專利名稱：微結(jié)構(gòu)光纖和光學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)光纖，更準(zhǔn)確地說，涉及實(shí)現(xiàn)平坦色散和有效芯面積小的光纖。
背景技術(shù)：
高折射率的芯區(qū)域被具有石英和空氣混合物的包層圍繞的微結(jié)構(gòu)光纖的最新發(fā)展，依靠玻璃與空氣之間存在的大折射率反差，提供了新的光纖特性。適當(dāng)設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖可實(shí)現(xiàn)平坦的色散特性。例如，如Ferrando等人在“Designing the properties of dispersion-flattenedphotonic crystal fibers”，OPTICS EXPRESS pp.687-697(2001)中所述，有可能獲得滿足下式的色散特性D(λ)，在Ω＝{λ|λ|≤λ2}波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中λ1 13[μm]，λ2 1.8[μm]，λ2-λ1＝523[nm]，ΔD＝2[ps/nm/km]且D0＝0[ps/nm/km]maxλ∈Ω[D(λ)]-minλ∈Ω[D(λ)]≤ΔD,]]>且minλ∈Ω[D(λ)]<D0<maxλ∈Ω[D(λ)]]]>在空氣孔的半徑和間距分別為0.316μm和2.62μm的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)這種特性。
T.A.Birks等人在題為“Photonic Crystal FibresAn EndlessVariety”，IEICE Trans.Electron.，V.E84-C，pp.585-592(2001)的文章中描述了沿光纖長(zhǎng)度方向具有若干空氣孔延伸的光纖，稱為“多孔光纖”或“光子晶體光纖”。在PCT國(guó)際申請(qǐng)WO 02/39161中也公開了這類光纖。橫向偏離光纖幾何軸至少半個(gè)芯半徑的距離設(shè)置色散調(diào)節(jié)孔?？梢允褂眠@種附加色散調(diào)節(jié)孔的構(gòu)造來(lái)獨(dú)立于其他模式特性，如模形狀、模式場(chǎng)直徑以及有效芯面積，調(diào)節(jié)光纖色散。在一個(gè)實(shí)施例中，色散調(diào)節(jié)孔的橫截面寬度小于預(yù)定波長(zhǎng)的大約十分之一或六分之一。
對(duì)于諸如超連續(xù)光發(fā)生、光脈沖整形和光參量放大的應(yīng)用，需要具有平坦色散和有效芯面積小的光纖。在光通信中，當(dāng)光信號(hào)脈沖在光纖和元件上傳播時(shí)，衰減、失真和定時(shí)抖動(dòng)施加于該光信號(hào)脈沖上。超連續(xù)光發(fā)生是一種非線性光學(xué)現(xiàn)象，其中具有相當(dāng)高能量，并且持續(xù)時(shí)間相當(dāng)短的光脈沖入射到非線性介質(zhì)中，并且由于非線性光學(xué)現(xiàn)象和色散，該脈沖的光譜被展寬，如S.Taccheo和P.Vavassori在“Dispersion-flattened fiber.for efficient supercontinuum generation”，OFC 2002，ThY5(2002)中所述。光參量放大是一種由高階(通常為三階)非線性極化率(nonlinear susceptibility)產(chǎn)生，并且在參與該過程的光波之間滿足相位匹配條件時(shí)發(fā)生的光放大，如M.E.Marhic等人在“Broadtband fiber optical parametric amplifiers”，Opt.Lett.V.21，pp.573-575(1996)中所述。在光通信中，當(dāng)光信號(hào)脈沖在光纖和元件上傳播時(shí)，衰減、失真和定時(shí)抖動(dòng)施加于該光信號(hào)脈沖上。消除衰減、失真和定時(shí)抖動(dòng)影響的操作分別稱為再生、整形和重新定時(shí)，如M.Matsumoto在“Anlysis of Optical Regeneration UtilizingSelf-Phase Modulation in a Highly Nonlinear Fiber”，Photon.Tech.Lett.V.14，pp.319-321(2002)中所述。
