一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖連接技術領域，具體涉及的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光 纖連接器。
【背景技術】
[0002] 隨著光纖通信網絡的應用和普及，光纖網絡傳輸容量也成倍地增長，然而如今的 光纖網絡通信傳輸容量依然面臨嚴峻的挑戰，人們對傳輸容量的需求似乎永無止境。為 此，多芯光纖（MCF)作為一種典型的空分復用（SDM)解決方案，以其高密度、低造價、低能 耗等優點最有可能大規模應用于光纖通信，極大提升傳輸容量。有文獻報道19芯低竄擾 多芯光纖可以在1550nm波長，超過10.lkm距離實現305Tb/s傳輸容量（19-corefiber transmissionof19xl00xl72-Gb/sSDM-ffDM-PDM-QPSKsignalsat305Tb/s,National FiberOpticEngineersConference,OSA, 2012)。但MCF面臨一個挑戰，即與現有系統的 兼容性問題，這就需要發展一種可靠性高、低損耗、低竄擾以及可量產的多芯光纖連接器。
[0003] 美國專利（US5608827)提出了一種四芯光纖與四根單光纖之間互連的多芯光纖 連接器，這種連接器要求MCF與單模光纖束在幾何結構上是直接匹配的。這會導致單模光 纖束中單根SMF包層直徑小于普通單模光纖，而且隨著纖芯數目增加，這種差別將更大。美 國專利（US20120251045)采用特殊結構的柱透鏡實現了MCF之間或者MCF與集成光電子器 件（比如光源VCSEL)之間的互連。其突出的特點是實現了不同口徑之間的匹配互連。但是 這種雙面柱透鏡端面加工比較復雜，且要求較高的加工精度。美國專利（US201300444978) 則利用一對梯度折射率透鏡或球透鏡實現MCF之間的互連，這種方法難于匹配對準兩端的 MCF。并且在多芯光纖狹小的空間尺寸限制下，多個纖芯信道的扇入扇出很難實現，不利于 光源或光學器件與MCF多個纖芯的分別對接。
[0004] 文獻（Lowlossopticalconnectionmodulefor7-coremulti-corefiberand sevensinglemodefibers,PhotonicsSocietySummerTopicalMeetingSeries,IEEE 2012)和（Free-SpaceCouplingOpticsforMulticoreFibers,PhotonicsTechnology Letters，IEEE2012)提出的一種透鏡耦合系統，利用透鏡將MCF多個纖芯出射光束空間分 開，使用轉向棱鏡進一步分層分離，最后使用光纖準直器接收，實現將MCF各個纖芯光信道 分別耦合進入單個的SMF。這種方法通過精確的操作和控制，竄擾和損耗較低，但結構體積 較大，操作調節復雜難于量產，并且隨著MCF的纖芯數目越多，這個缺點越明顯。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種制作簡單、結構緊湊、操作調節簡易、低損耗和低竄擾 的基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。
[0006] 本發明的目的是這樣實現的：
[0007] 一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器，由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組 和與多芯光纖芯數相同的單模光纖束同軸連接組成，單模光纖束與多芯光纖纖芯以相同的 排布方式布置，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開成像，對應到單模光纖束的各個 纖芯上。
[0008] 雙梯度折射率透鏡組由兩個0.25節距長度，梯度常數比等于間距放大比的兩個 梯折透鏡無間距共軸構成。
[0009] 雙梯度折射率透鏡組由兩個相同梯度常數，中間存在間隙的兩個梯折透鏡共軸構 成，前梯折透鏡長度為0. 3節距時得到最低耦合損耗。
