專利名稱：光纖連接線的纖芯及其制備方法以及光信號傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種光纖連接線的纖芯及其制備方法以及光信號傳輸系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種不會造成光損失及不需使用精密耦合裝置即可連接一光源與一多模光纖的光纖連接線的纖芯及其制備方法以及光信號傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖主要是由一纖芯(core)及一包覆該纖芯的包層(cladding)所構(gòu)成。該纖芯的折射率高于包層的折射率，由于光線由高折射率介質(zhì)傳送至低折射率介質(zhì)時發(fā)生全反射，因而光線可以不斷地在高折射率介質(zhì)中傳播。光纖依其折射率可分成階越型光纖(step index fiber)及梯度型光纖(graded index fiber)兩種；而依傳播模式可分成單模光纖(Single-Mode Fiber)及多模光纖(Multi-Mode Fiber)兩種。
階越型光纖因其纖芯與包層的折射率變化劇烈，因此由纖芯射向包層的光束會在界面處發(fā)生全反射，使光束不停地依全反射在纖芯中傳播。階越型光纖存在多個傳播模式(mode)，因每個傳播模式以不同速度傳播信號，導(dǎo)致到達(dá)終點的時間不同而造成信號失真(即所謂擴(kuò)散現(xiàn)象)。由于單模光纖的纖芯直徑非常細(xì)，只容許平行中心軸的光束進(jìn)入纖芯，因此光束到達(dá)終點的時間相同。然而，當(dāng)光源的發(fā)光面積大于單模光纖的纖芯時，大部分的光將因無法耦合(coupling)入纖芯而造成光損失。
梯度型光纖的纖芯的徑向折射率是呈拋物線分布設(shè)計，且隨著半徑的增加而減少。因光束在介質(zhì)中的傳播速度隨著介質(zhì)的折射率增加而減少，所以偏離中心軸的光束在折射率較低的介質(zhì)中傳播，傳播速度較快，但行經(jīng)的路徑較長；而沿中心軸傳播的光束在折射率較高的介質(zhì)中傳播，傳播速度較慢，但行經(jīng)的路徑較短。不同傳播模式光線到達(dá)定點的差分模延遲(differential mode delay，DMD)取決于纖芯的徑向折射率分布。
圖1是一已知梯度型光纖的纖芯10的剖視圖及其徑向折射率分布圖，由美國專利第6,256,680 B1號揭示。該纖芯10是在一玻璃管中緩慢地沉積化學(xué)成份制備的，其徑向折射率是通過控制沉積的化學(xué)成份(例如含鍺的反應(yīng)氣體)的流量而獲得。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)在該玻璃管的內(nèi)壁沉積一預(yù)定厚度時，停止向該玻璃管中輸送反應(yīng)氣體以形成一中空玻璃棒。之后，將該中空玻璃棒加熱熔縮成一實心的預(yù)制棒(preform)，再進(jìn)行抽絲以形成該纖芯10。該中空玻璃棒內(nèi)部的部分鍺元素在加熱熔縮過程中形成氧化鍺而氣化，因而在該纖芯10的軸中心處形成一異常折射區(qū)12。
當(dāng)一單模激光光源的激光束射入一多模光纖的纖芯(例如該纖芯10)時，位于軸中心處的異常折射區(qū)12會導(dǎo)致光信號的脈沖分離(pulse splitting)現(xiàn)象。因此在連接一單模激光光源與該纖芯10時，必須避免該單模激光光源的激光束射入該纖芯10的軸中心處。US6,256,680 B1號專利揭示的技術(shù)是通過在該纖芯10的軸中心處設(shè)置一不透光圓點，用于阻隔該激光束耦合進(jìn)入該纖芯10的軸中心處，進(jìn)而避免該激光束沿著該纖芯10的軸中心處行進(jìn)抵達(dá)光檢測器。如此，該單模激光光源在該纖芯10的一端射入的激光束只可沿著該異常折射區(qū)12以外區(qū)域行進(jìn)才能抵達(dá)另一端的光檢測器，因此可避免該激光束因經(jīng)由該異常折射區(qū)12行進(jìn)所導(dǎo)致的脈沖分離現(xiàn)象。US6,256,680 B1號專利揭示該不透光圓點可較好地阻隔90％的能量。然而，由于位于軸中心處的不透光圓點阻隔該激光束耦合進(jìn)入該纖芯10，因此照射在該不透光圓點的激光束將有90％的光損失。
