專利名稱：應(yīng)用自調(diào)準(zhǔn)纖芯擴(kuò)展體的光耦合器及其制造方法
最常見的光波導(dǎo)是由一種具有圓形的纖芯和一個(gè)維護(hù)該纖芯的圓形包層的纖維所構(gòu)成的，大部分的光在纖芯里傳播。光纖維纖芯的直徑，如果是單模纖維的話，一般小于十個(gè)微米(0.01mm)，即使是對(duì)多模纖維，它的直徑也通常小于二百微米，這使得在兩個(gè)或更多的纖維中使光通過(guò)或耦合(混合)成為技術(shù)上一個(gè)極大的難題。
制造光纖維耦合器，必須經(jīng)過(guò)大量的纖維制造過(guò)程，第一個(gè)多模星形纖維耦合器，或也稱作光混合器是七十年代早期出現(xiàn)的，它的組成包括一個(gè)窄而長(zhǎng)的長(zhǎng)方形空腔，其兩端各連接一線性纖維陣列。從任何一根纖維射入空腔的光，傳播一段很長(zhǎng)距離以后會(huì)均勻地照射另一端的纖維陣列，這種星形耦合器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且光的波長(zhǎng)與耦合率無(wú)關(guān)，缺點(diǎn)是，因?yàn)樗膱A形結(jié)構(gòu)和包復(fù)著每個(gè)纖芯的包層的存在，它的纖芯部分只占總橫截面的一部分，因此，由所謂的堆積密度系數(shù)造成的光損耗，即使是對(duì)多模纖維來(lái)說(shuō)也是很高的，而且這類耦合器根本不能用于單模纖維，因?yàn)槠淅w芯對(duì)包層的面積的比例是很小的，只有大約一比一百。
七十年代初期，另外一種叫作熔合雙錐耦合器的器件已用于多模光纖，這種耦合器的制造方法，是將光纖維扭轉(zhuǎn)，加熱軟化，然后緩慢地拉長(zhǎng)，直到在纖芯里傳導(dǎo)的光因?yàn)檫@拉伸熔融區(qū)域的體積變小而射入包層。一但光進(jìn)入包層，它就可以自由傳播到其他鄰近纖維的包層里，因?yàn)檫@些纖維已在拉伸過(guò)程中熔合在一起。在熔合區(qū)的第二段中，隨著光纖維的直徑的增大，包層模變回為纖芯模。這工藝依賴于漸變、平滑的錐形延伸過(guò)程，這樣才能保證光在纖芯與包層之間進(jìn)行絕熱式轉(zhuǎn)化。
八十年代早期，單模纖維在光學(xué)纖維市場(chǎng)上幾乎完全取代了多模光纖維，熔合雙錐耦合器工藝不斷改進(jìn)，直到它可以很好地應(yīng)用于單模纖維，因此出現(xiàn)了一系列發(fā)明申請(qǐng)，例如愛摩托(Imoto)的美國(guó)專利(4，798，438和4，842，359)及夏海地(Shahidi)的4，961，617，應(yīng)用一種更先進(jìn)的熔融成錐(fused-tapered)技術(shù)，但是，這工藝依舊非常精細(xì)，特別是當(dāng)輸入、輸出光纖維超過(guò)兩束時(shí)，目前單模光纖耦合器的最大接口數(shù)是四輸入、四輸出(稱為4×4)或單輸入、七輸出(1×7)，如果需要更大的光通道數(shù)，可將大量2×2的耦合器串聯(lián)起來(lái)，因而導(dǎo)致需要過(guò)多的勞力和高昂的價(jià)格。
在另一種替代方法中，光耦合是由制作在光學(xué)基體上的光通波導(dǎo)完成的。這一類設(shè)計(jì)包括門謝克(Manscheke)的美國(guó)專利4，566，753、穿伯里(Tremblay)的專利4，653，845、德雷戈克(Draqonc)的4，904，042和布斯諾(Brichenno)的4，950，045，這種利用平面波導(dǎo)的方法耗資最高，它幾乎是唯一被用于制造輸入/輸出多于(4×4)或(1×7)的單模光纖耦合器，這個(gè)工藝包括制造平面光通道波導(dǎo)，切割和拋光該基體的端面，使得其平整光滑，并且使平面相交處的角度銳化，然后把10微米的光纖維纖芯和幾微米的波導(dǎo)端部對(duì)接并對(duì)中校準(zhǔn)，誤差不得超過(guò)1至2微米，最后把光纖維膠合在調(diào)準(zhǔn)位置。在膠體固化過(guò)程中光纖維的移動(dòng)不超過(guò)1到2微米，單模星形纖維耦合器的高昂價(jià)格就是這工藝繁瑣困難的反映。
