專利名稱：高數(shù)值孔徑光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及高數(shù)值孔徑光纖，包括用于短程通信系統(tǒng)的具有高數(shù)值孔徑大纖芯的光纖，或者在帶有高功率光源的情況下使用或用在光纖激光器和光放大器中的雙包層光纖中具有大數(shù)值孔徑包層的光纖。
背景技術(shù)：
由于光纖容量大、不受電噪聲的影響的特點，它己經(jīng)成為通信中最受歡迎的介質(zhì)。光纖也已經(jīng)在汽車用品中使用，因為光纖能提供高帶寬并且價格相對便宜，能夠使用在汽車光學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中為信息系統(tǒng)、娛樂、發(fā)動機管理和安全系統(tǒng)提供光學(xué)數(shù)據(jù)。在這些情況下使用的光纖要求有高數(shù)值孔徑和粗纖芯，以便將光有效地耦合進光纖。目前有兩種光纖在汽車用品中
使用。分別是聚合物光纖(POF)和聚合物包層硅(PCS)光纖。正是聚合物的折射率相對較低才造就了大纖芯的數(shù)值孔徑。聚合物光纖的主要缺點在于其對于感興趣波段的光有較高的衰減(對630nnKA〈650nm,衰減達0.3dB/m到0.4dB/m)，并且操作溫度范圍較窄(-45°C至[j80°C)。對于諸如在安全傳感系統(tǒng)、發(fā)動機管理系統(tǒng)等應(yīng)用來說，比較適宜采用有較大操作溫度范圍的光纖，而在諸如視頻處理系統(tǒng)等應(yīng)用中，需要光纖有更好的衰減。與POF光纖相比，PSC光纖能夠在較寬的溫度范圍(-65°C到125。C)內(nèi)操作并且有相對較低的衰減。然而，在較高的溫度上，光纖的PCS溫度很高，外包層表面的聚合物材料會碳化或者點燃，從而導(dǎo)致設(shè)備故障，尤其是在光纖彎曲時。即使是溫度在85。C到125'C之間，聚合物包層老化相對較快，喪失其機械和光學(xué)特性，變得十分易碎，因而縮短了設(shè)備壽命。還有一點就是這兩種光纖都容易受彎曲損耗的影響。
單包層稀土摻雜光纖在光放大器和光纖激光器領(lǐng)域廣泛使用。由于很難發(fā)明中也稱作光泵浦或泵浦)發(fā)出的多模光耦合進稀土摻雜光纖纖芯，這種類型的光纖處理高功率多模光源的能力較差。
為了解決上述問題并且增加光纖激光器的輸出功率，本領(lǐng)域技術(shù)人員采用雙包層結(jié)構(gòu)(本發(fā)明稱作雙包層光纖)的光纖。雙包層稀土摻雜光纖是指有纖芯、包裹該纖芯的內(nèi)包層和包裹該內(nèi)包層的外包層的光纖。
雙包層光纖已經(jīng)應(yīng)用在需要采用能提供10到IOO瓦功率光源的應(yīng)用中，
因為與單包層光纖相比，雙包層光纖能夠更有效地保持和利用泵浦提供的光能量。這種效率的提高是因為光纖利用了光泵浦功率的內(nèi)包層一纖芯耦合。更具體地說，稀土摻雜雙包層光纖將來自泵浦的光接收到內(nèi)包層中，然后沿著光纖的長度通過纖芯一內(nèi)包層界面將光傳輸?shù)较⊥翐诫s纖芯中去。這樣，通過將光耦合到稀土摻雜纖芯中去，這種光纖可以將通過內(nèi)包層傳輸?shù)拇蟛糠侄嗄９廪D(zhuǎn)化為在較長波長上的單模輸出。
雙包層光纖的內(nèi)包層比外包層具有更高的折射率，因此泵浦能量被限制在內(nèi)包層中并且被重新定向引入纖芯中。由于在纖芯中摻雜稀土，該光纖具有旋光性，當(dāng)該光纖被強光泵浦源泵浦時能夠被激發(fā)到高電場能級。包層泵浦能夠在光纖放大器中使用，或者被用來制造高功率單模光纖泵浦激光器。
在雙包層激光器中，光纖的外包層將光泵浦源所提供的泵浦光限制在光纖多模內(nèi)包層中。光纖纖芯小得多的橫截面區(qū)域通常至少摻雜一種稀土元素，比如釹或鐿，以便在單模輸出信號中提供振蕩能力。雙包層結(jié)構(gòu)便于對光纖進行泵浦，使用第一多模包層接收并沿著設(shè)備的長度將泵浦能量傳輸?shù)嚼w芯中去。
