气孔收缩，形成实心塌陷区，然后使用不同粗糙度的光纤研磨纸进行研磨、抛光，处理过后便获得了熔接低损耗的方便使用、易于保存的熔接光纤。