[发明专利]多元熔融光纤耦合器及其制造方法及实施该方法的设备

说明书

本发明属于熔融光纤耦合器，更具体地说是一种多元熔融光纤耦合器及其制造方法以及实施该方法的耦合器制作台。

熔融光纤耦合器是利用二根或二根以上光纤，在其中央部位除去包皮后，在相互紧贴的条件下加热到熔融状态拉伸形成一个哑铃状的双锥耦合区，如图1所示，如果在任何一根光纤的一个端口113注入光信号P_I1，该信号在进入耦合区后便逐步离开光纤芯105，而进入光纤包层101传输。当光信号离开耦合区前又逐步回到光纤芯心内传输，并在所有光纤芯112、113中重行分配其能量P₀₁、P₀₂。这样实现了光信号由一根光纤到多根光纤的耦合，耦合比P₀₁/P₀₂可通过改变拉伸长度L进行调整。

目前熔融光纤耦合器的制造是在一种熔融光纤耦合器制作台(如图2所示)上完成的。这种机器包括至少一个可移动的加热器201，一对能一次固定数根光纤并按指令作线性运动的光纤吸盘202、203，至少一个提供光纤转动的光纤吸盘，一个可移动衬底的吸盘204，和相应的控制系统，在制造过程中每组光纤中至少有一根光纤被注入信号光和至少一根光纤在光出射端口接入功率计进行动态监测，以便控制拉制过程，使耦合器达到预定的性能指标。

实用中往往需要将多个性能相同或相近的单元光纤耦合器组合在一起构成一个多元光纤耦合器。以往的二元光纤耦合器如图3所示，其中每个单元耦合器需有二个外壳套在一起进行封装，内套301用于密封，外套302用于避振，最后还要一个多元器件固定外壳303。因此体积大，造价高。

本发明的目的是提供一种多元熔融光纤耦合器及其制造方法及实施该方法的耦合器制作台，以满足实用中对多元光纤耦合器的需要，解决体积大，造价高的难题。

本发明的主要构想是：

a.将二个或多个光纤耦合器的耦合区直接固定在同一个衬底上，形成单片结构，然后密封于同一个外壳中；

b.二个或多个光纤耦合器的耦合区在同一台耦合器制作台上同时拉制形成。

具体地说本发明的目的是这样实现的：

多元熔融光纤耦合器，其特征在于包括：

a.二组或二组以上形成耦合区的光纤；

b.一个低热膨胀系数的衬底；

c.一个将耦合区与周围环境气氛隔开的密封壳；

d.一个将耦合区与周围振动源隔开的减振壳；

所述光纤的耦合区部位直接固定在衬底内，该衬底被密封在所述密封壳内，所述的密封壳又直接固定在所述减振壳内。

所述的光纤为单模光纤或多模光纤。

所述的耦合区可为扭绞结构，也可为非扭绞结构。

所述的扭绞结构可以是在耦合区形成以后扭转光纤形成的弹性扭绞结构，也可以是在耦合区形成的同时扭转光纤形成的非弹性扭绞结构，或是在耦合区形成弹性扭绞结构以后再退火形成的非弹性扭绞结构。

所述的衬底可以选用石英、殷钢或陶瓷等正温度系数或负温度系数的低热膨胀系数的固体材料。

所述衬底的槽的横断面可以是矩形、梯形、圆形或V形。

所述衬底的外形可以是圆柱、半圆管或棱柱形的固定长条。

所述的减振外壳可以采用内壁贴有弹性吸振材料的金属外壳，也可采用衬底外二端光纤与密封外壳固定的光纤自支撑的悬挂式结构。

所述的多元熔融光纤耦合器的制作方法，其特点是它包括以下步骤：

a.将光纤中央部位去包皮；

b.将中央部位去皮的光纤分组放进耦合器制作台的光纤吸盘中；

c.使每组光纤在去皮部位相互贴紧；

d.启动耦合器制作台，将光纤去皮贴紧部位光纤送到耦合器制作台的高温区加热；

e.在每组光纤中任一根光纤或多根光纤的一端注入信号光，另一端接入功率计或光谱仪进行动态监测；

f.驱动光纤吸盘拉伸光纤，使每组光纤在加热部位相互理解熔融在一起形成双锥耦合区，并控制其拉伸长度达到予定的耦合指标；

g.通过子光纤吸盘分别转动每组光纤，使耦合区成纽绞结构并控制转动的角度达到预定的耦合指标；

h.将所有双锥耦合区嵌入衬底槽内；

i.将双锥的两端与衬底固定，使耦合区呈自由悬吊结构；

j.将耦合区连同衬底固定后的二端光纤部位固定在密封壳上，使衬底呈自由悬吊结构，或直接固定在密封壳和减振壳内；

所述的相互贴紧可以通过扭绞每组光纤来实现，也可通过某种夹具来实现。