基于多孔毛细管的多芯耦合装置及耦合方法

摘要

本发明提供一种基于多孔毛细管的多芯耦合装置，包括多芯光纤和组合光纤，多芯光纤包括多个多芯光纤纤芯，组合光纤包括辅助组件和多个标准光纤，辅助组件中设有多个毛细管，标准光纤穿过毛细管抵靠在多芯光纤纤芯端面，标准光纤与毛细管组成夹层，夹层中设有内紫外胶层，装置制作方便、操作简单、对接精度高、使用效果好，不需要拉锥法解决其模场或外径尺寸匹配等问题，可进一步降低由几何对准偏差导致的插入损耗。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种基于多孔毛细管的多芯耦合装置及耦合方法。

背景技术

多芯光纤可简单定义为在一个共同的包层区中存在多个纤芯，由于单模光纤信道容量提升至100Tbit/s，已接近极限，多芯光纤为增大光纤通信容量提供可能。但目前使用的通信设备均是由单模光纤输出信号，若需充分的将多芯光纤通信融合至通信系统，则要求多芯光纤和单模光纤间实现低损耗连接，因此多芯光纤耦合技术显得尤为重要，是推广多芯光纤实际应用与降低成本的关键因素。

目前多芯光纤耦合技术主要分为以下几种：

基于光纤束型：（1）毛细管堆叠法：利用薄包层单芯单模光纤束在毛细管内进行紧密排布，实现与多芯光纤的耦合，这种制备方法有两个难点，一是光纤束的排布，二是端面磨抛，加工技术相对复杂；

（2）熔融拉锥法：将多根普通单芯单模光纤拉锥，实现与多芯光纤的耦合，现有技术参见中国专利文献CN 105785511 A中记载的一种基于拉锥自组装的多芯光纤耦合器制备方法，这种多芯光纤耦合器制备方法，其光纤耦合模场难以匹配，较难实现产品化。

聚合波导型：利用波导将多芯光纤通道之间进行光束分离，简化光通道之间的分束和连接，这种制备方法损耗大，成本高。

空间棱镜型：使用各种类型的透镜，将实现单模光纤与多芯光纤的耦合；这种多芯光纤耦合器制备方法，器件积较大，使用不便，成本高，随着多芯纤芯数增加，难以扩展。 因此需要寻找一种能够将单模光纤与多芯光纤连接的方案，以实现快速的线路增容改造。

光纤连接器：一种无源光器件，采用冷接技术方便快捷的实现光纤端面的对准的连接，与热熔接相比无需熔接设备以及对光纤的预处理，简单易操作，适用实际的应用场景。光纤连接器按连接头的结构形式来分类，有FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等；按光纤端面形状分有PC(SPC或UPC)和APC；按光纤芯数划分，有单芯和多芯(MT、MPO)之分，但是现有的光纤连接器不能实现单模光纤与多芯光纤的连接。

发明内容

本发明的提供了一种基于多孔毛细管的多芯耦合装置及耦合方法，能较好的实现光纤束各个光纤纤芯与多芯光纤的几何对准问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于多孔毛细管的多芯耦合装置，包括多芯光纤和组合光纤，多芯光纤包括多个多芯光纤纤芯，组合光纤包括辅助组件和多个标准光纤，辅助组件中设有多个毛细管，标准光纤穿过毛细管抵靠在多芯光纤纤芯端面，标准光纤与毛细管组成夹层，夹层中设有内紫外胶层。

优选的方案中，多芯光纤纤芯数量与毛细管数量相同，多芯光纤纤芯偏心设置，毛细管偏心设置，多芯光纤纤芯的偏心距与毛细管的偏心距相同。

优选的方案中，多芯光纤与组合光纤同轴设置，多芯光纤和组合光纤端面对齐，多芯光纤和组合光纤通过对接组件耦合，多芯光纤纤芯与标准光纤同轴设置。

优选的方案中，多芯光纤和标准光纤模场相同。

优选的方案中，对接组件包括第一对接件和第二对接件，第一对接件和第二对接件滑动套接，第一手旋螺丝穿过第一对接件抵靠在第二对接件上，对接组件两端设有用于锁紧多芯光纤和组合光纤的锁紧环。

优选的方案中，第一对接件包括对接环和第一夹紧套，第一夹紧套外侧设有第一锥面和多个均布的切槽，第一夹紧套内侧设有第一锥孔，第一锥孔靠近第二对接件一端的孔径小于远离第二对接件一端的孔径，第一锥孔与多芯光纤或组合光纤套接；

第二对接件包括对接法兰和第二夹紧套，第二夹紧套外侧设有第二锥面和多个均布的切槽，第二夹紧套内侧设有第二锥孔，第二锥孔靠近第一对接件一端的孔径小于远离第一对接件一端的孔径，第二锥孔与多芯光纤或组合光纤套接；