從而現(xiàn)有技術(shù)需要在微結(jié)構(gòu)光纖中同時(shí)實(shí)現(xiàn)平坦色散和小的有效芯面積。雖然在上面參考的Ferrando文章中披露了平坦色散，不過在孔半徑為0.316μm，間距為2.62μm的結(jié)構(gòu)中計(jì)算出的有效芯面積為36μm2。雖然所參考的現(xiàn)有技術(shù)公開了獨(dú)立于有效芯面積的調(diào)節(jié)色散的方法，不過沒有公開實(shí)現(xiàn)平坦色散和小的有效芯面積的可能性。
在所參考的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，難以實(shí)現(xiàn)低傳輸損耗，高耐UV光性，以及在光纖拉制過程中實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率。為了拉制具有穩(wěn)定質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)光纖，必須保持熔爐溫度較低，或者等效于牽引張力較高，這是因?yàn)榭梢鹂资湛s的表面張力的影響隨溫度的降低而降低。不過，用高牽引力拉制光纖常常導(dǎo)致拉制光程中光纖斷裂，或者導(dǎo)致所拉制光纖的玻璃中的結(jié)構(gòu)缺陷。光纖斷裂的情況降低了生產(chǎn)率。玻璃結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致在UV波長(zhǎng)中的額外損失，從而暴露于UV光導(dǎo)致的損耗增大。由于表面張力影響與空氣孔曲率半徑的倒數(shù)成正比地增大，故空氣孔越小，則張力必須越高。在現(xiàn)有技術(shù)公開中，其中色散調(diào)節(jié)孔為波長(zhǎng)的1/6到1/10那樣小，或者更小，需要極高的牽引張力，導(dǎo)致耐UV光性較低，生產(chǎn)率較低。
發(fā)明概述通過提供其色散在寬波長(zhǎng)范圍上平坦、具有小有效面積的光纖，無(wú)需難以接受的小空氣孔，本發(fā)明可滿足上述光纖特性要求，同時(shí)至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。另外，通過有選擇地關(guān)閉第一包層中的孔，這些孔與其它區(qū)域中的孔相比更小且更易于關(guān)閉，本發(fā)明可提供增大的有效芯面積。
定義下列術(shù)語(yǔ)，幫助說明微結(jié)構(gòu)光纖的性質(zhì)。
主介質(zhì)是能獨(dú)立構(gòu)成光纖的介質(zhì)。另一方面，副介質(zhì)不必能獨(dú)立構(gòu)成光纖。例如，玻璃和聚合物可以用作主介質(zhì)或副介質(zhì)，而液體、氣體和真空可以用作副介質(zhì)，但不能用作主介質(zhì)。
用下式定義由若干介質(zhì)i(i＝1...M)組成的區(qū)域的平均折射率 其中n[i]和f[i]分別為介質(zhì)i的折射率和體積。
根據(jù)下面僅通過本發(fā)明最佳實(shí)施方式說明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。本發(fā)明可以有其他不同的實(shí)施例，且可在不偏離本發(fā)明的條件下，針對(duì)多個(gè)明顯的方面對(duì)其數(shù)個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。因此，附圖和說明實(shí)際上是說明性而非限定性的。
附圖簡(jiǎn)要描述通過但不限于附圖中的例子說明本發(fā)明，在附圖中相同附圖標(biāo)記表示相同元件，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明垂直于微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸作出的橫截面。
圖2表示圖1中所示光纖的基模的色散。
