[发明专利]一种单模光纤与多环形芯空心光纤耦合器及其制备方法

说明书

本专利提供的是一种单模光纤与多环形芯空心光纤耦合器及其制备方法。其特征是：它由单模光纤、多环形芯空心光纤以及介于单模光纤和多环形芯空心光纤之间的绝热转换锥区组成。所述组成中，绝热转换锥区是由多环形芯空心光纤插入与多环形芯空心光纤包层相同折射率的石英毛细管内，并在高温下拉锥而成。本发明可用于单模光纤与多环形芯空心光纤之间的光路耦合连接。可广泛用于基于多环形芯空心光纤传感器的探测光输入输出用途。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种单模光纤与多环形芯空心光纤的耦合器。属于光纤技术领域。

(二)背景技术

为满足光纤通信和光纤传感的应用要求，各种特殊光纤被提出，包括无芯光纤、多包层光纤、多芯光纤、环形芯光纤等等。多环形芯空心光纤就是众多新型特殊光纤中的一种，该光纤的特点是：由N(N≥2)层高低折射率材料交替包裹形成同轴多环形芯。环形芯以内无介质填充，环形芯以外为包层。根据电磁场理论与耦合模理论可知，该种光纤的环形芯内可以存在多种传输模式，并且随着环形芯间距的减小，传输模式间会产生耦合，从而光能量在环形芯内发生转移。该特性可被用于设计制作光纤传感器、光纤滤波器等光纤器件，具有优异的应用前景。

无论是在光纤通信或是光纤传感领域的应用，光纤间的连接及光能量分配都必不可少。对于常见的单模光纤，使用熔融拉锥方法制作的光纤耦合器是一种常见的光纤间连接和光能量分配方法。对于特种光纤之间，或者特种光纤与单模光纤之间的连接与光能量分配，目前也有相关的文献和专利提出多种方法，比如：

专利申请号为201580079406.6的专利提出一种适用于多芯光纤与多芯光纤连接的光纤耦合器，该方法采用具有绝缘芯的多芯光纤将多芯光纤中每根芯与单模光纤连接。

专利申请号为201811393656.9的专利提出使用数根多包层光纤拉锥后与多芯光纤熔接，实现多芯光纤与单模光纤的低损耗连接。

专利公告号为CN 103246013B的专利提出一种具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤。该光纤结构为一种多环形芯实心光纤，专利中采用单模光纤与Airy光纤的实心纤芯熔接的方式，实现光能量由单模光纤输入Airy光纤。

文献(H.Deng,C.Teng,H.Liu,M.Chen,S.Deng,R.Xu,H.Yang,and L.Yuan,Circular Airy Beam Shaping by Annular Arrayed-Core Fiber,Journal ofLightwave Technology 37,4844–4850(2019))中提出使用一截环形芯光纤，一端拉锥后与单模光纤熔接，另一端与Airy光纤熔接，从而实现光能量从单模光纤经环形芯光纤耦合进Airy光纤中。

在上述方法中，直接与单模光纤熔接的方式不适用于多环形芯空心光纤，通过一段环形芯光纤作为中间件进行熔接的方式，虽然可用于单模光纤和多环形芯空心光纤之间的耦合，但依然存在两点不足：一是操作步骤多，可靠性与成品率均会受影响；二是如果将环形芯光纤与多环形芯空心光纤直接熔接，光纤的空心部分在高温下变形塌陷会显著影响耦合效果。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种单模光纤与多环形芯空心光纤耦合器及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种单模光纤与多环形芯空心光纤耦合器，它由单模光纤、多环形芯空心光纤以及介于单模光纤与多环形芯空心光纤之间的绝热转换锥区组成。所述组成中，绝热转换锥区是由多环形芯空心光纤插入石英毛细管，并在高温下拉锥而成。在该锥区内，毛细管内的多环形芯空心光纤直径逐渐变细，最终空心部分完全塌陷，多环形芯部分退化成直径为8～10微米的新纤芯；包层与毛细管形成新的包层；毛细管的外直径变细至与单模光纤直径相同；多环形芯空心光纤各环形芯内传输的光能量在锥区内绝热转换至新的纤芯中传输，和单模光纤高效率匹配耦合。