一種單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖技術領域，具體涉及的是一種可實現將多芯光纖到每一路單芯光 纖的光路分離的單片集成式多芯光纖分路器及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 多芯光纖（MCF)作為一種典型的空分復用（SDM)解決方案，以其高密度、低造價、 低能耗等優點最有可能大規模應用于光纖通信，極大提升傳輸容量。各種各樣的多芯光纖 在光纖傳感和集成光學器件領域發揮著不可替代的重要作用，但多芯光纖面臨一個挑戰， 即與現有系統的兼容性問題，這就需要發展一種可靠性高、低損耗、低竄擾以及可量產的多 芯光纖分路器。
[0003] 美國專利（US20120251045)采用特殊結構的柱透鏡實現了MCF之間或者MCF與 集成光電子器件（比如光源VCSEL)之間的互連。但是這種雙面柱透鏡端面加工比較復 雜，且要求較高的加工精度。美國專利（US201300444978)則利用一對自聚焦透鏡或球透 鏡實現MCF之間的互連，這種方法難于匹配對準兩端的MCF且不能實現各纖芯光通道分 離。文獻（Lowlossopticalconnectionmodulefor7-coremulti-corefiberand sevensinglemodefibers,PhotonicsSocietySummerTopicalMeetingSeries,IEEE 2012)和（Free-SpaceCouplingOpticsforMulticoreFibers,PhotonicsTechnology Letters，IEEE2012)提出的一種透鏡耦合系統，利用透鏡將MCF多個纖芯出射光束空間分 開，使用轉向棱鏡進一步分層分離，最后使用光纖準直器接收，實現將MCF各個纖芯光信道 分別耦合進入單個的SMF。這種方法通過精確的操作和控制，竄擾和損耗較低，但結構體積 較大，操作調節復雜難于量產，并且隨著MCF的纖芯數目越多，缺點越明顯。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種制作工藝簡單、設計靈活、結構緊湊、便于批量生產、 低損耗和低竄擾的單片集成式多芯光纖分路器。本發明的目的還在于提供一種單片集成式 多芯光纖分路器的制造方法。
[0005] 本發明的目的是這樣實現的：
[0006] 一種單片集成式多芯光纖分路器，由制備具有微結構的單片基于將多芯光纖、自 聚焦透鏡或自聚焦透鏡組和對應芯數帶有纖端微準直器的單模光纖連接組成，多芯光纖分 路器可實現將多芯光纖到每一路單芯光纖的光路分離。
[0007] -種單片集成式多芯光纖分路器制作方法，利用高精度C02激光器在石英基片上 按設定參數批量刻蝕一定長度、寬度和深度的微槽，然后切割，分別作為底片和蓋片，底片 和蓋片按微槽對準扣合成一體，槽內夾入位置、狀態調整好的分路器各組件：多芯光纖、自 聚焦透鏡組和單模光纖，最后點膠、固化、測試和封裝批量制得多芯光纖分路器。
[0008] 本發明與已有技術不同，采用雙自聚焦透鏡組，軸向組裝、旋轉對準。隨著多芯光 纖制造工藝的進步，多芯光纖的尺寸和參數都已經比較穩定，單模光纖束的排布相對固定， 保證了本發明多芯光纖分路器的可行性。自聚焦透鏡或類似的梯度折射率多模光纖具有比 傳統光學透鏡更小的離軸像差，因此可以得到更低的損耗和竄擾。這種雙自聚焦透鏡耦合 系統不需要轉向棱鏡，結構更加緊湊，操作難度大大降低，制作更加簡單。