圖3表示圖1中所示光纖的基模的有效芯面積。
圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例垂直于微結(jié)構(gòu)先纖的光纖軸作出的橫截面。
圖5為表示圖4中所示光纖的基模的色散的曲線。
圖6表示圖4中所示光纖的基模的有效芯面積。
圖7為根據(jù)本發(fā)明沿微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸作出的橫截面。
圖8表示使用根據(jù)本發(fā)明的光纖進(jìn)行超連續(xù)發(fā)生的光學(xué)模塊。
圖9表示使用根據(jù)本發(fā)明的光纖進(jìn)行光脈沖整形的光學(xué)模塊。
圖10表示使用根據(jù)本發(fā)明的光纖進(jìn)行光參量放大的光學(xué)模塊。
圖11為表示本發(fā)明實(shí)施例的光纖在1550nm波長(zhǎng)下的彎曲損耗的曲線。
本發(fā)明詳細(xì)描述圖1表示根據(jù)本發(fā)明垂直于微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸作出的橫截面。其中在作為主介質(zhì)的石英玻璃2中設(shè)置有多個(gè)作為副介質(zhì)的孔3。石英玻璃一般沒有雜質(zhì)。不過將諸如鍺、氟、氯、硼、鋁和鈦摻雜物加入石英玻璃，在光纖橫截面中形成折射率分布也是有利的。結(jié)果，有可能在即使孔破裂時(shí)也能保持波導(dǎo)功能。在將光纖接頭與其它光學(xué)元件熔合在一起時(shí)常常發(fā)生這種破裂，通過波導(dǎo)折射率分布能抑制熔合接頭處的光損耗。并且，通過將鍺加入石英玻璃中，并將該光纖暴露于UV光下，有可能形成光纖光柵，并獲得光學(xué)濾波器和光功率均衡器。此外，通過加入諸如鍺、磷、氮摻雜物，有可能增強(qiáng)玻璃的非線性，從而減小超連續(xù)發(fā)生所需的光功率，或者改變拉曼增益光譜，從而獲得適合于在寬光譜范圍上進(jìn)行拉曼放大的光增益介質(zhì)。而且，通過加入諸如鉺、鐿、釹和鐠摻雜物，有可能實(shí)現(xiàn)光放大特性。另一方面，孔中一般填充有預(yù)定壓力的惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣、氖氣和氦氣。不過，還可能通過用諸如氫氣的活性氣體填充孔而實(shí)現(xiàn)光放大特性。
在圖1中所示光纖的橫截面中，芯區(qū)域10是不包含孔的圓形區(qū)域。第一包層區(qū)域11是圍繞該芯區(qū)域并且包括四個(gè)孔的環(huán)形區(qū)域。第二包層區(qū)域12是圍繞第一包層區(qū)域并且不包含孔的環(huán)形區(qū)域。第三包層區(qū)域13是圍繞第二包層區(qū)域并包括68個(gè)孔的環(huán)形區(qū)域。第四包層區(qū)域14是圍繞第三包層區(qū)域并且不包括孔的環(huán)形區(qū)域。第四包層區(qū)域的外邊界是光纖玻璃區(qū)域的外邊界。不過，也可以用涂層介質(zhì)如聚合物覆蓋第四包層區(qū)域的外表面，從而改善光纖的機(jī)械強(qiáng)度。芯與第一到第四包層區(qū)域的中心與光纖中心重合。
在第一包層區(qū)域中，在以光纖中心為中心半徑為0.85μm的圓周上等距離地設(shè)置四個(gè)孔。每個(gè)孔直徑為0.41μm，或者面積為0.13μm2。在第三包層中，在以光纖中心為中心半徑分別為1.85μm、3.19μm、4.53μm和5.88μm的圓周上等間距設(shè)置8，14，20和26個(gè)孔。每個(gè)孔直徑為1.13μm。并且，由于這種設(shè)置，第一包層中與第三包層最內(nèi)層中孔的排列具有四階旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。結(jié)果，可減小雙折射和偏振模色散。
芯區(qū)域、第一、第二和第三包層區(qū)域的外邊界為以光纖中心為中心半徑分別為0.65μm、1.06μm、1.29μm和6.45μm的圓周。結(jié)果，芯N
和第k包層區(qū)域N[k](k＝1...4)的平均折射率為N
＝1.444，N[1]＝1.351，N[2]＝1.444，N[3]＝1.221，N[4]＝1.444，從而滿足下列條件N
