用于扩大光纤模场直径的方法及设备技术

一种方法及设备，通过以均匀的或所需的温度分布加热光纤的指定部分形成热扩散膨胀纤芯（ＴＥＣ），用于扩大光纤的模场直径。通过使用燃烧器１１加热光纤１以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，扩大光纤的模场直径。燃烧器１１具有一个加热表面１１ａ，其中多个出气孔１２的排列使得每行由多个出气孔１２组成的多个平行的行平行于光纤１的轴。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法及设备，通过使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径。
技术介绍
近些年，研究者和工程师都在研究一种光纤传输线，其中小模场直径的光纤，例如用于波分复用传输的光纤或用于喇曼放大的光纤，与较大模场直径的普通单模光纤耦合。当不同模场直径的光纤接合时，仅通过一个简单的熔融接合方法，很难使接合损耗减小到实用水平。为了解决该问题，日本专利号2618500公开了一种方法，其中熔融接合部分被额外加热，以使纤芯部分中的掺杂剂向包层部分热扩散。该方法可以产生一个熔融接合部分，其中至少一个光纤的模场直径逐渐改变，使得光纤可以以相同的模场直径接合。以下，该熔融接合部分称为热扩散膨胀纤芯(TEC)。图12A1、12A2、12B1和12B2是显示用于形成一个TEC的例子的示图。图12A1和12A2是显示在不同模场直径的两个光纤熔融接合之后形成一个TEC的例子的示图。图12B1和12B2是显示在光纤熔融接合之前在小模场直径的光纤中形成一个TEC的例子的示图。在这些图中，待熔融接合的光纤1a和1b具有相同直径的包层部分2以及不同模场直径和不同相对折射率差的纤芯部分3a和3b。光纤1a和1b具有树脂外套4。光纤1a和1b是通过使用弧光放电或其它方法，使光纤的相对的端面熔融，实现邻接熔融接合。如果它们仅通过一个简单的熔融接合方法接合，则光纤1a和1b无法以相同的模场直径接合，并且因此接合损耗增大。为了解决该问题，如图12A1所示，通过使用供应燃料气体的一个微喷灯或燃烧器6额外加热熔融接合部分5形成一个TEC，熔融接合部分5包含其相邻的部分。加热进行的温度和时间条件是在不使光纤1a和1b熔融的情况下，使被加入纤芯部分3a和3b中以增大折射率的掺杂剂向包层部分2热扩散。如图12A2所示，加热扩大了模场直径以形成一个膨胀部分7，其中模场可以平滑地接合。与较大模场直径和较低掺杂剂浓度的光纤1b中的掺杂剂相比，较小模场直径和较高掺杂剂浓度的光纤1a中的掺杂剂热扩散更厉害。因此，光纤1a中的模场直径比光纤1b扩大更厉害，减小了这两个模场直径之间的差异。如上所述，已知当不同类型的光纤熔融接合时，通过形成一个TEC，其中较小的模场直径被扩大使得极其接近另一个光纤的模场直径，可以减小接合损耗。在其它例子的情况下，如图12B1所示，首先，较小模场直径的光纤1a的中央部分被加热以扩大模场直径，使得可以形成一个膨胀部分7。其次，切割该膨胀部分7以得到一个接合端面5′，接合端面5′的模场直径与待接合的光纤1b相同。在此条件下，光纤如图12B2所示接合。同样，该例子能够阻止由模场直径的差异导致的不平滑接合造成的接合损耗的增大。公布的日本专利申请Tokukaishou 61-117508公开了即使是用于接合相同设计特征的光纤，形成这样一个TEC也是有效的，因为TEC可以减小由纤芯偏心导致的接合损耗。前述TEC通常通过使用一个微喷灯或燃烧器形成。通过使微喷灯相对于光纤纵向移动加热光纤的一个指定区域。或者，可以沿光纤放置多个微喷灯或燃烧器。公布的日本专利申请Tokukaihei 8-82721公开了另一个方法，其中以一个平面阵列排列的多个光纤通过在光纤的阵列方向排列的多个微喷灯或燃烧器同时加热。Tokukaihei 8-82721还公开了一个方法，其中通过使用专门设计与光纤带的宽度对应的一个微喷灯加热光纤带。需要在适当的温度和时间条件下通过加热光纤形成一个TEC。光纤1a和1b以低于其熔点的温度被加热。但是，如果加热没有适当地进行，则加热部分软化并且可能由于光纤本身的重量而弯曲。如果发生并保持弯曲，则会增大接合损耗。此外，当使用燃烧器时，很难控制加热条件，因为燃烧器的火焰具有特定的温度分布，并且随环境条件的改变而漂移。