因此，市場(chǎng)急需一種制造多接口耦合器，特別是制造單模纖維耦合器的方法，這方法必須避免繁瑣的制作過(guò)程和繁雜的組裝步驟。
光纖連結(jié)器是纖維光學(xué)，尤其是光纖維通訊中的另一個(gè)關(guān)鍵組成部件，對(duì)終端用戶，例如相互連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，成本是很關(guān)鍵的問題。目前的光纖維連續(xù)器即昂貴又復(fù)雜，另外，這些應(yīng)用需要多纖維陣列連接器，即用于電器導(dǎo)線的多針接頭的對(duì)應(yīng)器件。陣列連接器不但節(jié)省空間、連結(jié)時(shí)間，而且減少連接成本。生產(chǎn)這種多纖維陣列連結(jié)器的技術(shù)目前僅在搖籃期，價(jià)格高得不合實(shí)際。一般而言，光纖維的連接因光束在耦合面里增粗而變得更容易，當(dāng)光束增大時(shí)，允許對(duì)中的容差要大一些，但同時(shí)允許的角度容差卻要求更為嚴(yán)格。例如，瓦謝瑪安(Wasserman)和吉鮑拉(Gibolar)在美國(guó)專利5，097，524中利用透鏡來(lái)擴(kuò)展光束。蒙斯麗西(Moslehi)在《光學(xué)通訊》(Optics Letters)14卷23期1327頁(yè)里描述一種擴(kuò)展光束的光纖維連接方法。胡塞(Hussey)佩尼(Payne)在《電子學(xué)通信》(Electronic Letters)，第24卷第1期14頁(yè)中介紹一種纖維錐角光束擴(kuò)展器。然而這些技術(shù)都要求光纖維和光束擴(kuò)展器件間的嚴(yán)格對(duì)中。另外，以上方法僅適用于單光纖維連接，而對(duì)陣列連接器并不適用。
光纖維和光通波導(dǎo)間的連接是另一個(gè)重要的纖維光學(xué)技術(shù)。目前光通波導(dǎo)是照相印版(photo-Lithography)制作在或鄰近于一塊光學(xué)基板的頂平面，或采用其它先進(jìn)技術(shù)，比如電子束或激光束刻制。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，一個(gè)光通波導(dǎo)需要一一對(duì)應(yīng)以對(duì)接方式接于一光纖維。首先光通波導(dǎo)的末端被切平與波導(dǎo)平面成直角，然后被磨光但其誤差不能超過(guò)波長(zhǎng)的幾分之一，同時(shí)保持邊緣與基板平面成直角，并且不超過(guò)一至二微米的距離，然后把一束光纖維的斷面引近這波導(dǎo)的端面、光纖維芯和波導(dǎo)橫側(cè)面的對(duì)準(zhǔn)誤差必須小于1到2微米或更小，最后在對(duì)接區(qū)域加入一種膠合劑。膠合劑固化時(shí)，體積變化和位移時(shí)常造成對(duì)中變壞，導(dǎo)致連結(jié)器的損耗。即使當(dāng)對(duì)中是完全完善時(shí)，圓形的光纖維纖芯和基本上方形的光通傳導(dǎo)間存在的幾何形狀的失配也能造成很大的連結(jié)損耗?？傊饫w維與光纖波導(dǎo)之間連接是一個(gè)成本很高的制作步驟，這也是盡管纖維光學(xué)據(jù)有很大潛力，卻至今尚未打入更大的用戶市場(chǎng)的另一個(gè)原因。
本發(fā)明的主要目的是提供一種新型的光學(xué)界面器件，用于解決制造光纖維耦合器和連結(jié)器技術(shù)上的難題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造新型光學(xué)耦合器件的方法，以減小生產(chǎn)成本，以使之甚至可用于低密度低端光纖維通訊之中。
