用于多芯光纤的低插入损耗空分复用/解复用器的制法

本发明属于多芯光纤通信，具体涉及一种用于多芯光纤的低插入损耗空分复用/解复用器的制法。

背景技术：

1、空分复用是继波分复用之后可实现容量大幅度倍增的新型光纤通信技术，被业界普遍认为是可解决当前光纤通信容量危机的有效途径，成为近年来光纤通信领域的研究热点。随着5g、物联网、大数据中心等技术的发展，对带宽的需求将越来越大，多芯光纤通信系统能够为这些技术的发展提供必要的支持。多芯光纤是一种新型的光纤，它包含多个独立的光传输路径，即多个光纤核心。与传统的单芯光纤相比，多芯光纤可以在同一根光纤中并行传输多路信号，从而显著提高数据传输的容量和带宽。空分复用/解复用器作为多芯光纤通信系统的关键组件，可以实现多芯光纤通信系统需与现有的单模光纤系统相兼容，是实现多芯光纤与标准单芯光纤连接的关键组件，对于实现高速、大容量、高可靠性的光纤通信网络具有重要的意义。

2、目前制备多芯光纤空分复用/解复用器的一种方法是化学腐蚀法，这种方法通常涉及使用氢氟酸等化学腐蚀剂来精确腐蚀单芯光纤的包层，使其直径与多芯光纤的纤芯间距相匹配。这样，单芯光纤的纤芯可以与多芯光纤的各个纤芯对齐，从而实现光信号的高效传输和分配。化学腐蚀法的优点在于其高精度、小体积、制备方法简单以及成本低。它适用于多种类型的多芯光纤，包括同质型和异质型多芯光纤，且能适应复杂的纤芯排列。然而，这种方法也存在一些缺点，如腐蚀过程需要精确控制，任何腐蚀过度或不足都可能导致器件性能下降，由于腐蚀后制作的光纤端面存在的纤芯位置偏差，可能与多芯光纤不完全匹配，这会导致光信号在复用/解复用过程中的损耗，最大的损耗来源就是器件于多芯光纤对接处的插入损耗。综上所述，如何实现复用器端面结构的精准排布或实现制作结构的容错性，就是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术在制备空分复用/解复用器过程中由于复用器端面结构排布不精确的问题导致插入损耗过大的缺陷，本发明提供一种低损耗的多芯光纤空分复用/解复用器的制法，实现在输入端将单芯光纤中的信号复用到多芯光纤中，并且在输出端将多芯光纤的信号解复用到单芯光纤中。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于多芯光纤低插入损耗空分复用/解复用器的制法包括以下步骤：

4、(1)准备具有n个纤芯的多芯光纤，准备n个小芯径单芯光纤1，n个大芯径单芯光纤2、2n个单芯光纤3；其中，小芯径单芯光纤1纤芯直径比多芯光纤的纤芯直径小1μm～2μm，大芯径单芯光纤2纤芯直径比多芯光纤纤芯直径大1μm～2μm，单芯光纤3纤芯直径与多芯光纤相匹配；n>1；

5、(2)将单芯光纤1和单芯光纤2的一端有机涂覆层去除，去除有机涂覆层的部分长度为20mm-30mm；然后将去除有机涂覆层的部分浸入高浓度氢氟酸溶液中，对包层进行腐蚀；进行腐蚀时，氢氟酸溶液表面覆盖一层油脂，防止hf挥发，直到腐蚀后的包层直径大于多芯光纤的纤芯间距1μm～2μm；再将进行腐蚀的部分浸入低浓度氢氟酸溶液中进一步腐蚀，至该部分的包层直径与多芯光纤的纤芯间距相同，制成前端带有腐蚀段的腐蚀单芯光纤1和腐蚀单芯光纤2；所述的高浓度氢氟酸的质量浓度为35％～45％；所述的低浓度氢氟酸溶液的质量浓度为15％～25％；

6、(3)将n个腐蚀单芯光纤1、n个腐蚀单芯光纤2分别插入两个陶瓷头，陶瓷头内径尺寸与n个腐蚀单芯光纤集束后尺寸相匹配，用粘合剂将光纤与陶瓷头内进行粘结，100℃～120℃下加热固化25min～30min后，对陶瓷头前端进行研磨抛光，使用物理接触式对接方法与多芯光纤两端分别对接；

7、(4)将腐蚀单芯光纤2的未腐蚀端去除涂敷层后，使用拉锥机对其进行拉锥，直至腐蚀单芯光纤2锥区最细处的纤芯直径与单芯光纤3的纤芯直径相等；将单芯光纤3去除涂覆层后进行拉锥直到单芯光纤3锥区最细处的纤芯直径与单芯光纤1的纤芯直径相等；