另一種消除脈沖分離現(xiàn)象的技術(shù)是利用一精密耦合裝置連接一單模激光光源與一多模光纖。由于該激光光源僅可耦合其激光束進(jìn)入該多模光纖的部分傳播模，實際操作時通過一精密耦合裝置協(xié)助對準(zhǔn)以便將該激光束沿著該多模光纖的徑向均勻?qū)?，使得該激光束均勻地射入該多模光纖的所有傳播模中以避免發(fā)生脈沖分離現(xiàn)象(請參考Cisco systems，″Catalyst 5000 Series Mode-ConditioningPatch Cord Installation Note″)。由于必須使用精密耦合裝置協(xié)助對準(zhǔn)，在組裝及設(shè)計上造成諸多不便。再者，使用精密耦合裝置還會導(dǎo)致整體的成本增加，并不完全符合產(chǎn)業(yè)上的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種不會造成光損失及不需使用精密耦合裝置即可連接一光源與一多模光纖的光纖連接線的纖芯及其制備方法以及光信號傳輸系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種光纖連接線的纖芯及其制備方法以及光信號傳輸系統(tǒng)。該光纖連接線的纖芯包含一第一末端、一第二末端以及一自該第一末端向該第二末端延伸的漸變區(qū)。該第一末端的徑向折射率分布呈連續(xù)變化，以在該光纖連接線軸中心處具有最大值，并沿徑向逐漸遞減較好。該第二末端包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻隔區(qū)。該漸變區(qū)是自該第一末端延伸至該第一末端與該第二末端間的一預(yù)定位置，其中該漸變區(qū)的徑向折射率分布是由該第一末端的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒说姆植紶顟B(tài)。
本發(fā)明的光纖連接線的制備方法首先制備一預(yù)制纖芯，其包含一設(shè)置在軸中心處的光束阻隔區(qū)。之后，在該預(yù)制纖芯的一末端進(jìn)行熱處理以使其徑向折射率分布呈連續(xù)地變化。該熱處理過程驅(qū)使該預(yù)制纖芯中的鍺元素擴(kuò)散進(jìn)入該光束阻隔區(qū)，從而使其徑向折射率分布沿徑向逐漸遞減。較好的情況是，該末端的徑向折射率在軸中心處具有最大值，并沿徑向逐漸遞減。
本發(fā)明的光纖連接線可應(yīng)用于一光信號傳輸系統(tǒng)，用于連接一光源與一多模光纖。該第一末端與該光源連接，而該第二末端則與該多模光纖連接。由于本發(fā)明的光纖連接線的纖芯具有梯度型分布的漸變區(qū)，因此該光源只需將光束導(dǎo)向該第一末端的任何區(qū)域，該漸變區(qū)即自動地將該光束全部耦合導(dǎo)向該光束阻隔區(qū)以外的環(huán)形區(qū)域。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的光纖連接線的纖芯由于具有梯度型分布的漸變區(qū)，因此具有下列優(yōu)點1.由于該光纖連接線與該光源連接的第一末端沒有不透光圓點，來自該光源的光束全部耦合導(dǎo)入該光纖連接線的纖芯，因此本發(fā)明的光纖連接線與該光源的連接并不會產(chǎn)生任何的光損失。
2.該光纖連接線不需使用精密耦合裝置，即可直接連接該光源與該多模光纖，因此本發(fā)明的光纖連接線與其它光學(xué)元件的組裝及設(shè)計上較為簡便。
3.由于該光纖連接線與該光源的連接并不需使用精密耦合裝置，因此本發(fā)明的光纖連接線可大幅地降低成本。


圖1是一已知的梯度型光纖的剖視圖及其徑向折射率分布圖；圖2是本發(fā)明的光纖連接線的示意圖及其徑向折射率分布圖；圖3至圖5是本發(fā)明的光纖連接線的制備方法示意圖；圖6是本發(fā)明的光信號傳輸系統(tǒng)的示意圖。
圖中元件符號說明


具體實施方式