泵浦光耦合進雙包層光纖的內(nèi)包層中去的數(shù)量取決于包層的大小和數(shù)
值孔徑NA。通常，希望內(nèi)包層的數(shù)值孔徑大，這與內(nèi)外包層的折射率之差有關(guān)。在眾所周知的設(shè)計中，第一包層(內(nèi)包層)是由玻璃材料制成而第二包層(外包層)由折射率較低的塑料(例如氟化聚合物)制成，以便提高內(nèi)包層數(shù)值孔徑NA。對于許多的應(yīng)用而言，這種塑料并不具有理想的熱穩(wěn)定性，會從第一包層脫落，容易受到潮氣的破壞。此外，這類雙包層光纖僅僅適合用在相對較低的光源功率(低于20瓦)下持續(xù)使用。當(dāng)利用高功率的光源(高于100瓦)時，這類光纖溫度升高，外包層的聚合物材料方式碳化或者點燃，從而導(dǎo)致設(shè)備故障，尤其是在光纖彎曲時。在中等功
率(20瓦到100瓦之間)時，聚合物外包層老化得較快，喪失其機械和光
學(xué)特性，變得十分易碎，因而縮短了設(shè)備壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是激活光纖，包括具有第一折射率ni的石英基纖芯；至少一層包裹該纖芯的石英基包層，所述至少一層石英基包層具有第二折
射率ni，使得n戶ni;所述至少一層石英基包層包含能降低折射率的非周期性的含氣空穴，其中空穴中的至少80。/。橫截面的最大尺寸小于2000nm。與該至少一層帶有空穴的石英基包層緊鄰并位于其內(nèi)的光纖層的數(shù)值孔徑至少為0.2，優(yōu)選至少為0.25，更優(yōu)選至少為0.3，再優(yōu)選至少為0.35，最優(yōu)
選至少為0.4或者更高。較佳地，光纖的橫截面包含至少50個空穴。
較佳地，在這種光纖中有；,/D, >2，更優(yōu)選的是義^/A >4，其中的4,是測量NA所用的波長，D,是指空穴的直徑。同樣，較佳地，所述空穴中至少80%橫截面最大尺寸低于500nm。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，光纖為激活光纖，包括(i)具有第一折射率n,的石英基稀土摻雜纖芯；(ii)具有第二折射率n2、包裹著該纖芯的
石英基內(nèi)包層，使得n^Il2; (iii)包裹著該內(nèi)包層的石英基外包層，該外包
層還包含能降低折射率的含氣空穴，其中空穴的至少80%最大的(橫截面)尺寸小于2000nm。較佳地，內(nèi)包層數(shù)值孔徑在0.2到0.8之間或者更高，例如0.3、 0.4、 0.5、 0.6、 0.7或0.8。
在接下來的詳細說明中陳述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，部分的其他特征和優(yōu)點容易從該說明中為本領(lǐng)域技術(shù)人員所顯見，或者通過實施在此，包括以下的詳細說明、權(quán)利要求書和附圖中所描述的本發(fā)明來認識。
要理解，上述一般說明和下面的詳細說明給出了本發(fā)明的具體實施方式
，都旨在提供理解權(quán)利要求書中的本發(fā)明的本質(zhì)和特征所要求的縱覽和框架。包含附圖是為了進一步提供對本發(fā)明的理解，其構(gòu)成說明書中的一組成部分。附圖描述了本發(fā)明的各種具體實施方式
，與說明書結(jié)合起來可以解釋本發(fā)明的原理和運作。
附圖概述


圖1A是本發(fā)明一個具體實施方式
的橫截面示意圖；圖1B是對應(yīng)于圖1A中光纖的折射率分布示意圖；圖1C是本發(fā)明另一具體實施方式
的橫截面示意圖1D和圖1E是本發(fā)明兩個具體實施方式
的縱向截面示意圖；圖2A-2C是本發(fā)明光纖的其他具體實施方式
的橫截面示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的包含充氣空穴的示例光纖和不包含此類空穴的光纖的彎曲性能曲線圖。
