一种特定光纤模式耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制作光纤耦合器的技术领域，特别涉及一种特定光纤模式耦合器的制 作方法。
【背景技术】
[0002] 随着光纤通信的飞速发展，波分复用已逐步不能满足通信速度调制需求，模分复 用技术得到重视。同时轴对称矢量光束因为其特殊的偏振和模场对称性，使得其在激光加 工、表面等离子体激发与粒子操控方面有着很大的潜在应用。在模分复用方向上，目前大部 分采用抛膜技术，针对不同波长定制特定光纤实现特定模式间的耦合，工艺复杂不利于批 量化生产及产品封装。在轴对称矢量光束光纤产生上，目前的模式耦合方法大都存在耦合 效率低、耦合损耗大、耦合模式纯度不高或者耦合响应波长范围窄等问题。
【发明内容】
[0003] 与现存的模式耦合方法不同，本发明提供一种特定光纤模式的高纯度耦合的实现 方法，通过预拉伸单模光纤使得后续熔融拉伸能够得到两种光纤中的不同模式的相位匹配 实现光从基模到一阶模的高纯度耦合。本发明中的耦合器制作工艺简单可靠，耦合比率及 耦合损耗易于调节，耦合模式纯度极高，同时耦合器制作完成后非常容易封装。
[0004] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种特定光纤模式耦合器的制作 方法，该方法采用的装置结构由单波长光源、单模光纤、少模光纤、光纤夹持拉伸系统、氢氧 焰、光纤准直器、电荷耦合照相机和功率计组成，该制作方法的具体过程为：
[0005] 步骤一、将单模光纤去掉3cm涂覆层，固定在光纤夹持拉伸系统上，点燃氢氧焰预 热后拉伸2mm，熄灭氢氧焰；
[0006] 步骤二、将少模光纤去掉3. 2cm涂覆层，与预拉伸后的单模光纤缠绕2圈后固定在 光纤夹持拉伸系统上并抻直；
[0007] 步骤三、打开单波长光源产生监测光耦合进入单模光纤，点燃氢氧焰，熔融光纤缠 绕区域并拉伸光纤，监测光在进入熔融区域时会有一定比率从单模光纤耦合进入少模光纤 并通过光纤准直器被电荷耦合照相机探测，剩余监测光被功率计探测；
[0008] 步骤四、拉伸过程中会使得单模光纤中的基模光与少模光纤中的一阶模光有效折 射率趋于相同，即两种模式满足相位匹配，此时观察电荷耦合照相机会得到两瓣状光斑图 样或环状光斑图样，功率计示数会显著下降；
[0009] 步骤五、停止拉伸光纤，继续熔融缠绕区域直至光斑强度达到预期后，熄灭氢氧焰 停止熔融并封装成光纤耦合器。
[0010] 进一步的，先预拉伸单模光纤使其包层直径变小，再同时熔融拉伸单模光纤与少 模光纤，在两种模式相位匹配位置停止拉伸。
[0011] 进一步的，停止拉伸光纤后，继续熔融光纤缠绕区域改变两种模式模场交叠使耦 合效率达到预期，停止熔融后封装耦合器。
[0012] 进一步的，所述光纤夹持拉伸系统包括：光纤夹具和三维调整架；光纤夹具用于 夹持光纤并与三维调整架固连，三维调整架用于对光纤高度、火焰距离及光纤纵向拉伸量 的调节。
[0013] 本发明的原理在于：根据阶跃型光纤的赫姆霍兹方程的标量求解可知：同一根光 纤中，基模有效折射率高于一阶模有效折射率；对于纤芯与包层折射率相同纤芯粗细不同 的两种光纤，纤芯越细的有效折射率越低。根据波导模式耦合理论，相邻光纤中不同模式间 耦合系数：
[0015] 其中K为两种模式的单位长度耦合系数，与两种模式的模场交叠成正相关。
少模光纤较细，在同时熔融拉伸两种光纤时，即可在熔融区域较细时使得八P趋于0,即相 位匹配，此时光可从单模光纤中的基模向少模光纤中的一阶模式高效率耦合。在得到相位 匹配后，停止拉伸光纤，即固定参数A P和匕继续熔融光纤缠绕区域即可改变两种模式模 场交叠，从而改变参数K，进一步改变耦合效率以达到预期。
[0016] 本发明与现有技术相比的优点在于：通过对普通单模光纤和少模光纤进行熔融拉 伸实现相位匹配，无需特殊定制光纤。制作方法操作简单，无需进行光纤抛膜贴合等操作。 耦合模式极度纯净，一阶模式纯度可高达99%以上。产品易于封装，性能稳定。一阶模式耦 合波长响应较宽，可达IOnm以上。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明刻写系统装置示意图；其中，101为单波长光源，102为单模光纤，103 为少模光纤，104为光纤夹持拉伸系统，105为氢氧焰，106为光纤准直器，107为电荷親合照 相机，108为功率计。
[0018] 图2为电荷耦合照相机探测到的耦合出来的一阶模光斑图样；其中201为两瓣状 光斑图样，202为环状光斑图样。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图详细描述本发明【具体实施方式】，以制作特定模式光纤耦合器为例。 如图1所示：制作装置由单波长光源101、单模光纤102、少模光纤103、光纤夹持拉伸系统 104、氢氧焰105、光纤准直器106、电荷耦合照相机107、功率计108组成。将单模光纤102 去掉3cm涂覆层，固定在光纤夹持拉伸系统104上，点燃氢氧焰105预热后拉伸2mm，熄灭氢 氧焰105。将少模光纤103去掉3. 2cm涂覆层，与预拉伸后的单模光纤缠绕2圈后固定在光 纤夹持拉伸系统104上并抻直。打开单波长光源101产生监测光耦合进入单模光纤，点燃 氢氧焰105,熔融光纤缠绕区域并拉伸光纤，监测光在进入熔融区域时会有一定比率从单模 光纤耦合进入少模光纤并通过光纤准直器被电荷耦合照相机107探测，剩余监测光被功率 计108探测。拉伸过程中在某些位置会使得单模光纤中的基模光与少模光纤中的一阶模光 有效折射率趋于相同，即两种模式满足相位匹配。此时观察电荷耦合照相机107会得到两 瓣状光斑图样201或者圆环状光斑图样202,功率计108示数会显著下降。停止拉伸光纤， 继续熔融光纤缠绕区域改变两种模式交叠使耦合效率达到预期，熄灭氢氧焰105停止熔融 后封装耦合器。
