本發(fā)明涉及光纖的，更具體地，涉及一種光纖的連接結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、光纖由纖芯和包層組成，是一種用于傳輸光信號(hào)的細(xì)長(zhǎng)而透明的玻璃或塑料纖維。由于光在光纖的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞的載體。不同傳輸介質(zhì)的光纖具有不同的傳輸速率，適配不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性、成本預(yù)算以及安全性要求，往往需要將不同種光纖連接在一起；如，將空芯光纖與實(shí)芯光纖連接在一起；空芯光纖通過反諧振效應(yīng)或者光子帶隙效應(yīng)將光束縛在空氣纖芯中進(jìn)行傳輸，相比于普通光纖，其具有低損耗、低時(shí)延、低非線性效應(yīng)和低激光損傷閾值的優(yōu)勢(shì)，在光纖通信、光纖傳感與激光器件等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用前景；傳統(tǒng)實(shí)芯光纖經(jīng)過數(shù)十年的快速發(fā)展，在光通信與光傳感擁有著巨大的優(yōu)勢(shì)；光纖的連接結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合空芯光纖和實(shí)芯光纖的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，不同種光纖往往具有不同的模場(chǎng)直徑，直接將不同種光纖連接在一起，會(huì)因?yàn)槟?chǎng)直徑不匹配產(chǎn)生巨大的光纖損耗，而且會(huì)因?yàn)檫B接界面存在較大的折射率差異，從而產(chǎn)生較大的背向反射。傳統(tǒng)連接方法通過在兩種光纖連接界面使用連接器來降低背向反射，但會(huì)造成進(jìn)一步的光纖損耗。

3、為了克服不同種光纖模場(chǎng)直徑不匹配的技術(shù)問題，現(xiàn)有技術(shù)利用光纖連接器使不同種光纖模場(chǎng)直徑匹配，但現(xiàn)有技術(shù)不僅仍然存在因連接界面存在較大的折射率差異所產(chǎn)生的較大的背向反射的問題，還因?yàn)楣饫w連接器引入了額外的插入損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的存在較大的背向反射的缺陷，提供一種能夠抑制背向反射且沒有插入損耗的光纖的連接結(jié)構(gòu)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種光纖的連接結(jié)構(gòu)，包括第一光纖、漸變折射率光纖、連接管和第二光纖；所述漸變折射率光纖、連接管分別具有相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端；所述第一光纖和漸變折射率光纖的第一端固定連接后沿著漸變折射率光纖第二端與連接管的第一端相連接，所述連接管沿著第二端與第二光纖固定連接。

4、本發(fā)明還提出了一種光纖的連接結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用上述的光纖的連接結(jié)構(gòu)。所述方法包括以下步驟：

5、在仿真平臺(tái)中構(gòu)建所述連接結(jié)構(gòu)的仿真模型，將漸變折射率光纖的長(zhǎng)度l1的取值區(qū)間設(shè)置為其中，k表示正整數(shù)，k根據(jù)實(shí)際需要選值；

6、在長(zhǎng)度l1的取值區(qū)間中選取一個(gè)值作為長(zhǎng)度l1的初始值，設(shè)定連接管的長(zhǎng)度l2、所述漸變折射率光纖與連接管的連接面的傾斜角度θ，以及所述第一光纖的軸線與漸變折射率光纖的軸線之間的徑向偏差d的初始值；

7、將光束的初始模場(chǎng)直徑a1設(shè)置為與第一光纖的模場(chǎng)直徑b1相匹配的值，利用所述連接結(jié)構(gòu)的仿真模型，計(jì)算所述光束依次經(jīng)第一光纖、漸變折射率光纖和連接管的傳輸后，射入第二光纖時(shí)的光束的模場(chǎng)直徑a2；