較佳實施方式的詳細說明下面詳細參照本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實施方式，其示例如附圖所示。只要可能，在所有附圖中都用相同的附圖標記指代相同的或者相似的部件。有高
數(shù)值孔徑層光纖IO的兩個具體實施方式
示意性地示于附圖1A和1C。
附圖1A-1E中的光纖10包括具有第一折射率m的石英基纖芯12;包裹纖芯12的至少一層石英基包層16。所述至少一層石英基包層包含能降低折射率的含氣空穴，其中的空穴有至少80%其橫截面的最大尺寸小于2000nm。較佳地，光纖橫截面包括至少50個空穴。與該至少一層帶有空穴的石英基包層16緊鄰并位于其內(nèi)的光纖層的數(shù)值孔徑優(yōu)選至少為0.2，更優(yōu)選至少為0.3，再優(yōu)選至少為0.35，最優(yōu)選至少為0.5或者更高。通過定義能被接受并通過光纖傳播的光對于光纖軸的最大角度，光纖的數(shù)值孔徑NA確定了其"光線收集能力"。數(shù)值孔徑NA二sir^，其中^是例如耦合進纖芯或者內(nèi)包層(參見圖1D和1E)的光線的入射角的1/2。對于處于折射率為I!2的另一均質(zhì)材料層內(nèi)部、折射率為iM的勻質(zhì)材料層(即無空穴的固體玻璃)，在而言，數(shù)值孔徑NA可以用(nf-nP"2來計算。然而對于處于包含空穴的層內(nèi)部的均質(zhì)材料層而言，這個簡單的公式并不適用。相反，該光纖層的數(shù)值孔徑可以通過測量該光纖層的最大光線接收角26，或者耦
合出該光纖的最大擴散角20。測得的NA是接收角或者擴散角26 (參見圖1D和IE)的一半的正弦值，在這個角度內(nèi)包含了能被光纖層(纖芯或者內(nèi)包層)捕獲的光線能量中的90%。較佳地，目標波長(即，信號、泵浦波長、或者測量NA所用的波長)對空穴平均直徑之比至少為2，更優(yōu)選至少為3，再優(yōu)選至少為4，在某些實施方式中至少為5，在有些實施方式中大約為10(即，4,/D,>2，其中A^是測量NA所用的波長，A是指空穴的平均直徑)。
在圖1A的光纖中，高數(shù)值孔徑層是內(nèi)包層14，其與外包層16相鄰并被外包層16包裹。圖1B對應(yīng)于圖1A的光纖，示意性地示出了其折射率分布。該圖顯示，包層16折射率的相對百分比在n產(chǎn)-28y。(在本例中為空穴氣體相對于硅的折射率)和空穴周圍玻璃的折射率(本例中為硅，折射率!15的折射率相對百分比為0%)之間波動。典型的相對折射率ri5百分數(shù)在-2%到3%之間，這個值是相對于硅而言，并且取決于空穴周圍玻璃中的摻雜劑。也就是說，包層16的折射率有波動，在圖1B的例子中，充氣空穴的寬度和/或充氣空穴之間填充了玻璃的空間&是隨機分布的，以及/或者彼此并不相等。也就是說，空穴是非周期性的。優(yōu)選空穴間的平均距離小于5000誰,更優(yōu)選為小于2000nm，再優(yōu)選小于1000nm，例如為750nm、500nm、 400nm、 300nm、 200nm或100nm。相對折射率n5對應(yīng)于包層17。在汽車領(lǐng)域應(yīng)用中的示例性光纖(如圖1C所示)中，高數(shù)值孔徑層是纖芯層12，該層與包含空穴的外包層16相鄰且被該外包層包裹。較佳地，在這兩種光纖中，至少80%的空穴，更優(yōu)選至少90%的空穴其橫截面最大尺寸"小于500nm。更優(yōu)選的是空穴的平均直徑小于500nm ，小于300nm更好?？昭?6A是封閉的(被硅材料環(huán)繞)并且是非周期性的。也就是說，空穴16A可以有相同的大小或者大小各異?？昭ㄖg的距離可以是均勻的(即相同的)或者是有差異的。