[0020] 本发明的创新之处在于：通过预拉单模光纤使其包层相对少模光纤较细，在同步 拉伸两种光纤的时候使得单模光纤中的基模与少模光纤中的一阶模有效折射率在某些位 置趋于相同，达到相位匹配。之后，可以继续熔融光纤，改变模式交叠直至达到预期的耦合 效率。
[0021] 所述光纤夹持拉伸系统104包括：光纤夹具，三维调整架；光纤夹具用于夹持光纤 并与三维调整架固连，三维调整架用于对光纤高度、与火焰距离及光纤纵向拉伸量的调节。
[0022] 图2为为电荷耦合照相机探测到的耦合出来的一阶模光斑图样；其中201为两瓣 状光斑图样，202为环状光斑图样。
[0023] 尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解，在不背离由所附的权利要求 限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化、替换及改造。此外，不意味着本 申请的范围限于说明书中描述的工艺、设备、制造、以及物质组成、手段、方法和步骤的特定 实施例。本领域技术人员从本发明的公开内容将很容易意识到那些现在存在的或以后发现 的工艺、设备、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其与这里描述的根据本发明相应实施所 使用的完成基本上相同的功能或达到基本上相同的结果。因此，期望所附的权利要求将这 样的工艺、设备、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。
【主权项】
1. 一种特定光纤模式耦合器的制造方法，其特征在于：该方法采用的装置结构由单波 长光源（101)、单模光纤（102)、少模光纤（103)、光纤夹持拉伸系统（104)、氢氧焰（105)、 光纤准直器（106)、电荷耦合照相机（107)和功率计（108)组成，该制作方法的具体过程如 下： 步骤一、将单模光纤（102)去掉3cm涂覆层，固定在光纤夹持拉伸系统（104)上，点燃 氢氧焰（105)预热后拉伸2mm，熄灭氢氧焰（105); 步骤二、将少模光纤（103)去掉3. 2cm涂覆层，与预拉伸后的单模光纤缠绕2圈后固定 在光纤夹持拉伸系统（104)上并抻直； 步骤三、打开单波长光源（101)产生监测光耦合进入单模光纤（102)，点燃氢氧焰 (105)，熔融光纤缠绕区域并拉伸光纤，监测光在进入熔融区域时会有一定比率从单模光纤 (102)耦合进入少模光纤（103)并通过光纤准直器（106)被电荷耦合照相机（107)探测，剩 余监测光被功率计（108)探测； 步骤四、拉伸过程中会使得单模光纤（102)中的基模光与少模光纤（103)中的一阶模 光有效折射率趋于相同，即两种模式满足相位匹配；此时观察电荷耦合照相机（107)会得 到两瓣状光斑图样（201)或环状光斑图样（202)，功率计（108)示数会显著下降； 步骤五、停止拉伸光纤，继续熔融缠绕区域直至光斑强度达到预期后，熄灭氢氧焰 (105)停止熔融并封装成光纤耦合器。2. 根据权利要求1所述的一种特定光纤模式耦合器的制造方法，其特征在于：步骤三 中，先预拉伸单模光纤使其包层直径变小，再同时熔融拉伸单模光纤与少模光纤，在两种模 式相位匹配位置停止拉伸。3. 根据权利要求1所述的一种特定光纤模式耦合器的制造方法，其特征在于：步骤五 中，停止拉伸光纤后，继续熔融光纤缠绕区域改变两种模式模场交叠使耦合效率达到预期， 停止熔融后封装耦合器。4. 根据权利要求1所述的一种特定光纤模式耦合器的制造方法，其特征在于：所述光 纤夹持拉伸系统（104)包括：光纤夹具和三维调整架；光纤夹具用于夹持光纤并与三维调 整架固连，三维调整架用于对光纤高度、火焰距离及光纤纵向拉伸量的调节。
【专利摘要】本发明公开了一种特定光纤模式耦合器的制造方法，该方法采用的装置结构包括：单波长光源(101)、单模光纤(102)、少模光纤(103)、光纤夹持拉伸系统(104)、氢氧焰(105)、光纤准直器(106)、电荷耦合照相机(107)和功率计(108)。本发明可以制作的耦合器可以实现光从基模到一阶模式的高纯度耦合，利用制作的耦合器在轴对称矢量光束产生、模分复用方面具有很强的应用性。该发明耦合模式纯净，耦合损耗小，装置结构简单，调节方便。
【IPC分类】G02B6/255
【公开号】CN105068187
【申请号】CN201510464774
【发明人】周勇, 王安廷, 顾春, 许立新, 明海
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月31日