＞N[1]＜N[2]＞N[3]石英玻璃和孔的折射率分別為1.444和1。除非另外聲明，否則折射率為1550nm波長(zhǎng)下定義的值。
圖2表示圖1中所示光纖的基模的色散。在1200nm波長(zhǎng)下的色散為-4.1ps/nm/km，在1700nm下為+4.1ps/nm/km。在1200nm到1700nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小色散分別為+2.7ps/nm/km，3.0ps/nm/km，+5.7ps/nm/km和-4.1ps/nm/km，從而最大絕對(duì)色散為5.7ps/nm/km。而且，在1500nm下的色散為+5.0ps/nm/km，在1600nm下的色散為+5.6ps/nm/km。在1500nm到1600nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小色散分別為+5.4ps/nm/km，0.2ps/nm/km，+5.7ps/nm/km和+5.0ps/nm/km，從而最大絕對(duì)色散為5.7ps/nm/km。
圖3表示圖1中所示光纖的基模的有效芯面積。在1200nm波長(zhǎng)下有效芯面積為2.9μm^2，在1700nm下為4.0μm^2。在1200nm到1700nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小有效芯面積分別為3.4μm2，0.3μm2，4.0μm2和2.9μm2。并且，1500nm下有效芯面積為3.6μm2，1600nm下為3.8μm2。在1500nm到1600nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小有效芯面積分別為3.7μm2，0.1μm2，3.8μm2和3.6μm2。
因?yàn)樯⑻匦越^對(duì)值較小，并且在較寬波長(zhǎng)范圍上可以忽略波長(zhǎng)依賴性，故可以使用該光纖實(shí)現(xiàn)寬波長(zhǎng)范圍上具有高相干性的超連續(xù)發(fā)生，具有小脈沖失真的光脈沖整形，以及寬波長(zhǎng)范圍上的光參量放大。
圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例垂直于微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸作出的橫截面。在作為主介質(zhì)的石英玻璃2中設(shè)置有作為副介質(zhì)的孔3。正如在第一實(shí)施例中，雖然石英玻璃通常沒有雜質(zhì)，不過也可以將諸如鍺、氟、氯、硼、鋁、鈦、磷、氮、鉍、鉺、鐿、釹和鐠的摻雜物加入石英玻璃。而且，盡管孔中通常填充有惰性氣體，如空氣、氮?dú)?、氬氣、氖氣和氦氣，不過也可以用諸如氫氣的活性氣體填充孔。
在圖4所示的橫截面中，芯區(qū)域10是不包含孔的圓形區(qū)域。第一包層區(qū)域11是圍繞芯區(qū)域且包括16個(gè)孔的環(huán)形區(qū)域。第二包層區(qū)域12是圍繞第一包層區(qū)域且不包括孔的環(huán)形區(qū)域。第三包層區(qū)域13是圍繞第二包層且包括68個(gè)孔的環(huán)形區(qū)域。第四包層區(qū)域14是圍繞第三包層區(qū)域且不包括孔的環(huán)形區(qū)域。第四包層區(qū)域的外邊界為光纖玻璃區(qū)域的外邊界。不過，也可以用諸如聚合物的涂層材料覆蓋第四包層區(qū)域的外表面，從而改善光纖的機(jī)械強(qiáng)度。芯和第一到第四包層區(qū)域的中心與光纖中心重合。
在第一包層區(qū)域中，在以光纖中心為中心半徑為1.24μm的圓周上等距離地設(shè)置16個(gè)孔。每個(gè)孔直徑為0.31μm，或者相當(dāng)于面積為0.08μm2。在第三包層區(qū)域中，在以光纖中心為中心半徑分別為2.52μm、4.34μm、6.17μm和8.00μm的圓周上等間距地設(shè)置8，14，20和26個(gè)孔。每個(gè)孔直徑為1.54μm。并且，由于這種設(shè)置，第一包層中與第三包層區(qū)域最內(nèi)層中孔的排列具有四階旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。