[0009] 本發明提出的多芯光纖分路器制作方法，采用高精度0)2激光器在石英基片上批 量刻蝕槽線，然后放入分路器各組件微調組裝，容易實現多芯光纖各纖芯光通道的高效率 扇入扇出。本發明具有操作工藝簡單、設計靈活、可行性好、便于批量生產、結構緊湊、低損 耗和低竄擾等優點。其主要應用于多芯光纖通信、光纖傳感和集成光學器件等領域。
【附圖說明】
[0010] 圖1為基于自聚焦透鏡的七芯光纖分路器制作方法示意圖；
[0011] 圖2為雙芯光纖分路器單片集成設計及其制作方法示意圖；
[0012] 圖3為圓周對稱五芯光纖和七芯光纖對稱軸選取與對應單模光纖束槽線設計示 意圖；
[0013] 圖4為單自聚焦透鏡雙芯光纖分路器俯視圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖舉例對本發明做更詳細的描述：
[0015] 本發明提供的是一種基于自聚焦透鏡的多芯光纖分路器單片集成設計及其制作 方法。基于自聚焦透鏡的多芯光纖分路器由多芯光纖，自聚焦透鏡和對應芯數帶纖端準直 器的單模光纖連接組成。該多芯光纖分路器可實現將多芯光纖到每一路單芯光纖的光路分 離。本發明給出了該分路器單片集成設計及其制作方法：利用高精度〇) 2激光器在石英基 片上按設定參數批量刻蝕一定深度的微槽，切割成一對半片，相同的一對半片分別作為底 片和蓋片按微槽對準扣合成一體，槽內夾入位置、狀態調整好的連接器各組件，最后點膠、 固化、測試和封裝即可批量制得基于自聚焦透鏡的多芯光纖分路器。本發明具有制作工藝 簡單、設計靈活、結構緊湊、便于量產、低損耗和低竄擾等優點。
[0016] 利用高精度0)2激光器在石英基片上按設定參數批量刻蝕一定深度的微槽，切割 成一對對半片，相同的一對半片分別作為底片和蓋片按微槽對準扣合成一體，槽內夾入位 置、狀態調整好的連接器各組件，最后點膠、固化、測試和封裝批量制得該種多芯光纖分路 器。其具體細化為以下過程：
[0017] 首先根據分路器各組件--多芯光纖、自聚焦透鏡（組）和單模光纖的參數確定相 應嵌入微槽的長寬深，兩端為光纖尾纖預留20?50mm的緩沖長度。其中對應芯數單模光 纖作為一體嵌入一個微槽，需要根據多芯光纖橫截面纖芯分布選取一個對稱軸使軸兩側纖 芯分布一致；然后依據對稱軸確定單模光纖微槽的形狀和長寬高，以保證填入的單模光纖 的纖芯分布形成與多芯光纖精確相似的穩定結構。
[0018] 然后利用高精度co2激光器在石英基片上批量刻蝕"多芯光纖一透鏡組一單模光 纖"結構的微槽，清洗后切割成一對相同的半片作為底片或蓋片。
[0019] 最后將多芯光纖、單模光纖尾纖以及自聚焦透鏡放入半片微槽中，兩個半片串聯 起來組裝成"單模光纖一透鏡組一多芯光纖一透鏡組一單模光纖"結構。兩側單模光纖分 別連接光源和探測器進行監測調節，然后將其中一片點膠固定作為底片。用相似的方法制 作蓋片，區別在于點膠固定時取出多芯光纖、透鏡和部分單模光纖。底片和蓋片扣合在一起 點膠固定后作為多芯光纖分路器進行測試封裝。
[0020] 本發明還可以包括：
[0021] 1、所述制作方法也適用于芯間距足夠大（大于待接光纖裸纖芯間距）的特種多芯 光纖，不需要自聚焦透鏡進行芯間距放大，可以直接對準連接。
[0022] 2、所述制作方法也適用于截面纖芯分布無對稱軸的特殊多芯光纖，可以選定光纖 截面某直徑代替對稱軸，然后批量刻蝕兩套槽分別作為底片和蓋片。
[0023] 3、所述制作方法盡量優化選取對稱軸以降低底片或蓋片的微槽刻蝕