[发明专利]光纤耦合器制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及多余损耗低的包层光纤耦合器。

背景技术

包层光纤耦合器包括一伸长的格状玻璃体，其间有光波导光纤纵向延伸通过。耦合器中央区域的直径小于其端部直径，从而使光纤排列得更紧密并且在中央区域内的直径小于单元端部的直径。

包层耦合器的成形方式通常是，将每根光纤至少一部分插入玻璃管内孔从而使光纤部分占据管子的中间区域。管子内孔在其每一端部设有漏斗以便光纤插入。最后的耦合器预制品经过抽真空，其中间部分被加热缩塌到光纤上。中间部分的中心区域被拉伸至光纤耦合所需的直径和耦合长度。通常在管子内孔端部涂敷诸如UV凝固环氧树脂之类的密封剂以固定耦合的光纤。利用这种工艺可以制造各种耦合特性的耦合器，例如分波长多路复用器(WDM)、消色差耦合器等。例如参见美国专利No.4931076、4979972、5009692和5011251。

当管子玻璃缩塌到光纤周围时，光纤受到弯曲力的作用。光纤的这种弯曲和耦合器预制品拉伸前光纤几何结构的重复性明显影响着包层耦合器工艺再现性和多余的损耗。根据光纤在内孔中的不同位置和诸如扭曲、张力等因素的差异，在管子缩塌步骤期间耦合器成品的差别和多余损耗很大。

对于某些类型的耦合器来说，例如1×N耦合器(这里N≥2)，光纤在管子缩塌期间扭曲的问题可以通过采用小口径管子内孔解决。参见美国专利4979972。耦合器由标准的单模光纤构成，外径为125微米，涂层直径为250微米。涂层从第一光纤中心部分剥离到端部，从而留下两个涂层端部。涂层还从第二光纤端部剥离。管子内孔径尽可能地小，从而使管壁在全部缩塌到光纤上之前向内运动最小。内孔尺寸比涂层直径足够大，例如为270微米，从而第一光纤的一个涂层端部从内孔中抽出而涂层材料不会与内孔表面摩擦。第二光纤被剥离的端部可以在第一光纤剥离部分固定在管子中间部分中心的同时或者之后插入内孔。在任一情况下，两根光纤的剥离部分都可以定位在管子内孔中间区域的中心，内孔的直径略微大于两个剥离光纤部分的组合直径。利用这种技术制造出了多余损耗极低的器件。

但是，当涂层直径大于光纤直径两倍时，为了能容纳涂层，管子内孔必须制作得更大。直径较大的内孔对器件多余损耗有不利的影响。

具有一根以上从中心区域剥离的光纤的耦合器(例如2×2耦合器)需要较大内孔径。一根光纤可以穿过内孔直到剥离部分定位在管子中间部分的中心并且涂层部分端部位于漏斗内。第二根光纤随后插入其一个涂层端部从而穿过内孔。这样，内孔径必须略大于光纤直径与涂层直径之和。当利用这种光纤与管子组合时，在管子缩塌阶段光纤可以容易地扭曲，并且最终的器件具有较大的多余损耗。

避免光纤在管子缩塌阶段弯曲的一种办法是用类似于管子的材料组成的隔离光纤填充在管子内孔多余空间内。这种想法利用隔离光纤来减少管子内孔空间以形成紧密配合从而防止光纤的扭曲和弯曲。虽然这种方法制造的耦合器可靠性较好并且多余损耗较小，但是比较麻烦，不利于自动化。

具有低偏振相关损耗的光纤耦合器可以在邻近光纤的区域采用较硬的玻璃(二氧化硅含量高的玻璃)管子制成。但是，当普通内孔形状的管子(例如圆形剖面内孔)由硅含量高的玻璃构成时，管子缩塌时光纤弯曲的问题更为突出，并且多余损耗增加。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种制造方便的包层光纤耦合器，它的多余损耗较小。本发明的另一个目标是提供一种制造具有较低偏振相关损耗(PDL)和多余损耗的光纤耦合器方法。本发明的进一步目标是提供一种制造光纤耦合器的方法，其中在管子缩塌阶段光纤固定在位置上，从而使耦合器预制品在拉伸步骤之前呈现光纤几何结构重复性。

简而言之，本发明涉及制造包层光纤耦合器和低损耗耦合器的方法。该方法采用具有第一和第二端面的玻璃管、中间区域以及第一和第二相对端部区域(从中间区域向端面延伸)。纵向的内孔在管子内部延伸。内孔具有第一部分和从第一部分伸出的凹口。凹口可以容纳两根或更多的无涂层光纤。保护涂层从第一光纤中剥离从而构成连接第一和第二涂层部分的无涂层部分。保护涂层从第二光纤的一部分剥离从而构成无涂层和涂层部分。光纤被插入内孔从而使无涂层部分位于凹口内部。插入光纤的步骤包括将第一光纤的涂层端部插入内孔的第一部分，使第一光纤穿过内孔直到无涂层部分延伸穿过内孔第一部分，以及将第一光纤的无涂层部分从内孔的第一部分转移到凹口内。此后，填充光纤插入内孔第一部分。管子被加热以将管子中间区域缩塌到光纤上，并且拉长至少一部分中间区域从而使中间区域的直径小于管子端部区域的直径。