本發(fā)明的基本組成包括一個(gè)光纖維，它具有一個(gè)纖芯，一個(gè)包層和一個(gè)纖芯擴(kuò)展體。其中纖芯擴(kuò)展體是設(shè)在纖維芯的端面上的，具有發(fā)散形喇叭狀結(jié)構(gòu)。纖芯擴(kuò)展體使得波導(dǎo)效果應(yīng)顯著超過(guò)該纖芯端面之外，隨著它從纖芯末端處延伸出來(lái)其橫截面會(huì)逐漸增加，直到其截面比光纖維纖芯的直徑大很多為止。對(duì)本發(fā)明的有些實(shí)施例有另一個(gè)附加條件纖芯擴(kuò)展體的最大直徑要比包層的直徑大。這是因?yàn)檫@些實(shí)施例里的纖芯擴(kuò)展體要能伸至并接觸到鄰近光纖維的纖芯擴(kuò)展體，或是光波導(dǎo)的內(nèi)壁。這一點(diǎn)將在下面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。另外纖芯擴(kuò)展體的折射率要比它的周圍介質(zhì)的高，這樣，以一定角度射入纖芯擴(kuò)展體的光能被束約在該纖芯擴(kuò)展體里傳播。這種光纖維耦合器具有多條纖芯，每個(gè)纖芯都有一上述纖芯擴(kuò)展體，所述多條纖芯基本上呈平行排列。
以上概括說(shuō)明的新纖芯-擴(kuò)展體，可以首先應(yīng)用于光纖維耦合器，所以鄰近的纖芯-擴(kuò)展體在一定的距離處逐漸重合，形成一個(gè)共用纖芯擴(kuò)展體，該重合區(qū)可用作光耦合或光分束的光混合區(qū)。不僅如此，如導(dǎo)管、棒、透鏡、反射鏡等及其他光學(xué)元件都可以加在所述耦合器實(shí)施例中以增強(qiáng)光混合的功能。
為了達(dá)到價(jià)格可擔(dān)負(fù)的目的，制作過(guò)程必須容易而簡(jiǎn)單。本發(fā)明公開了幾種簡(jiǎn)單的制作光纖維芯-擴(kuò)展體的制作方法，其中之一是將纖維光波導(dǎo)的末端面浸入在一種光活性的材料里，比如光固化或光聚合材料，然后，具有合適波長(zhǎng)和一定強(qiáng)度的光束從波導(dǎo)的另一端射入該光束從浸入光活性材料中的光纖端面射出，對(duì)處于發(fā)散形殼層中的光活性物照射，從而形成期望的纖芯擴(kuò)展體。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是光纖維的透視圖，它有一個(gè)纖芯，一個(gè)單個(gè)的纖芯擴(kuò)展體連結(jié)在該纖芯的一個(gè)末端。
圖2是圖1所示實(shí)施例的平面圖。
圖3所示是兩個(gè)纖維，各具有一個(gè)單獨(dú)的纖芯擴(kuò)展體，這兩個(gè)纖芯擴(kuò)展體合并形成的一個(gè)共用的纖芯擴(kuò)展體用于光的混合和耦合。
圖4是兩個(gè)圖3所示實(shí)施例在共用的纖芯擴(kuò)展體的遠(yuǎn)端頭對(duì)頭地連結(jié)起來(lái)，這樣可使來(lái)自一側(cè)的各條光纖維的光可以耦合到另一側(cè)的各條光纖維。
圖5與圖4相同，只是每一側(cè)的耦合器里的纖維條數(shù)大于2。
圖6是圖5所示實(shí)施例沿X-X′的截面圖，這里的光學(xué)纖維被排列成一維線性陣列。
圖7是圖5所示實(shí)施例沿Y-Y′的截面圖，如圖6所示的一維陣列的實(shí)施例。
圖8是圖5所示實(shí)施例沿X-X′的截面圖，這里纖維被排列成二維陣列。
圖9是圖5所示實(shí)施例沿Y-Y′的截面，如圖8所示的二維陣列實(shí)施例。
圖10與圖4相同，只是一個(gè)共用的纖芯擴(kuò)展體被放置在一個(gè)光導(dǎo)管中。
圖11與圖4相同，只是有一塊固體物質(zhì)被伸入到纖芯擴(kuò)展體中間。
圖12與圖4相同，只是有一塊透鏡被伸入到纖芯擴(kuò)展體中間。
