[发明专利]一种基于三维波导的多芯光纤耦合器和制备方法

说明书

本发明提供了一种基于三维波导的多芯光纤耦合器和制备方法，利用三维波导芯片实现多芯光纤的复用与解复用，通过三维波导芯片的输入端与多芯光纤头连接、输出端与单模光纤头连接，极大的降低了制造难度，实现了低插入损耗的三维波导型多芯光纤耦合器的批量生产。本发明通过优化三维波导芯片的光波导排布，减小了三维波导芯片输出端的光波导间距，在不增加波导长度的情况下增大了波导的弯曲半径，有效降低了波导损耗。本发明采用的毛细玻璃管能够方便快捷制备多芯光纤头和单模光纤束头，提高多芯光纤耦合器的耦合效率，操作方便，并且可升级为自动耦合系统，提高了产品成品率、可扩展性和精度，实现了波光纤和三维波导的稳定耦合。

技术领域

本发明属于光传输器件技术领域，具体涉及一种基于三维波导的多芯光纤耦合器和制备方法。

背景技术

随着5G技术走向商用，物联网智慧城市的不断发展，光通信容量需求不断提升。在单模光纤链路中，时分复用、波分复用和偏振复用等技术手段用于拓宽系统容量，但随着数字数据业务的增长，所需的带宽密度急剧增加导致SMF链路无法满足需求。基于多芯光纤的空分复用是解决SMF链路容量限制的最有效方法之一，近年来多芯光纤通信系统实现了更高带宽、更高布线密度和整个网络的低功耗。由于多芯光纤和单模光纤尺度和结构的不同，在多芯光纤的实际应用中，需要一个多芯光纤和单芯光纤之间的耦合元件。

已有的多芯光纤耦合器主要有以下几种制备方法：

一是使用透镜法，这种方法制备的多芯光纤耦合器体积大，当芯数增加时，光路较复杂，对调整架和光学元件的精度和稳定度要求较高。增加了系统复杂度，给实际使用带来了不便。

二是使用光纤腐蚀法，如专利文献CN201510691273.X。这种方法需要将多个单芯光纤外径通过刻蚀、定制或其他方法使之与多芯光纤的芯间距相等，然后再将多个单芯光纤按照比例和结构排列，再固定并将端面抛光，最后将光纤束与多芯光纤熔接或物理对接等方式形成多芯光纤耦合器，这种方法难度在于处理和排布多个单芯光纤，操作过程比较精细。处理单芯光纤的包层有刻蚀法或者定制，需与多芯光纤的芯间距一致。因此处理过程需要严格控制，单芯光纤的排布也需要高精度的设备，操作复杂，不利于工业化生产。

三是使用熔融拉锥法。专利文献CN201811089100.0提供了一种多芯光纤耦合器及其制备方法，将多根普通单芯单模光纤拉锥，实现与多芯光纤的耦合，这种多芯光纤耦合器制备方法，其光纤耦合模场难以匹配，光纤的折射率分布需要精心设计，拉锥过程需要严格控制，较难实现产品化。

四是聚合物波导法。如专利文献CN202020964625.0提供了一种多芯光纤的扇出接头组件，这种制备方法采用的波导芯片，波导弯曲损耗受弯曲半径影响很大。在一定条件下，波导弯曲半径越小，器件结构越紧凑；但弯曲半径越小，波导弯曲引起的损耗会越大。此专利中波导芯片的输出端为一维光波导排列，导致输出端一维排列的光波导中，位于中间的波导弯曲半径大，对应的波导损耗相对较小，位于两边的波导弯曲半径小，对应的波导弯曲损耗较大，输出端采用一维光波导排布的三维波导芯片制备的多芯光纤耦合器插损高，无法保证多芯光纤耦合器各通道损耗的均匀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于三维波导的多芯光纤耦合器和制备方法，用于实现低插入损耗的三维波导型多芯光纤耦合器。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于三维波导的多芯光纤耦合器，包括三维波导芯片、多芯光纤、单模光纤束、第一毛细玻璃管、第二毛细玻璃管、金属管；去除部分涂覆层的多芯光纤插在第一毛细玻璃管中并通过胶粘剂固定，且与三维波导芯片的输入端耦合；去除部分涂覆层的单模光纤束插在第二毛细玻璃管中并通过胶粘剂固定，且与三维波导芯片的输出端耦合；三维波导芯片、三维波导芯片的输入端与多芯光纤的耦合点、三维波导芯片的输出端与单模光纤束的耦合点封装在金属管中。