双包层光纤和光子晶体光纤的熔接方法技术

本发明专利技术具体公开了一种双包层光纤和光子晶体光纤的熔接方法，包括以下步骤：先通过熔融拉锥工艺减小双包层光纤的外径，使其与光子晶体光纤的外径相同；再通过加热塌缩光子晶体光纤纤芯周围的空气孔，使其模场直径与双包层光纤的模场直径相匹配，同时使光子晶体光纤的外径基本保持不变；最后利用常规的熔接工艺对经过前述处理后的双包层光纤和光子晶体光纤进行熔接。本发明专利技术的熔接方法具有低成本、高效率、高质量且简单方便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤的熔接方法，尤其涉及一种光子晶体光纤的熔接方法。
技术介绍
光子晶体光纤，又叫微结构光纤或者多孔光纤，由于其新奇的光学特性在近几年 备受关注，这类光纤在通信传输以及新型光电子器件、测量和传感等领域有着广阔的应用 前景，而且光子晶体光纤在非线性效应领域具有独特的优势。通过将脉冲光耦合进光子晶 体光纤，研究非线性效应和超连续谱的产生已经成为一个研究热点。在光纤激光器领域，由于现有的光纤激光器大多采用双包层光纤的包层泵浦技 术，所以一般光纤激光器的激光都是由双包层光纤输出。双包层光纤具有纤芯和模场直径 较大的特点，这有效地抑制了激光器中的非线性效应的产生，对提高光纤激光器的输出功 率具有重要意义。但光纤激光器在光子晶体光纤的应用方面，由于外径和模场不匹配，双 包层光纤与光子晶体光纤的耦合存在困难，而且现在还没有一种很有效的解决方法。以往 一般是通过光具组将双包层光纤输出的激光耦合进光子晶体光纤，但是这种耦合方式存在 难度大、稳定性差、耦合效率低等缺点，所以人们希望通过熔接的方法来解决这一难题。因 为熔接与传统的光具组耦合相比具有很多优点避免了透镜反射，紧凑性好，可靠性高，对 光子晶体光纤起到保护作用，低的熔接损耗更加突显了熔接异于光具组耦合的优越性(参 JAL J. H. Chong, M. K. Rao, Y. Zhu et al. "An effective splicing method on photonic crystal fiber using C021aser”，IEEE Photon. Technol. Lett.，2003，15(7) :942-944])。 因此，实现双包层光纤和光子晶体光纤的低损耗熔接，并且达到能够使用的熔接损耗值 (小于IdB)，对于高功率光纤激光器在光子晶体光纤方面的研究和应用具有重要的意义。 在双包层光纤和光子晶体光纤的熔接过程中，存在的困难主要有1)光子晶体光纤空气孔 的塌缩导致其传导机制破坏而引入高损耗；幻两种光纤模场直径不匹配引入的高损耗；3) 两种光纤的外径不匹配导致熔接强度不够或根本不能进行熔接。这些技术问题需要同时克 服才能够达到较好的效果，例如对于模场直径不匹配的两种光纤，即使光子晶体光纤的空 气孔没有塌缩，由于模场直径不匹配仍能引入高损耗。对于模场直径不匹配的两种光纤的熔接，英国巴斯大学研究小组提出了在做 预制棒时就使光子晶体光纤和普通光纤进行连接，在拉制光子晶体光纤时实现模场直 径不匹配的光子晶体光纤和普通光纤的连接(参见),{0 是这种方法相当复杂，而且还需要拉丝塔设备才能实现，所以此方法实用性不大。还有人提 出引入过渡光纤降低模场直径不匹配引入的熔接损耗，这样的熔接损耗相对于直接熔接损 耗值有所降低，但其熔接损耗值还是相对较高，有需要进一步改善的空间。此外，由于双包层光纤与光子晶体光纤的熔接不仅仅是模场不匹配，还存在外径 不匹配的问题，外径不匹配将可能导致普通熔接机无法实现熔接操作或者熔接强度过低。3因此，如何使外径和模场直径都不匹配的双包层光纤和光子晶体光纤间熔接损耗降低是本 领域技术人员极为关注的技术问题，但目前还未见有公开的相关报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、高效率、高质 量且简单方便的。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种双包层光纤和光子晶体光纤 的熔接方法，包括以下步骤(1)双包层光纤的处理通过熔融拉锥工艺减小所述双包层光纤的外径，使其与 所述光子晶体光纤的外径相同；(2)光子晶体光纤的处理通过加热塌缩所述光子晶体光纤纤芯周围的空气孔， 使光子晶体光纤的模场直径与熔融拉锥后的双包层光纤的模场直径相匹配，同时使光子晶 体光纤的外径基本保持不变；(3)熔接利用常规的熔接工艺对经过步骤(1)和步骤( 处理后的双包层光纤 和光子晶体光纤进行熔接。