圖13是圖1所示實(shí)施例的自調(diào)準(zhǔn)制作方法，其中纖維的末端面浸在光活性物里，通過(guò)發(fā)射光對(duì)在發(fā)散形殼體內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行照射并改變其性質(zhì)。
圖14是圖3所示實(shí)施例的自調(diào)準(zhǔn)制作方法，其中纖維的末端面浸在光活性物里，通過(guò)發(fā)射光對(duì)在發(fā)散形殼體的物質(zhì)進(jìn)行照射并改變其性質(zhì)。
下面詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式圖1所示是一個(gè)光學(xué)纖維，它的組成包括一個(gè)纖芯1，一個(gè)包層2，二個(gè)端面3和4，其中的一個(gè)端面3連結(jié)著一個(gè)喇叭狀的構(gòu)件9，這就是本發(fā)明所謂的纖芯擴(kuò)展體。本發(fā)明的纖芯擴(kuò)展體9在它與端面3界面處與纖芯1一樣窄，當(dāng)它從端面3延伸出去時(shí)向外發(fā)散開來(lái)。圖2是圖1所示實(shí)施例的側(cè)視圖。如圖2所示，纖芯擴(kuò)展體9的最大直徑比包層的直徑要大。在本發(fā)明里，為了具有耦合和連結(jié)功能，這個(gè)規(guī)格是必需的，這一點(diǎn)如下會(huì)進(jìn)一步闡明。
纖芯擴(kuò)展體9內(nèi)的折光指數(shù)比它外面的折光指數(shù)高，這樣光就被限制在纖芯擴(kuò)展體9里。
當(dāng)光在其直徑不斷減小的圓錐體區(qū)域里傳播時(shí)，比如在纖芯擴(kuò)展體9里面，光的入射角會(huì)變小，當(dāng)錐體的長(zhǎng)度變得太長(zhǎng)，且錐角太大，則入射角會(huì)變得非常小，已至于在錐體的某些點(diǎn)上不能發(fā)生全內(nèi)反射現(xiàn)象。當(dāng)這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，光就會(huì)從該光導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里漏出，減小錐體的角度和增加它的長(zhǎng)度可以減小或完全消除這一現(xiàn)象。當(dāng)錐體的角度足夠小的時(shí)候，可以達(dá)到所謂的絕熱過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程里，光在錐體物里傳播不經(jīng)歷任何局部本征模的轉(zhuǎn)換。因此纖芯擴(kuò)展體9最好保持較小的錐角。通過(guò)腐蝕或熱加工成錐形的方法減小纖維包層6的厚度會(huì)對(duì)此有幫助，這樣纖芯擴(kuò)展體9不需要擴(kuò)伸太大就能達(dá)到它所應(yīng)有的功能。這一點(diǎn)下面通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一些較好的實(shí)施例就可以清楚地了解。這個(gè)指導(dǎo)是很重要的，因?yàn)槌撬腻F角被限制在很小的范圍內(nèi)，例如對(duì)于多模纖維來(lái)說(shuō)是幾度，對(duì)單模來(lái)說(shuō)是1或2度，纖芯擴(kuò)展體會(huì)因損耗太多而運(yùn)載對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)沒有多大用處。
圖3是本發(fā)明耦合器的基本實(shí)施體。如上文所指出的，纖維擴(kuò)展體是最大直徑比包層直徑大(見圖2)，對(duì)本發(fā)明的耦合器來(lái)講，這個(gè)規(guī)格是必需的，因?yàn)橐粋€(gè)纖芯擴(kuò)展體必須能夠與鄰近的纖芯擴(kuò)展體重疊形成一個(gè)光混合區(qū)域10，如圖3所示，圖3中，兩個(gè)纖維緊密地并排地放置在一起，每個(gè)纖芯擴(kuò)展體從纖芯端面起始起伸出而形成兩個(gè)單獨(dú)的物體，但在一定距離以后形成一個(gè)共同的纖芯擴(kuò)展體10。這樣，進(jìn)入纖芯1的光11就將從耦合區(qū)10射出。
