一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤连接技术领域，具体涉及的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光 纤连接器。
【背景技术】
[0002] 随着光纤通信网络的应用和普及，光纤网络传输容量也成倍地增长，然而如今的 光纤网络通信传输容量依然面临严峻的挑战，人们对传输容量的需求似乎永无止境。为 此，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。有文献报道19芯低窜扰 多芯光纤可以在1550nm波长，超过10.lkm距离实现305Tb/s传输容量（19-corefiber transmissionof19xl00xl72-Gb/sSDM-ffDM-PDM-QPSKsignalsat305Tb/s,National FiberOpticEngineersConference,OSA, 2012)。但MCF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连接器。
[0003] 美国专利（US5608827)提出了一种四芯光纤与四根单光纤之间互连的多芯光纤 连接器，这种连接器要求MCF与单模光纤束在几何结构上是直接匹配的。这会导致单模光 纤束中单根SMF包层直径小于普通单模光纤，而且随着纤芯数目增加，这种差别将更大。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。其突出的特点是实现了不同口径之间的匹配互连。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) 则利用一对梯度折射率透镜或球透镜实现MCF之间的互连，这种方法难于匹配对准两端的 MCF。并且在多芯光纤狭小的空间尺寸限制下，多个纤芯信道的扇入扇出很难实现，不利于 光源或光学器件与MCF多个纤芯的分别对接。
[0004] 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，这个缺点越明显。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种制作简单、结构紧凑、操作调节简易、低损耗和低窜扰 的基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] 一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组 和与多芯光纤芯数相同的单模光纤束同轴连接组成，单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的 排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个 纤芯上。
[0008] 双梯度折射率透镜组由两个0.25节距长度，梯度常数比等于间距放大比的两个 梯折透镜无间距共轴构成。
[0009] 双梯度折射率透镜组由两个相同梯度常数，中间存在间隙的两个梯折透镜共轴构 成，前梯折透镜长度为0. 3节距时得到最低耦合损耗。
[0010] 双梯度折射率透镜组中前梯折透镜用一段直接焊接在多芯光纤上的梯度折射率 多模光纤替代。
[0011] 单模光纤束带有纤端准直器是一段焊接的〇. 25节距长度梯度折射率多模光纤。
[0012] 多芯光纤连接器中与多芯光纤相对应的分接端光纤是普通单模光纤或者是特殊 光纤。
[0013] 本发明的有益效果在于：
[0014] 本发明与已有技术不同，采用双梯折透镜组，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连接器的可行性。梯折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。这种双梯折透镜耦合系统不 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。
【附图说明】
[0015] 图1为对称双芯光纤与对应单模光纤束截面图和七芯光纤与对应单模光纤束截 面图；
[0016] 图2为基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器结构示意图；
[0017] 图3为无间隙双梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；
[0018] 图4为有间隙双梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；
[0019] 图5为多模光纤与梯折透镜组合式多芯光纤连接器结构示意图；
[0020] 图6为单模光纤束组装方法示意图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提供的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。由多芯光纤，双梯 度折射率透镜组和对应芯数的单模光纤束同轴连接组成；所述的单模光纤束与多芯光纤纤 芯排布精确相似，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各 个纤芯上，旋转调节多芯光纤和单模光纤束使对应纤芯对准，实现多芯光纤连接器。本发明 具有制作简单、结构紧凑、操作调节简易、低损耗和低窜扰等优点。
[0022] 下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