芯與第一到第三包層區(qū)域的外邊界為以光纖中心為中心半徑分別為1.08μm、1.39μm、1.75μm和8.77μm的圓周。結(jié)果，芯N
和第k包層區(qū)域N[k](k＝1...4)的平均折射率分別為N
＝1.444，N[1]＝1.242，N[2]＝1.444，N[3]＝1.221和N[4]＝1.444，從而滿足上述公式的條件。石英玻璃和孔的折射率分別為1.444和1。除非另外聲明，否則折射率為1550nm波長(zhǎng)下定義的值。
圖5表示圖4中所示光纖的基模的色散。在1200nm波長(zhǎng)下的色散為+14.3ps/nm/km，在1700nm下為+2.9ps/nm/km。在1200nm到1700nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小色散分別為+5.5ps/nm/km，3.9ps/nm/km，+14.3ps/nm/km和+1.9ps/nm/km，從而最大絕對(duì)色散為14.3ps/nm/km。而且，在1500nm下的色散為+2.6ps/nm/km，在1600nm下為+2.0ps/nm/km。在1500nm到1600nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小色散分別為+2.2ps/nm/km，0.2ps/nm/km，+2.6ps/nm/km和+2.0ps/nm/km，從而最大絕對(duì)色散為2.6ps/nm/km。
圖6(2a)表示圖4中所示光纖的基模的有效芯面積。在1200nm波長(zhǎng)下的有效芯面積為3.3μm2，在1700nm下為4.7μm2。在1200nm到1700nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小有效芯面積分別為3.9μm2，0.4μm2，4.7μm2和3.3μm2。并且，在1500nm下的有效芯面積為4.1μm2，1600nm下為4.4μm2。在1500nm到1600nm波長(zhǎng)范圍上的平均、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大和最小有效芯面積分別為4.2μm2，0.1μm2，4.4μm2和4.1μm2。
因?yàn)榇松⑻匦越^對(duì)值較小，并且在較寬波長(zhǎng)范圍上可以忽略波長(zhǎng)依賴性，故可以使用該光纖實(shí)現(xiàn)寬波長(zhǎng)范圍上具有高相干性的超連續(xù)發(fā)生，具有小脈沖失真的光脈沖整形，以及寬波長(zhǎng)范圍上的光參量放大。
圖6(2b)表示圖4中所示光纖在用石英玻璃代替孔時(shí)的有效芯面積。代替之后與代替之前的有效芯面積比在1200nm下為2.0，在1550nm下為1.6。并且，在圖4所示光纖中，第一包層區(qū)域中孔的直徑小于第三包層區(qū)域中的孔，從而具有更高表面張力。結(jié)果，通過將光纖保持在僅在第一包層中發(fā)生表面張力導(dǎo)致的孔收縮的溫度下，有可能有選擇地使第一包層中的孔破裂。這種選擇性破裂是有利的，因?yàn)橛行久娣e增大，同時(shí)不發(fā)生弱限制導(dǎo)致的泄漏損耗增大。特別是，通過形成其中第一包層區(qū)域中的孔破裂的部分21，和其中第一包層中孔的直徑沿光纖長(zhǎng)度方向逐漸改變的部分22，有可能增大光纖端部中的有效面積，如圖7所示。
由于傳統(tǒng)單模光纖在1550nm波長(zhǎng)下具有10以上直到80μm2的有效芯面積，故在傳統(tǒng)單模光纖與1550nm波長(zhǎng)下有效芯面積小于5μm2的光纖之間進(jìn)行光耦合時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)高耦合效率。不過，通過采用本發(fā)明的光纖，并如圖7所示通過有選擇地使第一包層中的孔破裂而增大光纖端部中的有效芯面積，在與傳統(tǒng)單模光纖進(jìn)行光耦合時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)高耦合效率。并且，通過在光纖端部增大有效芯面積的本發(fā)明，在與外部光學(xué)元件進(jìn)行光耦合時(shí)也易于實(shí)現(xiàn)高耦合效率，這是因?yàn)榉潘闪藢?duì)定位精度的要求。