值得指出的是，圖3所示的光混合器實(shí)施例。當(dāng)光從該纖芯擴(kuò)展體一側(cè)射入時(shí)也可以作為分光器來(lái)用。該入射光，比如來(lái)自一個(gè)激光源的光，會(huì)被耦合到纖芯1和5。
本發(fā)明的纖芯擴(kuò)展體是設(shè)在光纖芯的端面上成為一種固裝結(jié)構(gòu)。最方便的是它可以由光活性物構(gòu)成，其物理性須可以通過(guò)光照而改變，然后，從纖芯端面發(fā)散的喇叭狀結(jié)構(gòu)發(fā)射出的光，可以用來(lái)照射制造纖芯擴(kuò)展體。也就是說(shuō)，纖芯擴(kuò)展體占據(jù)由纖芯末端面發(fā)射出的光所形成的喇叭狀空間各單獨(dú)光束從纖芯端面射出足夠長(zhǎng)距離以后，會(huì)重疊形成交疊區(qū)域，即共用纖芯擴(kuò)展體，用于光的混合。這方面及它的變種裝在下面敘述方法發(fā)明時(shí)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
將圖3所示的光混合部件與其鏡象復(fù)制器(如圖4所示)在共用纖芯擴(kuò)展體的遠(yuǎn)端處配成對(duì)，這樣可以制成一個(gè)完全的纖維-纖維耦合器實(shí)施例，共用纖芯擴(kuò)展體20對(duì)纖芯1、5、15和17來(lái)講，是光混合或耦合的區(qū)域。例如從纖芯1進(jìn)射的光能夠達(dá)到并通過(guò)纖芯擴(kuò)展體20，然后可以耦合到纖芯15和17，如果共用纖芯擴(kuò)展體20足夠?qū)捄烷L(zhǎng)，纖芯15和17就會(huì)獲得相同的出射光分布，光束分裂的比例與光波長(zhǎng)和它的偏振特性無(wú)關(guān)，這是有利的一面。纖芯擴(kuò)展體可以一部分或完全處于空氣里，一些液體和固體，只要其透明而且其指數(shù)比纖芯擴(kuò)展體20低，就都可以用在該纖芯擴(kuò)展體20的外圍。
在圖4里，纖維可以向共用的耦合區(qū)域稍略向內(nèi)，以增加光在纖芯擴(kuò)展體20內(nèi)的重疊，通過(guò)本發(fā)明的說(shuō)明書，我們可以了解，光纖可以稍微地傾斜而不改變耦合的基本機(jī)理。
從圖4所示的二對(duì)二的耦合器的結(jié)構(gòu)(2×2，表示兩個(gè)入射纖維，兩個(gè)出射纖維(可以直接擴(kuò)展到多頭耦合器。圖5所示是一個(gè)六對(duì)六的特例，任何其他組合，比如8×8，8×16，16×16，1×16都是可能的。
圖5所示的多根纖維可以排成線型陣列或兩維空間結(jié)構(gòu)。圖5里的X-X′和Y-Y′截面分別畫在圖6和7，是線型陣列的例子。圖8和9所示是圖5的X-X′和Y-Y′截面，是二維空間排列的例子，對(duì)這兩種情況，在小纖維芯21到26之間都沒有空間重疊，如果很寬的光照在X-X′截面上，只有極小部分照到纖維芯21到26上，但另一方面，有很大的重疊在Y-Y′截面上，以此保證良好的耦合和低損耗。
圖10到14是由圖4所示基本耦合器實(shí)施例變化來(lái)的耦合器。在圖10里，一個(gè)空心光導(dǎo)管51加到圖4所示的基本耦合器實(shí)施例上，構(gòu)成管子51的材料必須具有比纖芯擴(kuò)展體20要低的折光系數(shù)。注意，管子51的內(nèi)徑比沒有管子的纖芯擴(kuò)展體的最大直徑要窄，這樣，纖芯擴(kuò)展體20被管子51沿著其內(nèi)壁削去，管子51的截面可以是環(huán)形的、方形的、長(zhǎng)方形的或者是其他任何形狀。
圖11示出一塊透明的固體物52插到共用纖芯擴(kuò)展體20里面，為的是加長(zhǎng)耦合長(zhǎng)度。
