CN1510445A - 光点大小变换用的光纤组元及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一支大直径芯部光纤和一支小直径芯部高Δ光纤被熔融拼接，拼接部的附近被加热，使高Δ光纤的芯部直径膨胀，形成一个光点大小变换部，便可使光纤和高Δ光纤的光点大小匹配，并可使两者的相对折射率差基本相同。随后，在光纤的任选位置上切割，使拼接部和光点大小变换部被放置在一个套管内而将光纤布置在套管的供光线进入和逸出的端面一侧便可形成一个光纤组元。建议在拼接部的变换损失被监控时使芯部直径膨胀，这样便可不需高级技术制出一个具有优化光点大小变换部的光纤组元，并且该光纤组元即使在用通信网络一般使用的光纤与高Δ光纤拼接的情况下也不会引起变换损失的增加。

Description

光点大小变换用的光纤组元及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于光点大小变换的光纤组元及其制造方法，特别涉及一种由芯部直径不同的光纤拼接构成的用于光点大小变换的光纤组元及其制造方法。

背景技术

随着近年来通信网络的发展，光纤通信网络被迅速地建立起来。光纤通信网络基本上由户外光缆和户内设备或类似物拼接构成。在通信网络需求增加的情况下，光纤必然要高密度地包装。例如在机内的布线或类似操作中，由于光纤数目不可避免地增加，节省空间以便含有光纤和其布线成为当务之急。

为了含有并将大量光纤布置在有限空间内，必需用小的曲率半径弯曲光纤。但若这样做时，光线容易泄漏并且通信网络的整体质量将会恶化。

因此，为了防止光纤在用小的曲率半径弯曲时容易发生光线泄漏，一种所谓高Δ(带尔达)的光纤开始被使用，该光纤在芯部和包皮之间的折射率差即相对的折射率差Δ比在通信网络内传统使用的单模式光纤大。高Δ光纤的相对折射率差为0.5到2.5％，而SM光纤的折射率差约为0.3％。如果折射率差以这种方式增加，那么由于芯部直径的减小，光点的大小也会减少。这里，光点是一个参数，它指出电磁场分布的范围即在光波波导内的传播模式的场分布，也被称为模式场直径。

但这种高Δ光纤最终要与构成光缆的一般光纤拼接。结果会造成大的变换损失，因为不仅由于芯部直径的差异而且由于光点大小的差异，在拼接部分内会发生不匹配。例如当SM光纤与光点大小约为一般光纤光点一半的高Δ光纤用连接器或类似物以对接状态拼接时由于光点大小的差异会发生一个约为2dB大的变换损失。

为了消除在SM光纤与高Δ光纤的拼接部内的不匹配，已知有下列两种技术，一种技术是在SM光纤与高Δ光纤熔融拼接后将高Δ光纤加热从而使光纤内的搀杂质热扩散来膨胀芯部直径以资得到一个优化的光点大小。另一种技术是将高Δ光纤加热，从而光纤内的搀杂质热扩散来膨胀芯部直径来得到一个优化的光点大小，然后切割芯部直径膨胀的部分，使高Δ光纤与SM光纤熔融拼接(例如见日本专利2618500号)。

此外还知道有一种技术是将膨胀部切割，将高Δ光纤装到一个光学连接器内，使其切割面成为光线进入和逸出的端面(例如见日本专利2619130号)。

顺便提一下，上述传统的技术也有要解决的问题，将在下面说明。

日本专利2618500号和2619130号说明的技术都是膨胀高Δ光纤的芯部直径，然后切割膨胀部分来使高Δ光纤与SM光纤拼接。但在切割部位要先决定以便得到优化的光点大小的情况下，由于变换损失要在高Δ光纤与SM光纤拼接后才能确定，因此在切割时要判断该部位是否总是能得到优化的光点大小的部位是很困难的。这样就需要有高度准确的切割技术和经验才能胜任。

再者，在芯部直径由于加热光纤而被膨胀的情况下，膨胀的芯部直径可随加热条件的变化而波动，并且光纤的芯部直径被膨胀时，人们切割大量光纤不可能总是切割在同一部位。这样，要稳定地优化大量光纤的光点大小也是困难的。