上述，在所述双包层光纤的处理步骤中， 所述熔融拉锥工艺应用于双包层光纤以前，最好是先将双包层光纤的保护层和外包层去 除。上述，在进行所述的熔融拉锥过程中，通 过控制火焰的加热时间使双包层光纤变形后的过渡锥区长度优选在Icm以上。通过使双包 层光纤变形后的过渡锥区长度足够长(例如大于1cm)，则由熔融拉锥引入的损耗将会变得 非常小(可小于0. IdB)，这对后续步骤中的低损耗熔接具有非常积极的意义。上述，在所述光子晶体光纤的处理步骤 中，加热塌缩空气孔的具体操作方法优选为将所述光子晶体光纤一端纤芯周围的多圈空 气孔进行胶水密封，并在该密封端进行充气，同时将该光子晶体光纤另一端的所有空气孔 进行塌缩密封，当空气孔内的气压达到平衡后(长度为an的光子晶体光纤一般充气两个小 时左右就可达到平衡)，利用熔融拉锥机加热该光子晶体光纤上的一段(长度可设为L，L的 值优选在6cm以上)，使位于该段内的所述胶水密封的多圈空气孔塌缩，并与塌缩前的纤芯 构成一个整体，得到与所述熔融拉锥处理后双包层光纤的模场直径相匹配的新纤芯(按照 本专利技术的光子晶体光纤不同圈数空气孔塌缩后的横截面显微镜照片可参见图6)。上述中，所述胶水密封的空气孔的圈数优选为n，且《 = 式j (该符号为下取整)，其中d'工为所述步骤(1)处理后双包层光纤的 模场直径，d2为所述步骤( 处理前光子晶体光纤的模场直径。上述，在利用熔融拉锥机加热该光子晶体 光纤上的一段长度L的过程中，通过控制加热次数来逐渐减少该加热区段两端的加热时 间，使该加热区段内的多圈空气孔完全塌缩区两端各形成一个过渡区(所述过渡区的长度 优选在Icm以上)。上述，所述熔接步骤中，利用普通的熔接机对已塌缩空气孔的光子晶体光纤和拉锥处理的双包层光纤进行熔接即可。熔接过程中需 要控制的熔接参数包括放电电流和放电时间、电极位置的设置、重叠长度以及重复放电的 电流和时间。不同光子晶体光纤的熔接，其熔接参数可能会有所变化，本领域人员可以根据 具体实践的不同选择熔接参数，但经过我们的反复实验，优选的工艺控制参数为放电电流 为5mA 16mA，放电时间为IOOms 400ms ；电极位置优选设置在远离光子晶体光纤端的 2μπι 8μπι处，重叠长度为4 μ m 8 μ m ；重复放电的电流为5mA IOmA,重复放电的时 间为 IOOms 300ms。在实际的光子晶体光纤熔接过程中，通过选择合适的放电电流、放电时间、电极位 置及重叠长度等就可以实现模场直径相当或者相差不大的光子晶体光纤与普通光纤的低 损耗熔接，即通过优化熔接参数可以完全消除光子晶体光纤空气孔的变形所引入的塌缩。 基于此，上述的技术方案首先利用熔融拉锥技术减小双包层光纤的外径，消除两种光纤在 外径上的不匹配，然后通过塌缩光子晶体光纤中心的空气孔增加其模场直径，使要熔接的 两种光纤的模场直径也基本相同，所以模场直径不匹配引入的损耗也得以克服。据此，通过 熔融拉锥减小双包层光纤的外径使得外径匹配、通过塌缩光子晶体光纤纤芯附近的空气孔 使得模场直径匹配、再选择合适的熔接工艺参数消除熔接过程中引入的损耗，这使得上述 两种光纤熔接过程中面临的三个主要问题均得以克服，最终累积的熔接损耗依然可以控制 在很小的范围内(实践证明本专利技术熔接方法的熔接损耗只有0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双包层光纤和光子晶体光纤的熔接方法，包括以下步骤：（１）双包层光纤的处理：通过熔融拉锥工艺减小所述双包层光纤的外径，使其与所述光子晶体光纤的外径相同；（２）光子晶体光纤的处理：通过加热塌缩所述光子晶体光纤纤芯周围的空气孔，使光子晶体光纤的模场直径与熔融拉锥后的双包层光纤的模场直径相匹配，同时使光子晶体光纤的外径基本保持不变；（３）熔接：利用常规的熔接工艺对经过步骤（１）和步骤（２）处理后的双包层光纤和光子晶体光纤进行熔接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子伦，侯静，奚小明，孙桂林，陈胜平，王泽锋，司磊，许晓军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]