圖2是本發(fā)明的光纖連接線的纖芯30的示意圖及其徑向折射率分布圖。如圖2所示，該纖芯30包含一第一末端40、一第二末端50以及一自該第一末端40向該第二末端50延伸的漸變區(qū)60。該第一末端40的徑向折射率分布呈連續(xù)地變化，較好的情況是在該纖芯30的軸中心具有最大值，并沿徑向逐漸遞減。該第二末端50包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻隔區(qū)52，且其徑向折射率分布是由該光束阻塞區(qū)52的外側(cè)沿徑向逐漸遞減。該漸變區(qū)60是自該第一末端40延伸至一預(yù)定位置62，且該漸變區(qū)60的徑向折射率分布是由該第一末端40的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒?0的分布狀態(tài)。
圖3至圖5是本發(fā)明的光纖連接線的制備方法示意圖。如圖3所示，本發(fā)明首先制備一預(yù)制纖芯70，其包含一設(shè)置軸中心處的光束阻隔區(qū)92。該預(yù)制纖芯70的制備是在一玻璃管的內(nèi)壁上緩慢地沉積化學(xué)成份，其徑向折射率是通過控制含鍺的反應(yīng)氣體的流量而達(dá)到。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)在該玻璃管的內(nèi)壁沉積一預(yù)定時間時，停止向該玻璃管中輸送含鍺的反應(yīng)氣體，但持續(xù)輸送其它反應(yīng)氣體直到沉積一預(yù)定厚度。之后，再經(jīng)由熔縮及抽絲即可形成具有一光束阻隔區(qū)92的預(yù)制纖芯70。
請參考圖4，接著在該預(yù)制纖芯70的第一末端80進(jìn)行一熱處理過程，以使其徑向折射率分布呈連續(xù)地變化。該熱處理過程是通過在一預(yù)定區(qū)域82左右移動的火焰烘烤該預(yù)制纖芯70，驅(qū)使該預(yù)制纖芯70中的鍺元素擴(kuò)散進(jìn)入該光束阻塞區(qū)92。該熱處理過程使得該第一末端80的徑向折射率分布轉(zhuǎn)變呈連續(xù)地變化，而該區(qū)域82的徑向折射率分布則由該第一末端80的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒?0的分布狀態(tài)，以完成該纖芯30的制備(如圖5所示)。較好的情況是，該纖芯30的第一末端80的徑向折射率分布在軸中心處具有最大值，并自軸中心沿徑向逐漸遞減。之后，該纖芯30的外部將鍍上包層，從而形成該光纖連接線。
圖6是本發(fā)明的光信號傳輸系統(tǒng)100的示意圖。如圖6所示，該光信號傳輸系統(tǒng)100包含一光源102、一多模光纖104、一設(shè)置于該光源102與該多模光纖104間的光纖連接線(僅例示該光纖連接線的纖芯30)。該纖芯30與該光源102連接的第一末端40的徑向折射率分布是呈連續(xù)地變化，而其與該多模光纖104連接的第二末端50則包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻隔區(qū)52。
本發(fā)明的光纖連接線由于其纖芯30具有梯度型分布的漸變區(qū)60，來自該光源102的光束將全部從該第一末端40進(jìn)入該漸變區(qū)60。之后，該光束經(jīng)由該漸變區(qū)60折射后，在離開該漸變區(qū)60后只能在該光束阻塞區(qū)52以外的環(huán)形區(qū)域傳播。因此，連接該光纖連接線與該光源102時，只需將來自該光源102的光束導(dǎo)向該纖芯30的第一末端40的任何區(qū)域，該漸變區(qū)60即可自動地將該光束全部耦合導(dǎo)向該光束阻塞區(qū)52以外的環(huán)形區(qū)域，而不會產(chǎn)生任何的光損失。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的光纖連接線的纖芯30由于具有梯度型分布的漸變區(qū)，因此具有下列優(yōu)點1.由于該光纖連接線與該光源102連接的第一末端40沒有不透光圓點，來自該光源102的光束是全部耦合導(dǎo)入該光纖連接線的纖芯30，因此本發(fā)明的光纖連接線與該光源102的連接并不會產(chǎn)生任何的光損失。
2.本發(fā)明的光纖連接線可與該光源102直接連接，不需使用精密耦合裝置即可連接該光源102與該多模光纖104，因此本發(fā)明的光纖連接線與其它光學(xué)部件的組裝及設(shè)計上較為簡便。