另外，当高Δ光纤被装到光学连接器内并将芯部的膨胀部分作为光线进入和逸出的端面时，由于磨光光线进入和逸出的端面需要高级技术，因此难以增加工作效率。这样，过程的管理便会变得复杂。

发明内容

本发明能提供一种光纤组元，其中具有不同芯部直径的光纤的光点大小可被稳定地优化，还提供制造该组元的方法。

为了解决上述这些问题，本发明具有下面要说明的构成。

首先，第一发明是一种光纤组元，可用来改变具有不同芯部直径的光纤的光点大小。这种用于光点大小变换的光纤组元含有布置在其内的：一支具有光线进入和逸出端面的大直径光纤；一个拼接部，其中大直径芯部的光纤与小直径芯部的光纤被熔融拼接；一个光点大小变换部，其中小直径芯部的光纤在拼接部附近被膨胀；和一支小直径芯部光纤。

此外，在光点大小变换部内的折射率的分布曲线是在光纤的纵向上连续变化的，并且大直径芯部的光纤与小直径芯部的光纤在拼接部上匹配。

另外，在光点大小变换部的拼接部内的相对折射率差基本上等于大直径芯部光纤的相对折射率差。

再者，光纤组元具有大直径芯部光纤、拼接部、光点大小变换部、和小直径芯部光纤，它们都一同被布置在一个套管内。

其次，第二发明是一种用来改变具有不同芯部直径的光纤的光点大小的光纤组元的制造方法。制造用于光点大小变换的光纤组元的方法包括：将大直径芯部光纤与小直径芯部光纤熔融拼接而形成一个拼接部，加热拼接部的附近，使包含在小直径芯部光纤内的搀杂剂热扩散，从而膨胀芯部直径而形成一个光点大小变换部，然后切割大直径芯部光纤上的一个任选部位，将切割面作为光线进入和逸出的端面，最后将大直径芯部光纤、拼接部、光点大小变换部、和小直径芯部光纤布置在光纤组元内。

此外，在搀杂剂被加热并热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀并形成光点大小变换部的情况下，在光点大小变换部内的折射率分布曲线在光纤的纵长方向上被连续改变，这时拼接部的附近被加热，一直到大直径芯部光纤与小直径芯部光纤的光点大小在拼接部内匹配为止。

另外，在搀杂剂被加热并热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀而形成光点大小变换部的情况下进行加热，一直要到光点大小变换部的相对折射率差基本上等于拼接部内大直径芯部的相对折射率差为止。

再者，在搀杂剂被热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀而形成光点大小变换部的情况下，加热是在拼接部的变换损失被监控时完成的。

附图说明

在附图中：

图1示出本发明的一个实施例；

图2A到2C示出本发明的光纤组元的制造方法的一个实施例；

图3示出本发明的光纤组元的变换损失。

具体实施方式

下面用一个具体的例子来说明本发明的实施情况。

图1为本发明的用于光点大小变换的光纤组元的纵向剖视图。图中，大直径芯部光纤1包括芯部1a和包皮1b。芯部被搀有Ge，这是一个可增加折射率的搀杂剂，而包皮为纯石英。光纤1与用于一般通信网络的单模式光纤相同，其相对折射率差为0.3％。

在另一侧，小直径芯部高Δ光纤2包括芯部2a和包皮2b。芯部2a也搀有Ge，而包皮2b亦为纯石英。在芯部2a内的Ge的搀入量大于在光纤1的芯部1a内的Ge搀入量。因此，高Δ光纤2为高度抗弯曲的光纤。高Δ光纤2亦为单模式光纤，其相对折射率差为0.5到2.5％。高Δ光纤2的相对折射率差的大小取决于使用它的地方，因此足可根据其敷设环境选择最合适的相对折射率差。

光纤1和高Δ光纤2在拼接部3被熔融拼接在一起。然后，在这个拼接部3附近的高Δ光纤2的芯部直径被膨胀而形成一个光点大小变换部4。形成这个部分的过程为在拼接部3的附近加热，使高Δ光纤2的芯部2a内搀杂的Ge扩散到包皮2b内，从而使芯部2a的直径膨胀。在光点大小变换部4内，在高Δ光纤2的纵向上，折射率分布的曲线是连续变化的，而在拼接部3内，光纤1和高Δ光纤2的相对折射率差基本相同。采用这种构成，在光线1和高Δ光纤2之间由于光点大小的不匹配而造成的变换损失便可被消除。

