一种单片集成式多芯光纤分路器及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可实现将多芯光纤到每一路单芯光 纤的光路分离的单片集成式多芯光纤分路器及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 多芯光纤（MCF)作为一种典型的空分复用（SDM)解决方案，以其高密度、低造价、 低能耗等优点最有可能大规模应用于光纤通信，极大提升传输容量。各种各样的多芯光纤 在光纤传感和集成光学器件领域发挥着不可替代的重要作用，但多芯光纤面临一个挑战， 即与现有系统的兼容性问题，这就需要发展一种可靠性高、低损耗、低窜扰以及可量产的多 芯光纤分路器。
[0003] 美国专利（US20120251045)采用特殊结构的柱透镜实现了MCF之间或者MCF与 集成光电子器件（比如光源VCSEL)之间的互连。但是这种双面柱透镜端面加工比较复 杂，且要求较高的加工精度。美国专利（US201300444978)则利用一对自聚焦透镜或球透 镜实现MCF之间的互连，这种方法难于匹配对准两端的MCF且不能实现各纤芯光通道分 离。文献（Lowlossopticalconnectionmodulefor7-coremulti-corefiberand sevensinglemodefibers,PhotonicsSocietySummerTopicalMeetingSeries,IEEE 2012)和（Free-SpaceCouplingOpticsforMulticoreFibers,PhotonicsTechnology Letters，IEEE2012)提出的一种透镜耦合系统，利用透镜将MCF多个纤芯出射光束空间分 开，使用转向棱镜进一步分层分离，最后使用光纤准直器接收，实现将MCF各个纤芯光信道 分别耦合进入单个的SMF。这种方法通过精确的操作和控制，窜扰和损耗较低，但结构体积 较大，操作调节复杂难于量产，并且随着MCF的纤芯数目越多，缺点越明显。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、设计灵活、结构紧凑、便于批量生产、 低损耗和低窜扰的单片集成式多芯光纤分路器。本发明的目的还在于提供一种单片集成式 多芯光纤分路器的制造方法。
[0005] 本发明的目的是这样实现的：
[0006] 一种单片集成式多芯光纤分路器，由制备具有微结构的单片基于将多芯光纤、自 聚焦透镜或自聚焦透镜组和对应芯数带有纤端微准直器的单模光纤连接组成，多芯光纤分 路器可实现将多芯光纤到每一路单芯光纤的光路分离。
[0007] -种单片集成式多芯光纤分路器制作方法，利用高精度C02激光器在石英基片上 按设定参数批量刻蚀一定长度、宽度和深度的微槽，然后切割，分别作为底片和盖片，底片 和盖片按微槽对准扣合成一体，槽内夹入位置、状态调整好的分路器各组件：多芯光纤、自 聚焦透镜组和单模光纤，最后点胶、固化、测试和封装批量制得多芯光纤分路器。
[0008] 本发明与已有技术不同，采用双自聚焦透镜组，轴向组装、旋转对准。随着多芯光 纤制造工艺的进步，多芯光纤的尺寸和参数都已经比较稳定，单模光纤束的排布相对固定， 保证了本发明多芯光纤分路器的可行性。自聚焦透镜或类似的梯度折射率多模光纤具有比 传统光学透镜更小的离轴像差，因此可以得到更低的损耗和窜扰。这种双自聚焦透镜耦合 系统不需要转向棱镜，结构更加紧凑，操作难度大大降低，制作更加简单。
[0009] 本发明提出的多芯光纤分路器制作方法，采用高精度0)2激光器在石英基片上批 量刻蚀槽线，然后放入分路器各组件微调组装，容易实现多芯光纤各纤芯光通道的高效率 扇入扇出。本发明具有操作工艺简单、设计灵活、可行性好、便于批量生产、结构紧凑、低损 耗和低窜扰等优点。其主要应用于多芯光纤通信、光纤传感和集成光学器件等领域。
【附图说明】
[0010] 图1为基于自聚焦透镜的七芯光纤分路器制作方法示意图；
[0011] 图2为双芯光纤分路器单片集成设计及其制作方法示意图；
[0012] 图3为圆周对称五芯光纤和七芯光纤对称轴选取与对应单模光纤束槽线设计示 意图；
[0013] 图4为单自聚焦透镜双芯光纤分路器俯视图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
[0015] 本发明提供的是一种基于自聚焦透镜的多芯光纤分路器单片集成设计及其制作 方法。基于自聚焦透镜的多芯光纤分路器由多芯光纤，自聚焦透镜和对应芯数带纤端准直 器的单模光纤连接组成。该多芯光纤分路器可实现将多芯光纤到每一路单芯光纤的光路分 离。本发明给出了该分路器单片集成设计及其制作方法：利用高精度〇) 2激光器在石英基 片上按设定参数批量刻蚀一定深度的微槽，切割成一对半片，相同的一对半片分别作为底 片和盖片按微槽对准扣合成一体，槽内夹入位置、状态调整好的连接器各组件，最后点胶、 固化、测试和封装即可批量制得基于自聚焦透镜的多芯光纤分路器。本发明具有制作工艺 简单、设计灵活、结构紧凑、便于量产、低损耗和低窜扰等优点。
[0016] 利用高精度0)2激光器在石英基片上按设定参数批量刻蚀一定深度的微槽，切割 成一对对半片，相同的一对半片分别作为底片和盖片按微槽对准扣合成一体，槽内夹入位 置、状态调整好的连接器各组件，最后点胶、固化、测试和封装批量制得该种多芯光纤分路 器。其具体细化为以下过程：
[0017] 首先根据分路器各组件--多芯光纤、自聚焦透镜（组）和单模光纤的参数确定相 应嵌入微槽的长宽深，两端为光纤尾纤预留20?50mm的缓冲长度。其中对应芯数单模光 纤作为一体嵌入一个微槽，需要根据多芯光纤横截面纤芯分布选取一个对称轴使轴两侧纤 芯分布一致；然后依据对称轴确定单模光纤微槽的形状和长宽高，以保证填入的单模光纤 的纤芯分布形成与多芯光纤精确相似的稳定结构。
[0018] 然后利用高精度co2激光器在石英基片上批量刻蚀"多芯光纤一透镜组一单模光 纤"结构的微槽，清洗后切割成一对相同的半片作为底片或盖片。
[0019] 最后将多芯光纤、单模光纤尾纤以及自聚焦透镜放入半片微槽中，两个半片串联 起来组装成"单模光纤一透镜组一多芯光纤一透镜组一单模光纤"结构。两侧单模光纤分 别连接光源和探测器进行监测调节，然后将其中一片点胶固定作为底片。用相似的方法制 作盖片，区别在于点胶固定时取出多芯光纤、透镜和部分单模光纤。底片和盖片扣合在一起 点胶固定后作为多芯光纤分路器进行测试封装。
[0020] 本发明还可以包括：
[0021] 1、所述制作方法也适用于芯间距足够大（大于待接光纤裸纤芯间距）的特种多芯 光纤，不需要自聚焦透镜进行芯间距放大，可以直接对准连接。
[0022] 2、所述制作方法也适用于截面纤芯分布无对称轴的特殊多芯光纤，可以选定光纤 截面某直径代替对称轴，然后批量刻蚀两套槽分别作为底片和盖片。
[0023] 3、所述制作方法尽量优化选取对称轴以降低底片或盖片的微槽刻蚀