圖12所示是塊聚光鏡53插到共用纖芯擴(kuò)展體20里面，為的是增加光的重疊。
一塊反射的平面可以被安裝在圖3所示的共用纖芯擴(kuò)展體10的末端，這樣從纖維芯1或5照射進(jìn)來(lái)的光可以在共用的纖芯擴(kuò)展體10里面混合。它在共用的纖芯擴(kuò)展體10里進(jìn)一步混合以后，反射回到纖維芯1和5。
以上所說(shuō)的纖芯擴(kuò)展體的實(shí)施例可以用精密的模塑方法來(lái)制造，相配的模型部件可以用于放置纖維，以保證纖維端面能夠與共用的纖芯擴(kuò)展體的分束入口對(duì)準(zhǔn)，這種制造方式特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)，最初的制模成本會(huì)很高，但以后成批生產(chǎn)的費(fèi)用將很低。
這里介紹另一種制造方法，此技術(shù)具有巨大的優(yōu)越性，也就是說(shuō)，纖維芯端與各個(gè)纖芯擴(kuò)展體的初始端可以完全對(duì)準(zhǔn)，為了減小損耗，對(duì)于單模纖維，對(duì)準(zhǔn)的精確度要達(dá)到優(yōu)于一或兩個(gè)微米，所以，這種自調(diào)準(zhǔn)技術(shù)對(duì)單模纖維的耦合器的生產(chǎn)特別有用，單模纖維耦合器的生產(chǎn)占整個(gè)光纖維耦合器市場(chǎng)的90%，這種制造技術(shù)應(yīng)用容易，初始投資低，是一種生產(chǎn)低成本單模耦合器的簡(jiǎn)單而容易的方法。下面用圖13和圖14來(lái)介紹這種制造耦合器的方法，作為本方法發(fā)明的公開。
圖13上是圖1中的光纖維芯1和它的包層2浸在光活性物質(zhì)55里，在本發(fā)明中，光活性物定義成一種物質(zhì)，它的物理性質(zhì)可以通過(guò)光照來(lái)改變和轉(zhuǎn)化，例如，光照可使其形狀和材料本身發(fā)生變化，這類材料包括這樣一些光敏抗蝕劑，比如只有當(dāng)它被紫外光照射時(shí)，才能顯固態(tài)，并且它能夠溶解在一種叫光敏抗蝕物顯影劑里;紫外光固化的高分子材料，只有在波長(zhǎng)為0.3到0.4微米附近的光照射時(shí)才能從液本變成固體;一種特殊的玻璃原材料，當(dāng)它見光時(shí)會(huì)固化;和一種有機(jī)材料，它的折光指數(shù)會(huì)隨光照而變化。
在圖13里，一束一定波長(zhǎng)的光，通常紫外光，從光纖的輸入端4照射入纖維芯，然后從輸出端3成一定的發(fā)散角射出而以足夠的強(qiáng)度照到光活性材料55上來(lái)改變它的性質(zhì)。光活性材料55需要有足夠的厚度，以保證光照以后纖芯擴(kuò)展體9的最寬處能夠比纖維的直徑寬，如上文說(shuō)明的那樣。通過(guò)這個(gè)制造過(guò)程會(huì)得到圖1所示的實(shí)施例。輸出端3不必一定做成平面的，它也可以被作成凸面或凹面來(lái)控制光錐9的立體角。上文已經(jīng)提到過(guò)，纖芯擴(kuò)展體的錐角越小，光損耗越小。在制造纖芯擴(kuò)展體的過(guò)程中，通過(guò)只允許紫外光射入纖維芯7以形成纖維的低級(jí)模的方法可以達(dá)到這個(gè)目的。
圖14所示是圖3中本發(fā)明的基本光混合器實(shí)施例制造方法的示意圖。圖13里的纖維2和6緊挨著放在一起，光56照在兩個(gè)纖維芯1和5上，從輸出端3和7射出的光重疊形成一共用的纖芯擴(kuò)展體10，這樣得到圖3所示的光混合器實(shí)施例。