雖然圖1和4實(shí)施例的光纖大體上具有圍繞光纖中心的四階旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，還可能通過使設(shè)置在圓周上的孔之間的間隔不均勻而使旋轉(zhuǎn)對(duì)稱階次小于三，從而增強(qiáng)光纖的雙折射，改善偏振保持特性。結(jié)果，有可能通過使泵浦和信號(hào)光波的偏振狀態(tài)穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)相互作用長(zhǎng)度，而提高光參量放大器的效率。
可以如下所述制造上述實(shí)施例的光纖。首先，通過在直徑為60mm的燒結(jié)玻璃柱中鉆孔形成4(或16)個(gè)直徑為1.5mm的孔和68個(gè)直徑為4.2mm(或7.5mm)的孔。第二，將該玻璃柱拉長(zhǎng)到直徑為6mm。第三，將拉長(zhǎng)的玻璃柱插入內(nèi)徑大約為6mm外徑為39mm的玻璃管中，并與之熔合，產(chǎn)生光纖預(yù)制棒。最后，將該預(yù)制棒拉制成直徑為106μm(或80μm)的光纖。在這種方法中，在由鉆孔形成孔之后，通過蝕刻孔的內(nèi)表面，有可能降低由于雜質(zhì)吸收和表面粗糙度散射導(dǎo)致的光纖的光損耗。與上述現(xiàn)有技術(shù)中直徑小于1/6到1/10波長(zhǎng)(在1550nm波長(zhǎng)下小于0.16μm到0.26μm)的孔相比，本發(fā)明的孔為0.31μm到0.41μm那樣大。結(jié)果，雖然現(xiàn)有技術(shù)在光纖拉制過程中必須保持低溫以便控制孔直徑，本發(fā)明中有可能提高拉制溫度，從而實(shí)現(xiàn)低的光損耗、高耐UV光性和在光纖拉制過程中實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率?，F(xiàn)有技術(shù)沒有公開本發(fā)明的優(yōu)良特性，即平坦色散和小的有效芯面積。
圖8表示使用本發(fā)明任一實(shí)施例的光纖進(jìn)行超連續(xù)發(fā)生的光學(xué)模塊。該模塊具有一纏繞成直徑10mm到150mm的光纖1。在光纖端部31和32，通過如圖7所示使第一包層區(qū)域中的孔破裂而增大有效芯面積。在光纖端部31，來(lái)自脈沖光源33的光脈沖被耦合到該光纖。在光纖端部31耦合的光脈沖具有1200nm到1700nm范圍的中心波長(zhǎng)，峰值功率高于10mW，且持續(xù)時(shí)間小于1μs。結(jié)果，由于該光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)，故此脈沖的光譜被擴(kuò)展，并且從光纖端部32發(fā)射出超連續(xù)輻射。由于該光纖具有在寬波長(zhǎng)范圍上可忽略波長(zhǎng)依賴性的小絕對(duì)色散，以及小有效芯面積，故有可能在寬波長(zhǎng)范圍上產(chǎn)生超連續(xù)輻射并且具有高相干性。此外，由于光纖端部的耦合效率較高，故光功率的效率較高。
圖9表示用于光脈沖整形的光學(xué)模塊。該模塊具有一本發(fā)明纏繞成直徑10mm到150mm的光纖1。在光纖端部31和32，通過如圖7所示使第一包層區(qū)域中的孔破裂，增大有效芯面積。在光纖端部31，光信號(hào)脈沖輸入光纖。該輸入信號(hào)脈沖具有1200nm到1700nm范圍的中心波長(zhǎng)，峰值功率高于10mW，且脈沖持續(xù)時(shí)間小于1μs。雖然光信號(hào)脈沖伴隨有噪聲，但在該信號(hào)入射到該模塊之前濾掉了該信號(hào)帶寬外面的噪聲。由于該光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)，該信號(hào)脈沖的頻譜被展寬，然后該信號(hào)通過中心波長(zhǎng)不同于該輸入信號(hào)的帶通濾波器35。結(jié)果，從該信號(hào)中去除掉噪聲，信號(hào)脈沖得到整形。因?yàn)楣饫w具有在寬波長(zhǎng)范圍上可忽略波長(zhǎng)依賴性的絕對(duì)值較小的色散，并且具有小的有效芯面積，所以有可能實(shí)現(xiàn)由調(diào)制不穩(wěn)定性和其它非線性效應(yīng)導(dǎo)致的脈沖失真較小的光脈沖整形。而且，由于光纖端部的耦合效率較高，故光功率的效率較高。
