專利名稱：一種粗波分復用器及其所用光纖耦合器的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光纖通信用的多波長波分復用器及其部件的制備方法，更具體的說，這是一種提高單根光纖通信容量的粗波分復用器和其所用光纖耦合器的制備方法。
背景技術：
光波分復用器(WDM)是對光波波長進行分離與合成的光無源器件，在最早的光通迅中，一條光纖僅設計給一個特定波長的光傳遞，采用WDM技術后，一條光纖可以傳遞多個波長訊號，在相同的鋪設成本下，光纖的使用率提高，目前波長密度較高的DWDM技術已經廣泛應用于長距離高速光通信系統中如國家主干網、海底光纜通信系統上，但DWDM技術復雜、成本高，不適合應用于城域網和接入網中。
目前使用的無源光網絡(PON)接入網系統，采用單波長分時方式，由于要協調多終端的同步，通帶帶寬小，而且價格昂貴。
粗波分復用(波長密度較低的CWDM)多波長傳輸方案，大大地擴展了接入帶寬，而且能同時傳輸不同格式的信號。它有以下幾種制造方法一種是采用薄膜濾光片，以氣相沉積的原理，將所需膜層鍍在薄平板玻璃上，當光線通過不同種的濾波片后，不同的波長便被分別濾出，達到分波的效果，這種方式生產的CWDM對光難度較大，工藝把握困難，還需要準直鏡，成本高；另一種采用陣列波導光柵，是在硅片上沉積二氧化硅膜層，續以微影制程及反應式離子蝕刻法定義出數組波導，再加上保護層制成，這種技術能一次分出較多通道，不過波導易受溫度等環境的影響，需加溫度控制系統，制作成本高；還有的采用光纖光柵，利用紫外線照射光纖，使得光纖纖芯的折射率分布成周期性變化，在滿足布拉格光柵條件的波長上全反射，而其余波長卻全部通過，是一種全光纖陷波濾波器，這種方法的缺點是制作復雜、成本高；中國專利公報公開了一種熔錐型高密度波分復用器，專利號96116575，包括有若干個1*2或2*2的多窗波分復用器，它們按窗口中心波長間隔周期倍率依次波分級聯構成1*N通道的波分復用器，提出利用光纖耦合器實現密集波分復用的設想，但一般工藝制作的光纖耦合器不能實現多個波長分割的目的，這種結構的波分復用器一直未能實現。
目前制作光耦合器可以有多種方法，大致可分為分立光學元件組合型、平面波導型、全光纖型等類。其中全光纖型中的光纖熔融拉錐法制作單模光纖耦合器制作工藝相當成熟，而且在成本上具有明顯的優勢，因而成為當前制作光耦合器的主要方法。熔融拉錐法就是將兩根(或兩根以上)除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫下加熱熔融，同時向兩側拉伸，最終在加熱區形成雙錐體形式的特殊波導結構，實現傳輸光功率耦合的一種方法。但普通的單模光纖和熔融拉錐法只能制作分光耦合器和兩個波長的WDM器件，不能制作滿足多個波長的耦合器。
發明內容
本發明的目的是提供一種制作簡單、成本低、通道帶寬大、隔離度高的粗波分復用器及其所用光纖耦合器的制備方法。
本發明的粗波分復用器的結構如下它包括有一個由N個光纖耦合器組成的基本結構，每個光纖耦合器按波長將輸入的光信號分為兩路，這兩路光信號分別被送到下一級的光纖耦合器上，形成N+1個通道；其特征在于在每個輸出光信號的通道上分別串接一個濾波器，增加通道帶寬和隔離度。
所述的濾波器可以為采用強耦合模式熔融拉錐法制作的兩根光纖纖芯非常靠近的光纖耦合器。
制作光纖耦合器的兩根光纖為折射率逐漸增加型內包層單模光纖。
所述的濾波器也可為兩端口結構的薄膜濾光片，一端輸入已按波長分離的光信號，另外一端通過薄膜濾光片增加通道帶寬和隔離度。
本發明還包括一種制備光纖耦合器的方法，它包括以下幾個步驟，
a、選用折射率逐漸增加型內包層的光纖，作為耦合材料；b、將選用的耦合材料采用強耦合模式，熔融拉錐使其成為纖芯非常靠近的波導，并使下一級光纖耦合器的中心波長間隔周期為上一級光纖耦合器的兩倍；c、封裝，將熔融拉錐的光纖材料封裝。