8、(5)使用光纤切割器将拉锥后的单芯光纤2和单芯光纤3于锥区最细处切割，使用熔接机分别将拉锥切割后的单芯光纤3与单芯光纤1未腐蚀端、拉锥切割后的单芯光纤2与单芯光纤3熔接，制成用于多芯光纤的空分复用器与空分解复用器。

9、上述的方法中，多芯光纤为同质型多芯光纤或异质型多芯光纤；

10、单芯光纤2的直径作为大纤芯直径，单芯光纤1的直径作为小纤芯直径。

11、上述的方法中，空分复用器中的两个对接的陶瓷头部分是n根小纤芯直径单芯光纤腐蚀束对接一根n芯光纤，即器件使用时，光信号从小芯径传输至大芯径。

12、上述的方法中，制作空分复用器的过程中，要使用光纤拉锥机对n根与n芯光纤相同纤芯直径的单芯光纤进行拉锥，至纤芯直径等于小纤芯直径，切割后再与空分复用器中n根小纤芯直径单芯光纤未腐蚀端熔接。

13、上述的方法中，空分解复用器中的两个对接的陶瓷头部分是一根n芯光纤对接n根大纤芯直径单芯光纤腐蚀束，即器件使用时光信号从小芯径传输至大芯径。

14、上述的方法中，空分复用/解复用器中使用的n芯光纤是同一种，其纤芯直径相同；其中，n芯光纤是拥有n个纤芯的多芯光纤。使用到其他纤芯直径的n根单芯光纤，大纤芯直径或小纤芯直径是相对n芯光纤而言的。

15、上述的方法中，制作空分解复用器的过程中，要使用光纤拉锥机对空分解复用器中n根大纤芯直径单芯光纤的未腐蚀端进行拉锥，至纤芯直径等于n芯光纤纤芯直径，切割后再和n根与n芯光纤相同纤芯直径的单芯光纤熔接。

16、上述的方法中，进行拉锥时，使用氢氧焰进行拉锥，控制氢气输出量100sccm～120sccm和氧气输出量10sccm～20sccm，通过控制拉锥长度来控制锥区最细处纤芯直径。

17、上述的方法中，拉锥切割熔接步骤使扇入器件前端光纤与扇出器件后端光纤与通用光纤通信系统中的光纤纤芯直径一致并熔接，制作的空分复用器/解复用器适用于相应的光纤通信系统。

18、陶瓷头对接处的插入损耗是评估空分复用/解复用器的非常重要的指标，而造成插入损耗的主要原因是所制作空分复用/解复用器端面光纤排布与多芯光纤的纤芯位置有所偏差，即对接处纤芯错位。实际制作中，腐蚀光纤的误差、陶瓷头的制作误差等原因都会影响空分复用/解复用器端面的排布结构，所以如何实现精准的光纤排布或提高光纤排布的容错性就是降低插入损耗的重要方法。若使用传统腐蚀集束对接方法，制作选取相同纤芯直径光纤，则要求人工制作的复用器端面与多芯光纤的纤芯位置完全对准，才能实现光信号低损耗传输。但人工制作的复用器无法达到无任何误差，使用传统方法制作，结构偏差也不可避免，光信号在对接处泄露损耗，从而产生比较大的插入损耗。本发明方案中，选取不同纤芯直径的单芯光纤，制作的空分复用器/解复用器在使用过程中，光信号都是从小芯径进入大芯径，小芯径到大芯径的光传输会比相同芯径的光传输在对接处损耗更少，光信号更不容易泄漏，并且小芯径光纤制作的空分复用/解复用器，内部光纤排布不要求严格精准，有1μm～2μm左右的结构偏差依旧可以实现传输的光信号在大芯径的接收范围内，提高了制作端面结构的容错性，从而降低了人工制作复用器端面对接处的插入损耗，提高了成品率，提升了空分复用/解复用器的传输性能。

19、本发明所提出的技术方案与现有技术相比，具有以下优势：

20、利用小芯径光纤到大芯径光纤对接来制作的空分复用/解复用器，相比较使用相同直径纤芯的光纤对接而言，陶瓷头内光纤结构排布允许有1μm～2μm的误差，这对于微米级的光纤和复用器来说，大大提高了制作复用器的端面结构的容错性，从而降低了结构偏差造成的对接插入损耗，提高了成品率。同时小芯径到大芯径的传输路径，可以减少对接处光信号的泄漏，进一步降低了插入损耗。后续的拉锥熔接可以使所制备的空分复用/解复用器适用于通用的光纤通信系统。对于四芯单模空分复用器来说，插入损耗从普遍的1db～2db降低到0.69db，验证了方案的可行性，同时该方案也可应用于七芯、十三芯等类型的空分复用/解复用器。制备的空分复用/解复用器相比于传统的使用相同直径纤芯腐蚀集束对接法具有更低的插入损耗。相比于聚合物波导法和集束拉锥法操作更简单、成本更低，制备的空分复用/解复用器体积更小，灵活耐用，可批量生产。