[0010] 雙梯度折射率透鏡組中前梯折透鏡用一段直接焊接在多芯光纖上的梯度折射率 多模光纖替代。
[0011] 單模光纖束帶有纖端準直器是一段焊接的〇. 25節距長度梯度折射率多模光纖。
[0012] 多芯光纖連接器中與多芯光纖相對應的分接端光纖是普通單模光纖或者是特殊 光纖。
[0013] 本發明的有益效果在于：
[0014] 本發明與已有技術不同，采用雙梯折透鏡組，軸向組裝、旋轉對準。隨著多芯光纖 制造工藝的進步，多芯光纖的尺寸和參數都已經比較穩定，單模光纖束的排布相對固定，保 證了本發明多芯光纖連接器的可行性。梯折透鏡或類似的梯度折射率多模光纖具有比傳統 光學透鏡更小的離軸像差，因此可以得到更低的損耗和竄擾。這種雙梯折透鏡耦合系統不 需要轉向棱鏡，結構更加緊湊，操作難度大大降低，制作更加簡單。
【附圖說明】
[0015] 圖1為對稱雙芯光纖與對應單模光纖束截面圖和七芯光纖與對應單模光纖束截 面圖；
[0016] 圖2為基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器結構示意圖；
[0017] 圖3為無間隙雙梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結構示意圖；
[0018] 圖4為有間隙雙梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結構示意圖；
[0019] 圖5為多模光纖與梯折透鏡組合式多芯光纖連接器結構示意圖；
[0020] 圖6為單模光纖束組裝方法示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發明提供的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。由多芯光纖，雙梯 度折射率透鏡組和對應芯數的單模光纖束同軸連接組成；所述的單模光纖束與多芯光纖纖 芯排布精確相似，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開成像，對應到單模光纖束的各 個纖芯上，旋轉調節多芯光纖和單模光纖束使對應纖芯對準，實現多芯光纖連接器。本發明 具有制作簡單、結構緊湊、操作調節簡易、低損耗和低竄擾等優點。
[0022] 下面結合附圖舉例對本發明做更詳細的描述：
[0023] 本發明由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組和對應芯數的單模光纖束同軸連接組 成；所述的單模光纖束與多芯光纖纖芯排布精確相似，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向 上拉開成像，對應到單模光纖束的各個纖芯上，旋轉調節多芯光纖和單模光纖束使對應纖 芯對準，實現多芯光纖連接器。
[0024] 本發明還可以包括：
[0025] 1、所述的透鏡組可以由兩個0.25節距長度，梯度常數比等于間距放大比的兩個 梯折透鏡無間距共軸構成；或者兩個相同梯度常數，中間存在一定長度間隙的兩個梯折透 鏡共軸構成。后梯折透鏡和間隙長度依賴于前梯折透鏡長度和間距放大比，前梯折透鏡長 度為0. 3節距長度時得到最低耦合損耗。間隙可以是空氣間隙，也可以填充折射率相近的 均勻匹配介質（比如石英棒或玻璃棒等）。
[0026] 所述透鏡組中前梯折透鏡可以用一定長度的梯度折射率多模光纖代替，優點在于 可以直接焊接在多芯光纖上。所述透鏡長度由于其周期性，可以增加幾個節距長度。所述 透鏡組成像的物平面為多芯光纖末端面，亦為前梯折透鏡前端面；像平面為后梯折透鏡后 端面，亦為單模光纖束的前端面。
[0027] 所述的單模光纖束是相同纖芯數目的幾根單模光纖排布成與多芯光纖纖芯分布 精確相似的結構，每根單模光纖端面平整且位于一個平面上，即單模光纖束接收端面（垂 直于軸線）。單模光纖束芯間距與多芯光纖芯間距之比等于透鏡組前后梯折透鏡的后前焦 距比。所述的單模光纖束和多芯光纖可以繞中軸線旋轉調節，使對應纖芯分布位置匹配對 準。