選擇的折射率逐漸增加型內包層的耦合材料截止波長接近但小于工作波長。
強耦合模式形成的纖芯非常靠近的波導截面為圓形或橢圓形。
本發明的粗波分復用器采用光纖耦合器串接方式，可大大降低成本，成本只是現有薄膜器件的幾分之一，光插入損耗低且各通道的插入損耗均勻一致，串接的薄膜濾光片或光纖耦合器增加了通道帶寬和隔離度，薄膜濾光片或光纖耦合器的制造工藝簡單，成本低，有良好的環境穩定性。
在光纖的制備方法中，因為選用折射率逐漸增加型內包層的光纖和截止波長接近但小于工作波長的光纖以及采用強耦合模式，使用這種方法制備的光纖耦合器它具有較長的波長敏感性，可以制作八通道或更多通道的分波器和合波器等。用這種方法生產的光纖耦合器，有極低的附加損耗，可低于0.1dB，方向性好，制作成本低廉，適于批量生產。
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是四通道粗波分復用器的基本結構示意圖；圖2是串接光纖耦合器的四通道粗波分復用器結構示意圖；圖3是串接薄膜濾光片的四通道粗波分復用器結構示意圖；圖4是折射率逐漸增加型單模光纖折射率的分布示意圖；圖5是強耦合模式耦合區截面形狀示意圖；圖6是用于四通道CWDM的光纖耦合器的耦合比與波長的關系示意圖；圖7是四通道CWDM合波器的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明包括有一個由N個光纖耦合器組成的基本結構，每個光纖耦合器按波長將輸入的光信號分為兩路，這兩路光信號分別被送到下一級的光纖耦合器上，形成N+1個通道；在每個輸出光信號的通道上分別串接一個濾波器，增加通道帶寬和隔離度。
圖1是一個四通道粗波分復用器的基本結構，它由C1、C2、C3三個光纖耦合器組成，有四路不同波長的光信號λ1、λ2、λ3、λ4通過同一根光纖送到光纖耦合器C1，C1將其按波長分成λ1、λ3和λ2、λ4兩路，然后這兩路光信號分別送到光纖耦合器C2和C3，C2按波長又分為λ1、λ3兩路，C3按波長又分為λ2、λ4兩路，因此從一根光纖傳輸的四路不同波長的光信號通過這三個光纖耦合器就已按波長分別傳輸到了四根光纖中。
如圖2所示，N個光纖耦合器組成的基本結構形成的N+1個通道中，每個輸出光信號的通道上分別串接采用強耦合模式熔融拉錐法制作的兩根光纖纖芯非常靠近的光纖耦合器，用于增加通道帶寬和隔離度。采用強耦合模式可以增加光纖耦合器的耦合振蕩周期，實現多個波長分割。
制作光纖耦合器的兩根光纖為折射率逐漸增加型內包層單模光纖。這種光纖制作的光纖耦合器對波長的敏感性增加，使較小波長間隔的信號光具有較大的耦合率差別，從而將光信號按波長分開。
如圖3所示，它是在基本結構的基礎上每路輸出的后邊再串接一個兩端口結構的薄膜濾光片。圖中F1、F2、F3、F4是分別以λ1、λ2、λ3、λ4為中心波長的窄帶帶通兩端口結構的薄膜濾光片，這些薄膜濾光片作用是增加通道帶寬和隔離度，兩端口結構的薄膜濾光片一端輸入已按波長分離的光信號，另外一端通過薄膜濾光片增加通道帶寬和隔離度。
相應地八通道粗波分復用器基本結構由七個光纖耦合器組成，基本結構的分波器串接上八個光纖耦合器可以提高通道帶寬和隔離度，串接上八個窄帶帶通兩端口結構的薄膜濾光片也可以增加通道帶寬和隔離度。
本發明還包括一種制備光纖耦合器方法，包括以下幾個步驟，a、選用折射率逐漸增加型內包層的光纖，作為耦合材料；b、將選用的耦合材料采用強耦合模式，熔融拉錐使其成為纖芯非常靠近的波導，并使下一級光纖耦合器的中心波長間隔周期為上一級光纖耦合器的兩倍；c、封裝，將熔融拉錐的光纖材料封裝。
在上述方法中，如圖4所示結構，選作的耦合材料為折射率逐漸增加型內包層的光纖且截止波長接近但小于工作波長。圖中n1是纖芯的折射率，其直徑為2a；n2是內包層的折射率，其直徑也為2a，n3是外包層的折射率，其直徑延伸到無限遠。
