一种紧凑型多芯扇入/扇出连接器及其制备方法与流程

本发明属于光纤通信，具体涉及一种紧凑型多芯扇入/扇出连接器及其制备方法，尤其涉及一种适用于多芯光纤与单芯光纤阵列之间光互连的紧凑型连接器。

背景技术：

1、在空分复用通信、光模块及多芯光纤传感技术持续升级的背景下，多芯光纤凭借大容量、高集成等优势，成为突破单芯光纤传输容量瓶颈的重要技术路线。多芯光纤与单芯光纤阵列的扇入/扇出器件作为实现通道切换、信号合分路的核心组件，其结构尺寸、耦合稳定性、插入损耗及制备成本直接影响多芯光纤系统的集成度与可靠性。

2、目前多芯光纤扇入/扇出结构主要通过光纤熔融拉锥、自由空间光学耦合、玻璃基光波导等方式实现。

3、光纤熔融拉锥方式需要将多根单芯光纤高温加热后同步拉伸，使光纤束直径逐步收窄，直至端面纤芯排布与多芯光纤相匹配，再与多芯光纤进行端面耦合对接。为保证低损耗，必须保留较长的锥形过渡区，导致器件整体长度较大，难以满足紧凑型集成需求。同时，高温工艺易引入几何畸变和应力，使得后续对接需依赖高精度设备，工艺窗口窄，批量生产时性能一致性挑战较大。

4、自由空间光学耦合方案需要借助透镜、准直器、调节支架等精密光学元件来搭建转接光路实现多芯光纤与单芯光纤的光互连。该方案光路调节灵活，但所需光学元件数量多、装调步骤繁琐，导致器件体积偏大、结构松散，长期工作易出现光路偏移，环境稳定性不足等问题。同时，多个空气-光学界面会引入额外的菲涅尔反射损耗，回波损耗性能较差。

5、玻璃基光波导方案通常以石英或光学玻璃为基底，利用飞秒激光在基底内部直接刻写三维光波导通路，以此实现多芯光纤纤芯与单芯光纤纤芯之间的光路转接。该方案在结构集成度上有所提升，但仍存在明显局限：飞秒激光加工流程复杂、成本居高，波导成型后仍需在两端分别对多芯光纤、单芯光纤阵列进行高精度二次耦合对准，整体工艺链条长、可控性差，不利于规模化生产。此外，光波导与光纤之间存在天然的模场差异，各通道耦合损耗难以保持一致，通道间均匀性差，无法满足多通道并行传输。

6、综上所述，现有多芯扇入/扇出连接器仍存在结构紧凑性不足、对准过程复杂及制造成本较高等问题，难以满足数据中心光互联、光模块及多通道传感监测等场景对紧凑型、低损耗、易制备和高可靠性的综合要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种紧凑型多芯扇入/扇出连接器及其制备方法，以紧凑型固定件作为核心耦合载体，通过端面涂胶、同件插入和相对旋转对准，实现多芯光纤与单芯光纤束之间的光互连，从而解决现有扇入/扇出连接器体积较大、对准过程复杂及集成度不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种紧凑型多芯扇入/扇出连接器，其特征在于，包括多芯光纤跳线组件、光纤束组件及固定件，所述多芯光纤跳线组件包括多芯光纤和设置于所述多芯光纤一端的光纤耦合固定件；所述光纤束组件包括多根单芯光纤和设置于所述多根单芯光纤一端的光纤束耦合固定件，所述多根单芯光纤在所述光纤束耦合固定件内的排布与所述多芯光纤的各纤芯排布相对应；所述固定件具有贯通的中空腔体；所述多芯光纤跳线组件与所述光纤束组件分别从所述固定件的两端插入所述中空腔体内，使所述光纤耦合固定件的端面与所述光纤束耦合固定件的端面相对贴合，所述多芯光纤的各纤芯与所述多根单芯光纤的纤芯在所述中空腔体内实现光学对准与光互连。

3、按上述技术方案，所述固定件为c型环、开口套管或开缝套管结构。

4、按上述技术方案，所述光纤耦合固定件和/或所述光纤束耦合固定件为喇叭口结构的插芯。

5、按上述技术方案，所述多芯光纤跳线组件还包括设置于所述多芯光纤另一端的多芯光纤连接器；所述光纤束组件还包括分别设置于所述多根单芯光纤另一端的多个单芯光纤连接器。