[0028] 所述單模光纖束帶有纖端準直器，降低耦合損耗。所述纖端準直器可以是焊接一 段0. 25節距長度梯度折射率多模光纖，或者直接將單模光纖端或研磨、或腐蝕構成半球面 等。
[0029] 多芯光纖各纖芯作為一個通道，輸出光經過雙梯折透鏡組后沿軸方向出射，在透 鏡組的作用下光束排布與多芯光纖纖芯分布相似且間距拉開。光纖排布與多芯光纖精確相 似的單模光纖束在透鏡組后端面對應光束位置接收，經纖端準直器耦合進各單模光纖中， 這樣就實現了低損耗，低竄擾的多芯光纖連接器。
[0030] 本發明還可包括這樣一些特點：
[0031] 1、所述的多芯光纖，透鏡組和單模光纖束具有一個相同的組裝軸線，最后固定封 裝在一個外套金屬管中。
[0032] 2、所述的梯度折射率多模光纖無論作為替代梯折透鏡還是作為纖端準直器，都是 先裸纖焊接，然后用光纖切割刀定長度切割。
[0033] 3、所述的透鏡組中一個梯折透鏡可以增加0. 5節距長度，結果會導致對應接收多 芯光纖某纖芯通道的單模光纖位置向連接器軸線對稱位置處迀移；若透鏡組兩梯折透鏡長 度各自增加〇. 5節距，則相對應原來的連接器發生兩次迀移，結果回到原位置；當相同連接 器成對使用時，迀移抵消。
[0034] 4、所述的透鏡組透鏡長度以及兩透鏡間距大小由其折射率分布和間距放大比決 定，可以用光線追跡的方法進行計算，具體長度關系滿足：
【主權項】
1. 一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，由多巧光纖，雙梯度折射率透鏡組和 與多巧光纖巧數相同的單模光纖束同軸連接組成，其特征在于：所述的單模光纖束與多巧 光纖纖巧W相同的排布方式布置，透鏡組將多巧光纖纖巧在徑向方向上拉開成像，對應到 單模光纖束的各個纖巧上。
2. 根據權利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 所述的雙梯度折射率透鏡組由兩個0.25節距長度，梯度常數比等于間距放大比的兩個梯 折透鏡無間距共軸構成。
3. 根據權利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 雙梯度折射率透鏡組由兩個相同梯度常數，中間存在間隙的兩個梯折透鏡共軸構成，前梯 折透鏡長度為0. 3節距時得到最低禪合損耗。
4. 根據權利要求1、2或3中任意一項所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接 器，其特征在于：所述雙梯度折射率透鏡組中前梯折透鏡用一段直接焊接在多巧光纖上的 梯度折射率多模光纖替代。
5. 根據權利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 所述的單模光纖束帶有纖端準直器是一段焊接的0. 25節距長度梯度折射率多模光纖。
6. 根據權利要求1所述的一種基于梯度折射率透鏡的多巧光纖連接器，其特征在于： 多巧光纖連接器中與多巧光纖相對應的分接端光纖是普通單模光纖或者是特殊光纖。
【專利摘要】本發明屬于光纖連接技術領域，具體涉及的是一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器。一種基于梯度折射率透鏡的多芯光纖連接器，由多芯光纖，雙梯度折射率透鏡組和與多芯光纖芯數相同的單模光纖束同軸連接組成，單模光纖束與多芯光纖纖芯以相同的排布方式布置，透鏡組將多芯光纖纖芯在徑向方向上拉開成像，對應到單模光纖束的各個纖芯上。本發明與已有技術不同，采用雙梯折透鏡組，軸向組裝、旋轉對準。隨著多芯光纖制造工藝的進步，多芯光纖的尺寸和參數都已經比較穩定，單模光纖束的排布相對固定，保證了本發明多芯光纖連接器的可行性。梯折透鏡或類似的梯度折射率多模光纖具有比傳統光學透鏡更小的離軸像差，因此可以得到更低的損耗和竄擾。
【IPC分類】G02B6-32, G02B6-40
【公開號】CN104536100
【申請號】CN201410777241
【發明人】苑立波, 陳宮傣
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月15日