圖10表示用于光參量放大的光學(xué)模塊。該模塊具有一本發(fā)明纏繞成直徑10mm到150mm的光纖。在光纖端部31和32，通過如圖7所示使第一包層區(qū)域中的孔破裂而增大有效芯面積。在端口43輸入1200nm到1700nm范圍內(nèi)預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)。光源44產(chǎn)生功率高于10mW的連續(xù)波(cw)泵浦光波。在信號(hào)和泵浦光波通過組合裝置45組合之后，它們?nèi)肷涞焦饫w中。在該光纖中，通過光參量過程，光功率從泵浦光轉(zhuǎn)移到信號(hào)光，使信號(hào)被放大，并從光纖端部32射出。由于該光纖具有在寬波長(zhǎng)范圍上可忽略波長(zhǎng)依賴性的小絕對(duì)值色散，并且具有小的有效芯面積，故有可能在寬波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)光參量放大，并且具有高效率。而且，由于光纖端部的耦合效率較高，故光功率的效率較高。
圖11分別表示圖1和4兩個(gè)光纖實(shí)施例中光纖(1)和(2)的彎曲損耗。如圖所示，本發(fā)明的光纖在30mm彎曲直徑下具有低彎曲損耗，從而能最好減小光學(xué)模塊的體積，而將光纖纏繞成小于30mm的小直徑。
雖然結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)際且最佳的實(shí)施例描述了本發(fā)明，不過本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而意在覆蓋所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)所包括的多種變型和等效設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括一芯區(qū)域和多個(gè)包層區(qū)域，一圍繞該芯區(qū)域的第一包層區(qū)域，和一圍繞第k包層區(qū)域的第(K+1)包層區(qū)域(k＝1，2，...)，其中該第一和第三包層區(qū)域具有多個(gè)分布在主介質(zhì)中的副介質(zhì)區(qū)域；該副介質(zhì)具有小于該主介質(zhì)、該芯和該第k包層區(qū)域(k＝1，2，3)的折射率，并且該副介質(zhì)區(qū)域沿光纖長(zhǎng)度方向延伸；芯區(qū)域N
和第k包層區(qū)域N[k](k＝1，2，3)的平均折射率滿足N
＞N[1]＜N[2]＞N[3]；并且在Ω＝{λ|λ1≤λ≤λ2}波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中λ1≥1200[nm]，λ2≤1700[nm]，且λ2-λ1≥100[nm]，基模的色散D(λ)和有效芯面積Aeff(λ)滿足maxλ∈Ω{D(λ)}-minλ∈Ω{D(λ)}<10[ps/nm/km],]]>maxλ∈Ω{|D(λ)|}<20[ps/nm/km],]]>和minλ∈Ω{Aeff(λ)}<5[μm2].]]>
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該主介質(zhì)包括石英玻璃，該副介質(zhì)區(qū)域包括孔。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該芯和該第二包層區(qū)域由主介質(zhì)組成，沒有副介質(zhì)區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的光纖，其中該第一包層區(qū)域中孔的平均橫截面面積大于或等于0.06μm2。
5.如權(quán)利要求4所述的光纖，其中該第一包層區(qū)域中孔的平均橫截面面積大于或等于0.10μm2。