6、按上述技术方案，所述多根单芯光纤的端部经腐蚀处理形成腐蚀端，所述腐蚀端的丝径与所述多芯光纤的芯间距相匹配。

7、按上述技术方案，所述光纤耦合固定件的端面与所述光纤束耦合固定件的端面涂覆有低折射率匹配液，所述匹配液填充于两贴合端面之间。

8、按上述技术方案，所述低折射率匹配液的折射率为1.47±0.03；所述光纤耦合固定件的端面与所述光纤束耦合固定件的端面之间形成耦合区，所述耦合区的长度为3±0.05cm。

9、按上述技术方案，所述固定件的材质为金属或陶瓷，所述固定件的长度为0.8±0.05cm，所述固定件的内径大于所述光纤耦合固定件及所述光纤束耦合固定件的外径5~20μm。

10、按上述技术方案，所述多芯光纤的包层直径为123~125μm，芯间距为40~43μm。

11、按上述技术方案，所述腐蚀端的丝径与所述多芯光纤的芯间距之间的误差控制在±0.5μm以内；所述光纤耦合固定件的内径与所述多芯光纤的丝径为紧配合，所述光纤束耦合固定件的内径为a+a，其中a为所述单芯光纤腐蚀端的丝径。

12、按上述技术方案，所述固定件的两端及缝隙处设置有加固胶水层，所述多芯光纤跳线组件、所述光纤束组件与所述固定件通过所述加固胶水层固化为一体。

13、按上述技术方案，还包括封装盒，所述固定件容置于所述封装盒内，所述封装盒内填充有柔性缓冲材料。

14、一种紧凑型多芯扇入/扇出连接器的制备方法，其特征在于，用于制备上述紧凑型多芯扇入/扇出连接器，包括以下步骤：

15、s1、制备多芯光纤跳线组件：取多芯光纤，将所述多芯光纤至少一端的涂覆层剥除后穿入光纤耦合固定件，经研磨处理得到多芯光纤跳线组件；

16、s2、制备光纤束组件：取多根单芯光纤，将所述多根单芯光纤的端部经腐蚀处理形成腐蚀端，将所述腐蚀端对齐后穿入光纤束固定件，经研磨处理得到光纤束组件；

17、s3、耦合：在所述光纤耦合固定件的端面和所述光纤束固定件的端面涂覆低折射率匹配液；

18、将所述多芯光纤跳线组件与所述光纤束组件分别从所述固定件的两端插入所述中空腔体内，使所述光纤耦合固定件的端面与所述光纤束固定件的端面相对贴合；相对旋转所述多芯光纤跳线组件与所述光纤束组件，同时监测各通道的光信号，当各通道的插入损耗和/或回波损耗达到预设阈值时停止旋转，使所述多芯光纤的各纤芯与所述多根单芯光纤的纤芯实现光学对准；

19、s4、固化固定：将组件置于紫外灯下照射，在所述固定件的两端及缝隙处涂覆加固胶水后继续照射，再置于固化炉中加热烘烤，固定所述多芯光纤跳线组件、所述光纤束组件与所述固定件的相对位置；

20、s5、封装：将所述固定件置于封装盒内，并在所述封装盒内部填充柔性缓冲材料。

21、以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

22、1、结构紧凑型：采用单一紧凑型固定件作为核心耦合结构，直接约束两端光纤组件，无需熔融拉锥的长锥区、自由空间的光学透镜组或复杂的波导芯片，耦合区物理长度可缩短至3±0.05cm，显著提升了器件集成度。且对准工艺简单高效、耦合损耗低，特别适用于数据中心光互联、高密度光模块等多芯光纤与单芯光纤阵列之间的光互连。

23、2、对准工艺简单高效：通过“插入-旋转”的机械方式实现纤芯对准，降低了对设备的依赖和操作难度，有利于提高生产效率和降低制造成本。

24、3、耦合性能优异稳定：端面间填充低折射率匹配胶，有效降低了菲涅尔反射，可获得高回波损耗。机械旋转对准方式结合胶固化固定，形成的耦合结构机械稳定性好，环境可靠性高。

25、4、成品率高：光纤/光纤束耦合固定件为喇叭口结构的精密插芯，其材质为金属或陶瓷，喇叭口结构可有效保护光纤，提高成品率。

26、5、扩展性强：该方案通过适配不同芯数与芯间距的多芯光纤，以及相应调整光纤束中单芯光纤的腐蚀后丝径和固定件内径，可快速扩展至不同芯数的紧凑型多芯扇入/扇出连接器的制备，具有良好的通用性。

27、6、可靠性高：金属封装盒内部硅胶填充提供了良好的机械保护、应力缓解和基础的环境防护能力，使器件能够适应更广泛的应用环境。