对接环与对接法兰滑动套接，对接环上设有多个环内耳，第一手旋螺丝穿过环内耳抵靠在对接法兰上，对接法兰上设有多个法兰缺口，法兰缺口数量大于或等于环内耳数量。

优选的方案中，还包括支撑组件，支撑组件包括第二半圆环、第一半圆环和多个第二手旋螺丝，第二半圆环和第一半圆环通过对接固定块连接成固定环，第二手旋螺丝穿过固定环抵靠在对接组件上，支撑组件下端连接有支座。

优选的方案中，辅助组件包括辅助组件骨架，辅助组件骨架包括下支架和上支架，下支架与上支架通过多个连接杆连接，下支架和上支架之间还设有多个毛细管，毛细管为锥管，毛细管靠近多芯光纤一端的孔径小于远离多芯光纤一端的孔径，毛细管内侧设有内紫外胶层，毛细管外侧设有外紫外胶层。

优选的方案中，多芯光纤纤芯和标准光纤的连接端面镀有增透膜。

包括多芯耦合方法，

S1、将上支架和下支架通过多个连接杆连接，然后将多个毛细管套在下支架和上支架的设定孔位中组成辅助组件骨架；

S2、将辅助组件骨架放入外模中，在每个毛细管中插入标准光纤，向毛细管外侧和毛细管内注入紫外胶并用紫外线灯照射待其凝固；

S3、从外模中取出S2中凝固的组件，将需要耦合连接的一端切平，制成组合光纤，取出多芯光纤并将需要耦合的一端端面切平；

S4、将第一对接件与第二对接件同轴设置，旋转第一对接件或第二对接件，调整环内耳对准法兰缺口位置，将对接环套在对接法兰上，然后转动第一对接件或第二对接件，使环内耳与法兰缺口位置错开，第一夹紧套和第二夹紧套上旋入锁紧环，将对接组件放入第一半圆环与第二半圆环组成的固定环中，旋转调节第二手旋螺丝使对接组件固定，将多芯光纤和组合光纤分别从两端放入对接组件中，旋转锁紧环锁紧多芯光纤和组合光纤；

S5、多芯光纤和组合光纤两端分别连接光源和光功率计，旋转第一对接件或第二对接件，找到光功率最大的位置，旋转第一手旋螺丝固定第一对接件和第二对接件；

S6、松开第二手旋螺丝，拆除对接固定块，将多芯光纤、组合光纤和对接组件的组合体从支撑组件中取出。

本发明的有益效果为：采用多孔毛细管，其孔的分布与多芯光纤纤芯分布相同，具有高精度几何分布，能够有效解决多芯光纤耦合器制备中最为关键的几何对准问题；采用锥形毛细管，锥管小径与多芯光纤外径尺寸相同，不需要拉锥法解决其模场或外径尺寸匹配等问题，可进一步降低由几何对准偏差导致的插入损耗；利用紫外胶为主要材料制备组合光纤，不需要复杂的机械设备加工，制备条件简单；本装置制备简单，结构紧凑，容易实现产品化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施步骤一示意图。

图2是本发明实施步骤二示意图。

图3是本发明实施步骤三示意图。

图4是本发明实施步骤四示意图。

图5是本发明实施步骤五示意图。

图6是本发明实施步骤六示意图。

图7是本发明实施安装结构示意图。

图8是本发明第一对接件示意图。

图9是本发明第二对接件示意图。

图中：多芯光纤1；多芯光纤纤芯101；组合光纤2；标准光纤201；光纤束202；辅助组件203；毛细管204；辅助组件骨架205；上支架206；连接杆207；下支架208；外紫外胶层209；内紫外胶层210；外模211；对接组件3；第一对接件301；第二对接件302；锁紧环303；第二锥孔304；第一手旋螺丝305；对接环306；第一夹紧套307；第一锥面308；第一锥孔309；环内耳310；对接法兰311；第二夹紧套312；法兰缺口313；第二锥面314；支撑组件4；第二手旋螺丝401；第一半圆环402；支座403；第二半圆环404；对接固定块405；光源5；光功率计6。

具体实施方式

如图1-9中，一种基于多孔毛细管的多芯耦合装置，包括多芯光纤1和组合光纤2，多芯光纤1包括多个多芯光纤纤芯101，组合光纤2包括辅助组件203和多个标准光纤201，辅助组件203中设有多个毛细管204，标准光纤201穿过毛细管204抵靠在多芯光纤纤芯101端面，标准光纤201与毛细管204组成夹层，夹层中设有内紫外胶层210，毛细管204分布与多芯光纤纤芯101相同，多芯光纤1与组合光纤2同轴旋转，找到光通最大位置后固定。

优选的方案中，多芯光纤纤芯101数量与毛细管204数量相同，多芯光纤纤芯101偏心设置，毛细管204偏心设置，多芯光纤纤芯101的偏心距与毛细管204的偏心距相同。

优选的方案中，多芯光纤1与组合光纤2同轴设置，多芯光纤1和组合光纤2端面对齐，多芯光纤1和组合光纤2通过对接组件3耦合，多芯光纤纤芯101与标准光纤201同轴设置。