6.如權(quán)利要求2所述的光纖，其中該第一包層區(qū)域中孔的平均橫截面面積小于該第三包層區(qū)域中孔的平均橫截面面積，并且在該第一包層區(qū)域中的孔被石英玻璃代替時(shí)，在所述波長(zhǎng)范圍Ω內(nèi)預(yù)定波長(zhǎng)λ下基模的有效芯面積比該第一包層區(qū)域中的孔未被石英玻璃代替時(shí)的有效芯面積大1.5倍。
7.如權(quán)利要求6所述的光紆，還包括一處于至少一個(gè)光纖端部的破裂部分，其中使該第一包層區(qū)域中的孔破裂，不使該第三包層區(qū)域中的孔破裂。
8.如權(quán)利要求4所述的光纖，還包括一圍繞該第三包層區(qū)域的第四包層區(qū)域，所述第四包層區(qū)域僅包括主介質(zhì)，并且其中該第三包層區(qū)域中的副介質(zhì)區(qū)域被等間距地設(shè)置在以光纖中心為中心的多個(gè)圓周上。
9.如權(quán)利要求4所述的光纖，其中該第一包層區(qū)域中副介質(zhì)區(qū)域的排列具有圍繞該芯區(qū)域高于二階的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。
10.如權(quán)利要求4所述的光纖，其中該第一包層區(qū)域中副介質(zhì)區(qū)域圍繞該芯區(qū)域中心的排列的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱階次小于三階。
11.一種光纖，其中在Ω＝{λ|λ1≤λ≤λ2}波長(zhǎng)范圍內(nèi)，此處λ1≥1200[nm]，λ2≤1700[nm]，且λ2-λ1≥100[nm]，基模的色散D(λ)和有效芯面積Aeff(λ)滿足maxλ∈Ω{D(λ)}-minλ∈Ω{D(λ)}<10[ps/nm/km],]]>maxλ∈Ω{|D(λ)|}<20[ps/nm/km]]]>和minλ∈Ω{Aeff(λ)}<5[μm2].]]>
12.一種光學(xué)模塊，包括一以小于150mm的預(yù)定直徑纏繞成一圈或多圈的光纖；以及一光耦合裝置，其將1200nm到1700nm內(nèi)預(yù)定波長(zhǎng)范圍Ω＝{λ|λ1≤λ≤λ2}中的光波耦合到該光纖的兩端；其中該光纖具有一芯區(qū)域，一圍繞該芯區(qū)域的第一包層區(qū)域以及圍繞第k包層區(qū)域(k＝1，2)的第(k+1)包層區(qū)域，其中該第一和第三包層區(qū)域具有處于主介質(zhì)中的多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域，該副介質(zhì)的折射率小于該主介質(zhì)、該芯和該第k包層區(qū)域(k＝1，2，3)，并且該副介質(zhì)區(qū)域沿光纖長(zhǎng)度方向延伸；芯區(qū)域N
和第k包層區(qū)域N[k](k＝1，2，3)的平均折射率滿足N
＞N[1]＜N[2]＞N[3]；并且在Ω＝{λ|λ1≤λ≤λ2}波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中λ1≥1200[nm]，λ2≤1800[nm]，且λ2-λ1≥100[nm]，基模的色散D(λ)和有效芯面積Aeff(λ)滿足maxλ∈Ω{D(λ)}-minλ∈Ω{D(λ)}<10[ps/nm/km],]]>maxλ∈Ω{|D(λ)|}<20[ps/nm/km]]]>和minλ∈Ω{Aeff(λ)}<5[μm2].]]>
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)模塊，其中該光纖纏繞成的該預(yù)定直徑小于30mm。
全文摘要
一種微結(jié)構(gòu)光纖，由一芯區(qū)域和圍繞該芯區(qū)域的多個(gè)包層區(qū)域構(gòu)成。色散在寬波長(zhǎng)范圍上相當(dāng)平坦，且具有小的有效面積，不必要空氣孔為不可接受的那樣小。通過有選擇地關(guān)閉最內(nèi)包層中的孔獲得增大的有效芯面積，該孔與其它區(qū)域中的孔相比較小且易于關(guān)閉。
文檔編號(hào)C03C13/04GK1504784SQ0313645
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川健美 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社