顯然的，通過(guò)以上的說(shuō)明，許多其它的應(yīng)用和變體可以從本發(fā)明發(fā)展出來(lái)，因此可以理解，在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)可以實(shí)施而不需要專門的說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種光耦合器件，用于延長(zhǎng)光纖維，包括一光導(dǎo)纖維芯，其端面與光的傳播方向垂直；一包圍該纖維芯的包層；一用于光導(dǎo)纖維芯的纖芯擴(kuò)展體；其中，所述纖芯擴(kuò)展體是設(shè)在該纖維芯的端面上，形成與發(fā)散光束形狀相同的形狀，其光程要足夠的長(zhǎng)，以使得該纖芯擴(kuò)展體最遠(yuǎn)端處的最大直徑比纖維芯的直徑大很多，并且它的折光指數(shù)要比它的周圍的介質(zhì)大，從而起到約束光的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合器件，其中纖芯擴(kuò)展體的最大直徑比光纖維包層的直徑大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合器，其中包層的厚度被大幅度地減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合器件，其中所述纖芯擴(kuò)展體是由光活性物質(zhì)構(gòu)成的，這些光活性物質(zhì)的物理性質(zhì)可以通過(guò)光照來(lái)調(diào)整和改變。
5.一種光纖維混合器，包括多根光導(dǎo)纖維芯，其端面與光的傳播方向垂直，彼此緊靠著平行放置;所述多個(gè)光導(dǎo)纖維芯的多個(gè)纖芯擴(kuò)展體，每一個(gè)光導(dǎo)纖維芯有一個(gè)纖芯擴(kuò)展體;其中，所述每個(gè)纖芯擴(kuò)展體是設(shè)在所述纖維芯的端面上，成發(fā)散的喇叭狀結(jié)構(gòu)，使得光導(dǎo)效應(yīng)自該纖維芯端面向外顯著延伸，隨著各個(gè)纖芯擴(kuò)展體從纖維芯端面向外延伸，其截面逐漸增加，當(dāng)延伸到一定距離時(shí)，所述每個(gè)喇叭結(jié)構(gòu)的最遠(yuǎn)端的最大直徑大于兩個(gè)鄰近纖維芯間的距離，這樣，與所述各個(gè)纖維芯相連的所述各個(gè)纖芯擴(kuò)展體合并形成一共用纖芯擴(kuò)展體，以用于光的混合，其折光指數(shù)大于周圍介質(zhì)，以此獲得約束光的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖維混合器，其中所述多個(gè)纖維芯排列為線型陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖維混合器，其中所述多個(gè)纖維排列為兩維空間結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖維混合器，其中所述共用的纖芯擴(kuò)展體放置在一透明的管內(nèi)，它的內(nèi)徑比沒有該管子時(shí)該共用纖芯擴(kuò)展體的最大可能直徑小，并且它的折光指數(shù)比所述纖芯擴(kuò)展體的折光指數(shù)要低。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖維混合器，其中各單個(gè)的纖芯擴(kuò)展體和共用的纖芯擴(kuò)展體都是由模制部件制成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖維混合器，其中各單個(gè)的纖芯擴(kuò)展體和共用的纖芯擴(kuò)展體都是由光活性物質(zhì)構(gòu)成的，其物理性質(zhì)可以通過(guò)光照來(lái)改變和調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖維混合器，其中光活性物質(zhì)是紫外光固化的高分子材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖維混合器，其中光活性物質(zhì)是光敏抗腐蝕材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖維混合器，其中光活性物質(zhì)是一種玻璃原材料，其物理性質(zhì)可以通過(guò)光照來(lái)改變。