有时，在包括8、12、24或更多个光纤的一个光纤带的各个光纤共同地熔融接合之后，在熔融接合部分形成多个TEC。在此情况下，燃烧器的火焰加热该熔融接合部分，使得火焰吞没了以一个平面阵列排列的多个光纤。因此，阵列外部的光纤比内部的光纤受到更强烈的加热。换句话说，阵列中的光纤没有被均匀加热。因此，没有均匀地形成TEC。这造成一个问题，各个光纤中的接合损耗没有被均匀地减小。在TEC形成过程中的上述现象受到所使用的加热燃烧器的结构的极大影响。但是，常规燃烧器在控制条件，用于适当地加热光纤，尤其是并入一个光纤带的光纤的一个指定区域的方面有困难。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种方法及设备，用于通过以所需的温度分布加热光纤的一个指定区域，以扩大光纤的模场直径。根据本专利技术，通过提供一种方法，使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径，从而达到前述目的。前述方法中待使用的燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。根据本专利技术的一个方面，通过提供一种设备，使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径，从而达到前述目的。前述设备中待使用的燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。出气孔可以二维排列，使得每行由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤的轴。在以上描述中，尽管使用了“出气孔二维排列”的表述，但是出气孔的排列不限于同一平面的排列。该表述意味着当从出气一侧观察时，出气孔是二维分布的，不考虑其距参考平面的高度。更确切地，加热表面可以包括不同高度的多个平面。加热表面还可以具有一个曲面。这些是出气孔不具有均匀高度的例子。以下本专利技术通过参考附图被进一步说明。提供附图只是用于说明，而不是意欲限制本专利技术的范围。附图说明图1A至1C是示图，显示本专利技术的第一实施例，其中图1A为侧视图，图1B和1C为透视图。图2A至2C是示图，显示本专利技术中待使用的燃烧器的一个例子，其中图2A为平面图，图2B为图2A中的a-a剖面，图2C为右视图。图3A1、3A2和3B是示图，显示在一个或两个光纤中形成TEC的例子，其中图3A1为侧视图，图3A2为剖视图，图3B是一个曲线图，显示加热温度与沿光纤轴的位置之间的关系。图4A、4B、4C1、4C2和4C3是示图，显示其它燃烧器的例子，其中图4A、4B和4C1为平面图，图4C2和4C3为图4C1所示燃烧器的侧视图。图5A和5B是示图，显示在三个或以上光纤中或在一个光纤带中形成TEC的一个例子，其中图5A为剖视图，图5B是一个曲线图，显示加热温度与排列的光纤的位置之间的关系。图6A、6B、6C1、6C2和6C3是示图，显示其它燃烧器的例子，其中图6A、6B和6C1为平面图，图6C2和6C3为图6C1所示燃烧器的前视图。图7是一个透视图，说明本专利技术的第二实施例。图8是一个示图，说明本专利技术的一个光纤支撑机构。图9是一个示图，说明本专利技术的一个燃烧器起动机构。图10是一个流程图，显示本专利技术的一个燃烧器的工作。图11是一个曲线图，显示在本专利技术的扩大模场直径的一个方法中接合损耗与加热时间之间的关系。图12A1至12B2是示图，说明扩大模场直径的常规方法。图13是一个透视图，说明使用朝下的一个燃烧器从上面加热光纤。图14是一个透视图，说明使用一种被动冷却装置的一个实施例。图15是一个透视图，说明使用一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩大至少一个光纤的模场直径的方法，该方法通过使用一个燃烧器加热一个光纤或多个光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，扩大模场直径； 该燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田英一郎，斎藤和人，田村充章，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]