8、以最小化模場(chǎng)直徑a2與第二光纖的模場(chǎng)直徑b2的差值為第一目標(biāo)函數(shù)；

9、將長(zhǎng)度l1、長(zhǎng)度l2、傾斜角度θ和徑向偏差d設(shè)置為目標(biāo)優(yōu)化算法的變量，并將所述初始值和第一目標(biāo)函數(shù)輸入目標(biāo)優(yōu)化算法中，利用目標(biāo)優(yōu)化算法迭代求解第一目標(biāo)函數(shù)，在迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值，或，所述目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值時(shí)，結(jié)束計(jì)算，得到長(zhǎng)度l1、長(zhǎng)度l2、傾斜角度θ和徑向偏差d的最優(yōu)值。

10、本發(fā)明還提出了一種光纖的連接結(jié)構(gòu)的連接方法，包括以下步驟：

11、使第一光纖的一端與漸變折射率光纖的一端固定連接；

12、研磨或切割漸變折射率光纖的另一端，使?jié)u變折射率光纖的另一端呈傾斜角度為預(yù)設(shè)值的斜面且漸變折射率光纖的長(zhǎng)度為第一預(yù)設(shè)長(zhǎng)度；

13、將連接管的一端研磨或切割至與漸變折射率光纖的另一端相匹配的形狀，并使連接管和漸變折射率光纖固定連接；

14、研磨或切割連接管的另一端，使連接管的長(zhǎng)度為第二預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，并使連接管與第二光纖固定連接。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

16、光束射入第一光纖時(shí)，所述光束的模場(chǎng)直徑與第一光纖的模場(chǎng)直徑相匹配；所述第一光纖將光束傳輸至所述漸變折射率光纖，所述漸變折射率光纖將光束的模場(chǎng)直徑增大后，將光束射入連接管，所述連接管將光束的模場(chǎng)直徑減小后，將光束射入第二光纖，此時(shí)，光束的模場(chǎng)直徑與所述第二光纖的模場(chǎng)直徑相匹配；克服了不同種光纖模場(chǎng)直徑不匹配的技術(shù)問題，能夠有效抑制背向損耗，且無需使用光纖連接器，不會(huì)引入額外的插入損耗。

技術(shù)特征：

1.一種光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括第一光纖(1)、漸變折射率光纖(2)、連接管(3)和第二光纖(4)；所述漸變折射率光纖(2)、連接管(3)分別具有相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端；所述第一光纖(1)和漸變折射率光纖(2)的第一端固定連接后沿著漸變折射率光纖(2)第二端與連接管(3)的第一端相連接，所述連接管(3)沿著第二端與第二光纖(4)固定連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一光纖(1)包括第一光纖包層(11)和第一光纖纖芯(12)；其中，所述第一光纖纖芯(12)為實(shí)芯；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漸變折射率光纖(2)的長(zhǎng)度l1的表達(dá)式包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漸變折射率光纖(2)與連接管(3)的連接面包括傾斜角度為預(yù)設(shè)值的斜面。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一光纖(1)的軸線與漸變折射率光纖(2)的軸線之間存在徑向偏差。

6.一種光纖的連接結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用權(quán)利要求5所述光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法還包括以最小化光纖損耗ls1為目標(biāo)的第二目標(biāo)函數(shù)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述光纖損耗ls1的表達(dá)式包括：

9.一種光纖的連接結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述固定連接的方式包括熔接或使用膠水進(jìn)行粘接；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光纖的技術(shù)領(lǐng)域，提出一種光纖的連接結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括第一光纖(1)、漸變折射率光纖(2)、連接管(3)和第二光纖(4)；所述漸變折射率光纖(2)、連接管(3)分別具有相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端；所述第一光纖(1)和漸變折射率光纖(2)的第一端固定連接后沿著漸變折射率光纖(2)第二端與連接管(3)的第一端相連接，所述連接管(3)沿著第二端與第二光纖(4)固定連接；克服了不同種光纖模場(chǎng)直徑不匹配的技術(shù)問題，能夠有效抑制背向損耗，且無需使用光纖連接器，不會(huì)引入額外的插入損耗。

技術(shù)研發(fā)人員：張聰,付松年,秦玉文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23