3.由于本發(fā)明的光纖連接線與該光源102的連接并不需使用精密耦合裝置，因此本發(fā)明可大幅地降低該光信號傳輸系統(tǒng)100的成本。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種光纖連接線的纖芯，其特征在于，其包含一第一末端，其徑向折射率分布呈連續(xù)地變化；一第二末端，包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻塞區(qū)；一漸變區(qū)，自該第一末端向該第二末端延伸，且該漸變區(qū)的徑向折射率分布是由該第一末端的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒说姆植紶顟B(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖連接線的纖芯，其特征在于，所述第一末端的徑向折射率分布是沿徑向逐漸遞減。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖連接線的纖芯，其特征在于，所述第一末端的徑向折射率分布在軸中心處具有最大值。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖連接線的纖芯，其特征在于，所述第二末端的徑向折射率分布是由該光束阻隔區(qū)的外側(cè)沿徑向逐漸遞減。
5.一種光信號傳輸系統(tǒng)，其特征在于，其包含一光源；一多模光纖；一光纖連接線，設(shè)置于該光源及該多模光纖之間，其中該光纖連接線包含一纖芯，該纖芯與該光源連接的第一末端的徑向折射率分布呈連續(xù)性變化，且該纖芯與該多模光纖連接的第二末端包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻隔區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的光信號傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述纖芯與該光源連接的第一末端的徑向折射率分布是由軸中心沿徑向逐漸遞減。
7.如權(quán)利要求5所述的光信號傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述纖芯與該光源連接的第一末端的徑向折射率分布在軸中心處具有最大值。
8.如權(quán)利要求5所述的光信號傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述纖芯包含一漸變區(qū)，而該漸變區(qū)的徑向折射率分布是由該第一末端的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒说姆植紶顟B(tài)。
9.一種光纖連接線的制備方法，其特征在于，其包含制備一預(yù)制纖芯，該預(yù)制纖芯包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻塞區(qū)；在該預(yù)制纖芯的一末端進(jìn)行一熱處理過程，以使其徑向折射率分布呈連續(xù)地變化。
10.如權(quán)利要求9所述的光纖連接線的制備方法，其特征在于所述熱處理過程使該末端的徑向折射率分布由軸中心沿徑向逐漸遞減。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光纖連接線的纖芯，其包含一第一末端、一第二末端以及一自該第一末端向該第二末端延伸的漸變區(qū)。該第一末端的徑向折射率分布是呈連續(xù)地變化，較好的情況是在軸中心處具有最大值，并自軸中心沿徑向逐漸遞減。該第二末端包含一設(shè)置于軸中心處的光束阻塞區(qū)。該漸變區(qū)是自該第一末端延伸至該第一末端與該第二末端間的一預(yù)定位置，其中該漸變區(qū)的徑向折射率分布是由該第一末端的分布狀態(tài)漸變?yōu)樵摰诙┒说姆植紶顟B(tài)。
文檔編號G02B6/10GK1629661SQ20031012152
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者向亨臺 申請人:卓越光纖股份有限公司