另外，拼接部3和光点大小变换部4都被安排在一个套管5内。在套管5的供光线进入和逸出的一侧上，大直径芯部光纤1形成一个供光线进入和逸出的端面6。由于光纤1所具有的相对折射率差与一般通信网络使用的光纤所具有的相同，即使在所说端面6上将光纤1与一般通信网络使用的光纤拼接也不会增加变换损失。

在这实施例中，搀入到光纤芯部内的是Ge，这是一种能增加折射率的搀杂剂。但除了Ge以外，其他搀杂剂也可采用。另外如F是一种能减少折射率的搀杂剂，可搀入到包皮内。

接下来用图2A到2C阐明本发明的用于光点大小变换的光纤组元的制造方法。注意与图1中相同的部分用相同的标号指出。在图2A中，光纤1为用于一般通信网络的单模式光纤，其相对折射率差为0.3％，其芯部搀有Ge，而其包皮由纯石英制成。此外，高Δ光纤2亦为单模式光纤，其相对折射率差为0.5到2.5％，其芯部亦搀有Ge，其包皮亦由纯石英制成。光纤1与高Δ光纤2两者的端面互相对接，用熔融法拼接在一起。

注意光纤1和高Δ光纤2的外直径可以相同(如本例)，亦可不同，例如光纤之一可以是传统的光纤，外直径为125μm，而另一光纤可以是S-Tylus牌的光纤(Shows电线电缆公司生产)，其外直径为115μm，其上包覆有不能解除的树脂。

当光纤1和高Δ光纤2熔融拼接时，两者在拼接部3上的外直径都相同，但其芯部直径互相不同。实际上高Δ光纤2的芯部直径在熔融拼接时受热略微膨胀，但这膨胀对本发明的目的来说是不够的。本发明所需光点大小变换部的长度为1到2mm，这是当大直径芯部光纤与小直径芯部光纤的芯部直径之比假定为2时而言的(例如在本例中这两个芯部直径分别为10μm和5μm)。

图2所示是在光纤1和高Δ光纤2熔融拼接后用加热设施7如同燃烧器、加热器或放电加热拼接部3的附近。要被加热的区域约为几毫米。但这已足根据要被膨胀的芯部直径的大小适宜地确定一些条件如加热范围、加热时间和加热温度。这时最好连续改变光点大小变换部4在高Δ光纤2纵向上的折射率分布曲线并加热拼接部3一直到光纤1和高Δ光纤2的光点大小在拼接部3内匹配为止。另外，建议膨胀高Δ光纤2的芯部2a一直到光纤1和高Δ光纤2的相对折射率差变成基本相同从而形成光点大小变换部4为止。为了使光纤1和高Δ光纤2的光点大小匹配或者使光纤1和高Δ光纤2的相对折射率差基本相同，建议在加热时要始终监控拼接部3的变换损失，当拼接部3的变换损失为最小时停止加热。注意在使用上述S-Tylus光纤的情况下，由于其外直径比传统光纤的小，可使热传导率增加，芯部直径的膨胀效果改进，和工作效率提高。

然后如图2c所示，用切刀8在一个任选的位置上切割光纤1以便形成一个光线进入和逸出的端面6。将光纤1切割成一段合适的长度使拼接部3、光点大小变换部4都能被放置到一个套管内。此后将光纤1、拼接部3、光点大小变换部4、和高Δ光纤2都布置在一个套管5内如图1所示，将光线进入和逸出的端磨光，便可构造本发明的光纤组元。这个光纤组元例如可安装到一个未被示出的光学连接器上，并可用于一般光纤和高Δ光纤的连接器拼接或类似物的拼接。

图3示出拼接部3的变换损失的测量结果。结果所指出的损失是在加热拼接部3使芯部直径膨胀而变换损失被监控时测得的，当变换损失变成最低值时就在这一点加热被停止。加热温度为1400℃，加热时间为几分钟到几十分钟，加热时间稍有波动是因为需要一点时间来核定变换损失的最低点。按照图3，试验20次测得的变换损失的平均值为0.025dB，最大直径为0.06dB(在20次试验中发生2次)，这些值远低于过去由于光点不匹配而造成的变换损失。