[0023] 本发明由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和对应芯数的单模光纤束同轴连接组 成；所述的单模光纤束与多芯光纤纤芯排布精确相似，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向 上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上，旋转调节多芯光纤和单模光纤束使对应纤 芯对准，实现多芯光纤连接器。
[0024] 本发明还可以包括：
[0025] 1、所述的透镜组可以由两个0.25节距长度，梯度常数比等于间距放大比的两个 梯折透镜无间距共轴构成；或者两个相同梯度常数，中间存在一定长度间隙的两个梯折透 镜共轴构成。后梯折透镜和间隙长度依赖于前梯折透镜长度和间距放大比，前梯折透镜长 度为0. 3节距长度时得到最低耦合损耗。间隙可以是空气间隙，也可以填充折射率相近的 均匀匹配介质（比如石英棒或玻璃棒等）。
[0026] 所述透镜组中前梯折透镜可以用一定长度的梯度折射率多模光纤代替，优点在于 可以直接焊接在多芯光纤上。所述透镜长度由于其周期性，可以增加几个节距长度。所述 透镜组成像的物平面为多芯光纤末端面，亦为前梯折透镜前端面；像平面为后梯折透镜后 端面，亦为单模光纤束的前端面。
[0027] 所述的单模光纤束是相同纤芯数目的几根单模光纤排布成与多芯光纤纤芯分布 精确相似的结构，每根单模光纤端面平整且位于一个平面上，即单模光纤束接收端面（垂 直于轴线）。单模光纤束芯间距与多芯光纤芯间距之比等于透镜组前后梯折透镜的后前焦 距比。所述的单模光纤束和多芯光纤可以绕中轴线旋转调节，使对应纤芯分布位置匹配对 准。
[0028] 所述单模光纤束带有纤端准直器，降低耦合损耗。所述纤端准直器可以是焊接一 段0. 25节距长度梯度折射率多模光纤，或者直接将单模光纤端或研磨、或腐蚀构成半球面 等。
[0029] 多芯光纤各纤芯作为一个通道，输出光经过双梯折透镜组后沿轴方向出射，在透 镜组的作用下光束排布与多芯光纤纤芯分布相似且间距拉开。光纤排布与多芯光纤精确相 似的单模光纤束在透镜组后端面对应光束位置接收，经纤端准直器耦合进各单模光纤中， 这样就实现了低损耗，低窜扰的多芯光纤连接器。
[0030] 本发明还可包括这样一些特点：
[0031] 1、所述的多芯光纤，透镜组和单模光纤束具有一个相同的组装轴线，最后固定封 装在一个外套金属管中。
[0032] 2、所述的梯度折射率多模光纤无论作为替代梯折透镜还是作为纤端准直器，都是 先裸纤焊接，然后用光纤切割刀定长度切割。
[0033] 3、所述的透镜组中一个梯折透镜可以增加0. 5节距长度，结果会导致对应接收多 芯光纤某纤芯通道的单模光纤位置向连接器轴线对称位置处迀移；若透镜组两梯折透镜长 度各自增加〇. 5节距，则相对应原来的连接器发生两次迀移，结果回到原位置；当相同连接 器成对使用时，迀移抵消。
[0034] 4、所述的透镜组透镜长度以及两透镜间距大小由其折射率分布和间距放大比决 定，可以用光线追迹的方法进行计算，具体长度关系满足：
【主权项】
1. 一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接器，由多巧光纤，双梯度折射率透镜组和 与多巧光纤巧数相同的单模光纤束同轴连接组成，其特征在于：所述的单模光纤束与多巧 光纤纤巧W相同的排布方式布置，透镜组将多巧光纤纤巧在径向方向上拉开成像，对应到 单模光纤束的各个纤巧上。
2. 根据权利要求1所述的一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接器，其特征在于： 所述的双梯度折射率透镜组由两个0.25节距长度，梯度常数比等于间距放大比的两个梯 折透镜无间距共轴构成。
3. 根据权利要求1所述的一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接器，其特征在于： 双梯度折射率透镜组由两个相同梯度常数，中间存在间隙的两个梯折透镜共轴构成，前梯 折透镜长度为0. 3节距时得到最低禪合损耗。
4. 根据权利要求1、2或3中任意一项所述的一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接 器，其特征在于：所述双梯度折射率透镜组中前梯折透镜用一段直接焊接在多巧光纤上的 梯度折射率多模光纤替代。
5. 根据权利要求1所述的一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接器，其特征在于： 所述的单模光纤束带有纤端准直器是一段焊接的0. 25节距长度梯度折射率多模光纤。
6. 根据权利要求1所述的一种基于梯度折射率透镜的多巧光纤连接器，其特征在于： 多巧光纤连接器中与多巧光纤相对应的分接端光纤是普通单模光纤或者是特殊光纤。
【专利摘要】本发明属于光纤连接技术领域，具体涉及的是一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器。一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器，由多芯光纤，双梯度折射率透镜组和与多芯光纤芯数相同的单模光纤束同轴连接组成，单模光纤束与多芯光纤纤芯以相同的排布方式布置，透镜组将多芯光纤纤芯在径向方向上拉开成像，对应到单模光纤束的各个纤芯上。本发明与已有技术不同，采用双梯折透镜组，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连接器的可行性。梯折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。
【IPC分类】G02B6-32, G02B6-40
【公开号】CN104536100
【申请号】CN201410777241
【发明人】苑立波, 陈宫傣
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月15日