优选的方案中，多芯光纤1和标准光纤201模场相同。

优选的方案中，对接组件3包括第一对接件301和第二对接件302，第一对接件301和第二对接件302滑动套接，第一手旋螺丝305穿过第一对接件301抵靠在第二对接件302上，旋转手旋螺丝305可调整301和302的相对位置，对接组件3两端设有用于锁紧多芯光纤1和组合光纤2的锁紧环303，旋转锁紧环303可以松开或夹紧光纤。

优选的方案中，第一对接件301包括对接环306和第一夹紧套307，第一夹紧套307外侧设有第一锥面308和多个均布的切槽，锁紧环303旋转至第一锥面308时，会压缩第一夹紧套307向内变形，切槽用于提高锁紧环303旋转时第一夹紧套307的变形量，第一夹紧套307内侧设有第一锥孔309，第一锥孔309靠近第二对接件302一端的孔径小于远离第二对接件302一端的孔径，且靠近第二对接件302一端的孔径略大于光纤，光纤插入时自动居中，第一锥孔309与多芯光纤1或组合光纤2套接；

第二对接件302包括对接法兰311和第二夹紧套312，第二夹紧套312外侧设有第二锥面314和多个均布的切槽，锁紧环303旋转至第二锥面314时，会压缩第二夹紧套312向内变形，切槽用于提高锁紧环303旋转时第二夹紧套312的变形量第二夹紧套312内侧设有第二锥孔304，第二锥孔304靠近第一对接件301一端的孔径小于远离第一对接件301一端的孔径，且靠近第一对接件301一端的孔径略大于光纤，光纤插入时自动居中，第二锥孔304与多芯光纤1或组合光纤2套接；

对接环306与对接法兰311滑动套接，对接环306上设有多个环内耳310，第一手旋螺丝305穿过环内耳310抵靠在对接法兰311上，对接法兰311上设有多个法兰缺口313，法兰缺口313数量大于或等于环内耳310数量，法兰缺口313用于环内耳310通过。

优选的方案中，还包括支撑组件4，支撑组件4包括第二半圆环404、第一半圆环402和多个第二手旋螺丝401，第二半圆环404和第一半圆环402通过对接固定块405连接成固定环，第二手旋螺丝401穿过固定环抵靠在对接组件3上，支撑组件4下端连接有支座403，支座403用于固定支撑组件4。

优选的方案中，辅助组件203包括辅助组件骨架205，辅助组件骨架205包括下支架208和上支架206，下支架208与上支架206通过多个连接杆207连接，下支架208和上支架206之间还设有多个毛细管204，毛细管204为锥管，毛细管204靠近多芯光纤1一端的孔径小于远离多芯光纤1一端的孔径，且靠近多芯光纤1一端的孔径略大于纤芯直径，纤芯插入时自动居中，提高定位精度，毛细管204内侧设有内紫外胶层210，毛细管204外侧设有外紫外胶层209。

优选的方案中，多芯光纤纤芯101和标准光纤201的连接端面镀有增透膜，减少耦合对接时光在两纤芯对接面处的反射。

具体实施步骤如下，

S1、将上支架206和下支架208通过多个连接杆207连接，然后将多个毛细管204套在下支架208和上支架206的设定孔位中组成辅助组件骨架205；

S2、将辅助组件骨架205放入外模211中，外模211内筒直径与多芯光纤1外径相同，在每个毛细管204中插入标准光纤201至外模211底面，向毛细管204外侧和毛细管204内注入紫外胶并用紫外线灯照射待其凝固；

S3、取出S2中凝固的组件，将需要耦合连接的一端切平，便于对接时端面对齐，制成组合光纤2，将组合光纤2另一端的多个标准光纤201制成光纤束202，取出多芯光纤1并将需要耦合的一端端面切平；

S4、将第一对接件301与第二对接件302同轴设置，旋转第一对接件301或第二对接件302，调整环内耳310对准法兰缺口313位置，将对接环306套在对接法兰311上，然后转动第一对接件301或第二对接件302，使环内耳310与法兰缺口313位置错开，第一夹紧套307和第二夹紧套312上旋入锁紧环303，将对接组件3放入第一半圆环402与第二半圆环404组成的固定环中，旋转调节第二手旋螺丝401使对接组件3固定，将多芯光纤1和组合光纤2分别从两端放入对接组件3中，旋转锁紧环303锁紧多芯光纤1和组合光纤2；

S5、多芯光纤1和组合光纤2两端分别连接光源5和光功率计6，旋转第一对接件301或第二对接件302，找到光功率最大的位置，旋转第一手旋螺丝305固定第一对接件301和第二对接件302；

S6、松开第二手旋螺丝401，拆除对接固定块405，将多芯光纤1、组合光纤2和对接组件3的组合体从支撑组件4中取出，实施结束。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。