本发明曾力求解决下列问题，即当高Δ光纤的芯部直径被膨胀而膨胀的部分被切割以便使高Δ光纤与在一般通信网络内使用的SM光纤熔融拼接或用连接器拼接时，芯部直径的膨胀部分中被切割的那部分是尚未稳定的，变换损失会波动，并且需要高度准确的切割技术或磨光技术。为此目的，我们首先将具有不同芯部直径的一般光纤和高Δ光纤熔融拼接，然后使小直径芯部的高Δ光纤的芯部直径膨胀而形成一个光点大小变换部，接着在大直径芯部光纤的任选位置上切割，从而构成一个光纤组元。在本发明的光纤组元中使用的大直径芯部光纤的芯部直径等于一般通信网络中使用的光纤的芯部直径并且这个芯部直径在纵向上都是一致的。这样就不需要用高级技术来确定切割部分。另外，大直径芯部光纤被布置在供光线进入和逸出的端面一侧。这样，由于该光纤与一般通信网络使用的光纤属于同一型式，容易拼接。即使使用光学连接器或类似物将该SM光纤与高Δ光纤拼接，也能抑制变换损失的增加，可见该光纤组元具有稳定的特性。

按照上述本发明的用于光点大小变换的光纤组元及其制造方法，便能不需高级技术制出一个具有合适的光点大小变换部的光纤组元。并且即使是在用高Δ光纤与一般通信网络使用的SM光纤拼接的情况下，该光纤组元也不会引起变换损失的增加。

Claims (8)

1.一种光纤组元，可用来改变具有不同芯部直径的光纤的光点大小，而在该用于光点大小变换的光纤组元内包括有：

一具有光线进入端面和逸出端面的大直径芯部光纤；

一个拼接部，在其内该大直径芯部光纤和一小直径芯部光纤被熔融拼接；

一个光点大小变换部，其内在拼接部附近的小直径芯部光纤的芯部直径被膨胀；和

一小直径芯部的光纤。

2.根据权利要求1的用于光点大小变换的光纤组元，其特征在于，光点大小变换部内的折射率分布曲线在光纤的纵向上连续地变化，并且大直径芯部光纤和小直径芯部光纤的光点大小在拼接部内匹配。

3.根据权利要求1或2的用于光点大小变换的光纤组元，其特征在于，在光点大小变换部的拼接部内的相对折射率差基本上等于大直径芯部光纤的相对折射率差。

4.根据权利要求1到3中任一项的用于光点大小变换的光纤组元，其特征在于，光纤组元具有大直径芯部光纤、拼接部、光点大小变换部、和小直径芯部光纤，它们一同被布置在一个套管内。

5.一种用于改变具有不同芯部直径的光纤的光点大小的光纤组元的制造方法，这种用于光点大小变换的光纤组元的制造方法包括：

将大直径芯部光纤和小直径芯部光纤熔融拼接，形成一个拼接部，加热拼接部的附近，使含在小直径芯部光纤内的搀杂剂热扩散，从而使芯部直径膨胀，形成光点大小变换部，然后在大直径芯部光纤的一个任选的位置上切割，将切割面设定为光线进入和逸出的端面，并将大直径芯部光纤、拼接部、光点大小变换部布置在光纤组元内。

6.根据权利要求5的用于光点大小变换的光纤组元的制造方法，其特征在于，在搀杂剂被加热并热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀而形成光点大小变换部的情况下，光点大小变换部内在光纤纵向上的折射率分布曲线被连续地改变，而拼接部的附近被加热一直到拼接部内大直径芯部光纤的光点大小与小直径芯部光纤的光点匹配为止。

7.根据权利要求5或6的用于光点大小变换的光纤组元的制造方法，其特征在于，在搀杂剂被加热并热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀而形成光点大小变换部的情况下进行加热一直到在拼接部内光点大小变换部的相对折射率差等于大直径芯部光纤的相对折射率差为止。

8.根据权利要求5到7中任一项的用于光点大小变换的光纤组元的制造方法，其特征在于，在搀杂剂被热扩散使小直径芯部光纤的芯部直径膨胀而形成光点大小变换部的情况下，加热是在拼接部的变换损失被监控时进行的。

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