14.一種光纖維耦合器，包括第一組多根光導(dǎo)纖維芯，其端面與光的傳播方向垂直，彼此緊靠著平行放置;所述光導(dǎo)纖維芯組具有多個(gè)纖芯擴(kuò)展體，每一個(gè)光導(dǎo)纖維芯有一個(gè)纖芯擴(kuò)展體;第二組多根光導(dǎo)纖維芯，其端面與光的傳播方向垂直，彼此緊靠著平行放置;所述光導(dǎo)纖維芯組具有多個(gè)纖芯擴(kuò)展體，每一個(gè)光導(dǎo)纖維芯有一個(gè)纖芯擴(kuò)展體;其中，第一組光導(dǎo)纖維芯和第二組光導(dǎo)纖維芯面對(duì)面地放置在一共同軸上，所述第一組和第二組纖芯擴(kuò)展體設(shè)置在第一組和第二組光導(dǎo)纖維芯的中間;在該兩組光導(dǎo)纖維芯中，每一組里，各個(gè)纖芯擴(kuò)展體都設(shè)置在纖芯端面上，成發(fā)射的喇叭形結(jié)構(gòu)，以使光導(dǎo)效應(yīng)自纖芯端面向外大幅度延伸，隨著各個(gè)纖芯擴(kuò)展體從纖芯端面向外延伸，其橫截面逐漸增加，當(dāng)該纖芯擴(kuò)展體延長(zhǎng)到足夠長(zhǎng)度時(shí)，每個(gè)喇叭形結(jié)構(gòu)的最遠(yuǎn)端處的最大直徑大于兩個(gè)鄰近纖維芯間的距離，這樣，與各個(gè)纖維芯相連的各個(gè)纖芯擴(kuò)展體會(huì)合并形成共用纖芯擴(kuò)展體，用來(lái)混合光，其折光指數(shù)大于周圍的介質(zhì)，從而具有約束光的功能;所述第一組光導(dǎo)纖維芯的共用纖芯擴(kuò)展體與所述第二組光導(dǎo)纖維芯的共用纖芯擴(kuò)展體是面對(duì)面放置的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光纖維混合器，其中一光傳輸介質(zhì)被插入所述共用纖芯擴(kuò)展體區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光纖維混合器，其中所述光傳輸介質(zhì)是一透鏡。
17.一種如權(quán)利要求1所述的光纖維的纖芯擴(kuò)展體的制造方法，其中所述纖維芯的第一個(gè)端面浸在光活性物里，該光活性物質(zhì)的物理性質(zhì)可以通過(guò)光照來(lái)改變調(diào)節(jié)，照射該光活性物質(zhì)的光從纖維芯的第二個(gè)端面射入，然后以一定的特征發(fā)散角從所述纖芯的第一個(gè)端面射出，從而形成所限定的纖芯擴(kuò)展體的形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造方法，其中，只通過(guò)選擇具有小照射角的光束，使從纖維芯的第一端面射出的光具有小的錐角。
全文摘要
本發(fā)明包括一個(gè)光纖維，它具有一個(gè)纖維芯，一個(gè)包層和一個(gè)纖芯擴(kuò)展體，其中每個(gè)纖芯擴(kuò)展體設(shè)在纖維芯端面上，成發(fā)散喇叭狀，各纖芯擴(kuò)展體，隨著它從纖維芯端面延伸距離的增加，它的截面逐漸增加，在使用該纖芯擴(kuò)展體的實(shí)施例中，纖芯擴(kuò)展體可以同鄰近擴(kuò)展體匯合，形成共用的纖芯擴(kuò)展體，用于光的混合和耦合。纖芯擴(kuò)展體可以由光活性物制成，其形狀由從纖維芯端面射出的光束的發(fā)散形狀所決定。
文檔編號(hào)G02B6/28GK1106542SQ9410211
公開日1995年8月9日 申請(qǐng)日期1994年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月25日
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