如圖5所示，強耦合耦合材料形成的纖芯非常靠近的波導截面為圓形或橢圓形。
在上述方法中，熔融拉錐法就是將兩根(或兩根以上)除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫下加熱熔融，同時向兩側拉伸，最終在加熱區形成雙錐體形式的特殊波導結構，如圖6所示關系，本發明制得的光纖耦合器C1滿足波長為λ1、λ3的光信號耦合比為最大值，而波長為λ2、λ4的光信號耦合比為最小值，即此時只有λ1、λ3的光信號在該光纖中傳輸，而λ2、λ4的光信號則在另一根光纖中傳輸，實現了多個波長的分波合波。C2、C3的耦合比與波長的關系也應滿足圖6所示關系。
本發明采用三次封裝將熔融拉錐的光纖材料進行封裝。
圖7為一個用上述制備方法做出的光纖耦合器組成的四通道CWDM合波器示意圖，它由C1、C2、C3三個光纖耦合器組成。C2的作用是對λ1、λ3兩種波長的光進行合波；C3的作用是對λ2、λ4兩種波長的光進行合波；C1的作用是將λ1、λ3和λ2、λ4四種波長的光進行合波。這樣在四根光纖中分別傳輸的不同波長的光信號通過這三個光纖耦合器后就已合成到一根光纖中傳輸。
對用于八通道粗波分復用器的光纖耦合器拉錐控制原理基本相同，只是需要考慮的8種不同波長光信號的分波和合波，所以需要制作的光纖耦合器數量更多。
權利要求
1.一種粗波分復用器，包括有一個由N個光纖耦合器組成的基本結構，每個光纖耦合器按波長將輸入的光信號分為兩路，這兩路光信號分別被送到下一級的光纖耦合器上，形成N+1個信道；其特征在于在每個輸出光信號的通道上分別串接一個濾波器，增加通道的帶寬和隔離度。
2.根據權利要求1所述的一種粗波分復用器，其特征在于所述的濾波器為采用強耦合模式熔融拉錐法制作的兩根光纖纖芯非常靠近的光纖耦合器。
3.根據權利要求2所述的一種粗波分復用器，其特征在于制作光纖耦合器的兩根光纖為折射率逐漸增加型內包層單模光纖。
4.根據權利要求1所述的一種粗波分復用器，其特征在于所述的濾波器為兩端口結構的薄膜濾光片，一端輸入已按波長分離的光信號，另外一端通過薄膜濾光片增加通道帶寬和隔離度。
5.一種如權利要求1所述的組成粗波分復用器的光纖耦合器制備方法，其特征在于包括以下幾個步驟，a、選用折射率逐漸增加型內包層的光纖，作為耦合材料；b、將選用的耦合材料采用強耦合模式，熔融拉錐使其成為纖芯非常靠近的波導，并使下一級光纖耦合器的中心波長間隔周期為上一級光纖耦合器的兩倍；c、封裝，將熔融拉錐的光纖材料封裝。
6.根據權利要求5所述的光纖耦合器制備方法，其特征在于選擇的折射率逐漸增加型內包層的耦合材料截止波長接近但小于工作波長。
7.根據權利要求5或6所述的光纖耦合器制備方法，其特征在于強耦合材料形成的纖芯非常靠近的波導截面為圓形或橢圓形。
全文摘要
本發明公開了一種用于光纖通信用提高單根光纖通信容量的粗波分復用器及其所用光纖耦合器的制備方法，它包括有一個由N個光纖耦合器組成的基本結構，每個光纖耦合器按波長將輸入的光信號分為兩路，這兩路光信號分別被送到下一級的光纖耦合器上，形成N+1個通道；在每個輸出光信號的通道上分別串接一個濾波器，增加通道帶寬和隔離度，具有低成本、插入損耗均勻一致、通道帶寬大和隔離度高等優點。本發明還公開了一種光纖耦合器的制備方法，a.選用折射率逐漸增加型內包層的光纖，作為耦合材料；b.將選用的耦合材料采用強耦合模式，熔融拉錐使其成為纖芯非常靠近的波導，并使下一級光纖耦合器的中心波長間隔周期為上一級光纖耦合器的兩倍；c.封裝，將熔融拉錐的光纖材料封裝。
文檔編號H04B10/12GK1430369SQ0113016
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月31日 優先權日2001年12月31日
發明者岳超瑜, 朱少軍, 黃亞先 申請人:深圳朗光科技有限公司