[发明专利]一种单模光纤与毛细管光纤耦合器及其制备方法

说明书

本发明提供的是一种单模光纤与毛细管光纤耦合器及其制备方法。其特征是：它由一根单模光纤、一根毛细管光纤以及介于单模光纤和毛细管光纤之间的绝热锥组成。所述组成中，绝热锥是由嵌入在石英毛细套管内的毛细管光纤，在高温下拉制而成，毛细管光纤纤芯内传输的光能够通过绝热锥传输到单模光纤内，可实现和单模光纤高效率匹配耦合。本发明可用于毛细管光纤与单模光纤之间的光路耦合连接，可广泛用于微纳光子器件与光纤传感领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种单模光纤与毛细管光纤耦合器，可用于毛细管光纤的光路耦合连接，属于光纤器件技术领域。

(二)背景技术

随着光纤技术的发展以及光纤通信和传感器产业的发展，光纤器件已成为最重要的光电子器件之一。光纤耦合器是用于实现光信号分路或者合路，用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网中都会应用到。光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。

在光纤传感技术应用的迫切需求下，产生了适合各个传感应用领域，各种特殊环境而特别制备的，在结构或制备工艺上有别于常规通信的光导纤维，我们统称这些光纤为特种光纤。特种光纤有很多种，大致上分三类：特殊波导结构光纤，特殊材料组成光纤，特殊涂层材料光纤。

毛细管光纤作为一种特殊波导结构光纤，具有普通光纤的特性，因此光纤的基本原理和理论也适用于毛细管光纤。由于毛细管光纤纤芯内部的空心结构，导致了它具有一系列的特殊性能，从而构成了许多特殊的应用，拓宽了光纤的应用范围。1983年，美国的Giuliani等人用一个带有染色剂的小型玻璃质毛细管光纤成功实现了空气中的氨浓度的检测，为毛细管光纤在传感测量领域的应用开创了先河。毛细管光纤作为一类特种光纤，与普通毛细管相比，具有更小的直径，柔韧度显著增强。与传统光纤结构相比，由于其中间的空气孔以及特殊的波导结构，可以使光纤中空孔的物质很自然地与毛细管光纤波导层中泄露出来的倏逝波场相互作用，这些特性都说明了毛细管光纤在传感领域的重要性。

公开号为CN101339275A的专利中提出了一种毛细管光纤与标准光纤的连接方法，该专利提出一种简单实用，可以实现毛细管光纤与标准单模或多模光纤的连接方法，通过熔融、拉锥、再套毛细管密封的操作进行。本发明虽然解决了直径相同、横截面积配比不同的空心毛细管光纤与标准光纤的连接问题，但没有解决毛细管光纤与单模光纤之间的耦合问题。

公开号为CN105785511B的专利中将经过腐蚀处理的单模光纤插入玻璃套管中，采用氢氧焰对其进行拉锥处理，切割、抛光后与多芯光纤熔接实现多芯光纤耦合器的制备。这种耦合器制备方法的缺点是：对单模光纤进行腐蚀处理，操作难度较大。

公开号为CN129239845A的专利中提出了一种多芯光纤耦合器及其制备方法。本专利提出了一种基于低熔点套管的多芯光纤耦合器，但是其至少具备以下的几个缺点：(1)由于拉锥后的锥区直径很细，使得器件极其脆弱；(2)两种光纤的熔点不同，因此在拉锥过程中难以控制温度，从而影响耦合效果；(3)锥区的光场耦合受外界空气环境的影响大。该技术中，两种光纤都是实心光纤，本发明所采用的毛细管光纤为空心内壁环形芯光纤，由于其有空气孔结构，因此在拉锥过程中面临诸多困难，如何克服在先技术的不足，实现毛细管光纤与单模光纤的耦合，将是本发明拟解决的技术问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种单模光纤与毛细管光纤耦合器及其制备方法。

本发明是这样实现的：

一种单模光纤与毛细管光纤耦合器及其制备方法。其特征是：它由一根单模光纤、一根毛细管光纤以及介于单模光纤和毛细管光纤之间的绝热锥组成。所述组成中，绝热锥是由嵌入在石英毛细套管内的毛细管光纤，在高温下拉制而成，石英毛细套管的管壁变细形成新的包层，石英毛细套管的外直径变细至与单模光纤直径相同。毛细管光纤纤芯内传输的光能够通过绝热锥传输到单模光纤内，可实现和单模光纤高效率匹配耦合。