對于汽車領(lǐng)域應(yīng)用而言，優(yōu)選纖芯直徑在50pm到400jam之間。典型的示例性汽車用的包層有空穴的光纖在1550nm波長上的衰減低于20dB/km，優(yōu)選低于10dB/km，更優(yōu)選低于5dB/km。較佳的是，當(dāng)將光纖繞在直徑10mm的軸(對于芯徑為125微米的光纖而言)上時，光纖的彎曲損耗為ldB/圈。對于高功率激光器和放大器應(yīng)用，光纖芯徑更小(5nm到50pm)并且摻雜一種或更多種激活(稀土)摻雜劑。
更具體地，圖1A所示的光纖IO包括具有第一折射率m的石英基稀土摻雜纖芯12;包裹纖芯且具有第二折射率Il2的第一包層14(這里也稱作內(nèi)包層)，使得n^ii2;包裹著內(nèi)包層的石英基外包層，其具有第三折射率nR， nR二是波動的、且包括折射率為ri5 (玻璃)和113 (氣體)的區(qū)域。這些折射率示意性地用圖1B表示。
對于在激光器或放大器應(yīng)用中的光纖，纖芯12、內(nèi)包層14和外包層16都是由玻璃制成的。例如，在圖1A和1B所示的具體實施方式
中，石英基纖芯12摻雜了Yb，但也可以使用其它的稀土材料，比Er。纖芯12還可包括至少一種提升折射率的摻雜劑。在本激活光纖實施方式中，優(yōu)選的纖芯相對折射率(相對于氧化硅)變化是0.1%-0.5%，優(yōu)選的纖芯軸寬或半徑是4pm到25pm。在本具體實施方式
中，內(nèi)包層14數(shù)值孔徑大于0.2。較佳地，內(nèi)包層14數(shù)值孔徑大于0.2，優(yōu)選在0.25到0.9之間，例如等于或者大于0.3、 0.33、 0.35、 0.38、 0.4、 0.45、 0.48、 0.5、 0.55、 0.6、 0.65、 0.7、 0.75、0.8或0.85。外包層16包含能降低折射率的含氣(也稱作氣泡、充氣空穴、氣孔或氣線)的空穴。其中的氣體可包含Ar或N2或02或C02、或其混合物，例如可以是空氣。最優(yōu)選的氣體為氬氣或者氦氣。優(yōu)選的是，空穴16A的最大橫截面尺寸D,小于2000prn。(這里所稱的橫截面是與光纖軸向垂直的橫截面)。較佳地，為了盡可能地減小泵浦光散射、提高泵浦效率，外包層16有含氣空穴16A，其最大(橫截面)尺寸D,小于泵浦波長，例如小于1480nm或980nm，更優(yōu)選小于750nm，再優(yōu)選小于500nm，在部分具體實施方式
中更優(yōu)選小于200nm，在部分實施方式中更優(yōu)選小于100nm，在實施方式中最優(yōu)選小于50nm。由于更多的泵浦光進入了纖芯12，其結(jié)果是能夠提高激光振蕩或放大效率。如果需要，還可以使用額外的光學(xué)玻璃包層17。外包層16和光學(xué)玻璃包層17外包裹保護涂層18。外涂層18可以是例如有機涂層，諸如聚酰亞胺或者紫外固化的丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯。如上所述，石英基纖芯12可以摻雜Yb，但也可以使用其它諸如Er的稀土材料掾雜。摻雜Yb的纖芯光激射作用范圍在1.03到1.11微米范圍內(nèi)。纖芯12還可包括至少一種提升折射率的摻雜劑。
較佳地，在激光器光纖應(yīng)用中，內(nèi)包層直徑"w至少為卯Mm，更優(yōu)選至少為125pm。如果內(nèi)包層不具有環(huán)形的橫截面，則Z^定義為從內(nèi)包層橫截面的一邊到相對的另一邊的最小距離。優(yōu)選的是內(nèi)包層直徑Z^是90pm到2000pm，更優(yōu)選是在lOOpm到1700pm之間，再優(yōu)選是在100|iun到1500(im。甚至更優(yōu)選的Z^是在100nm到350pm之間，例如是125(im、150^n或者200)am。優(yōu)選的是內(nèi)包層的橫截面面積是纖芯12的橫截面面積的至少200倍。更優(yōu)選的則是內(nèi)包層14的橫截面面積是纖芯12的橫截面面積的100倍到3000倍。例如，內(nèi)包層14的橫截面面積可以是纖芯12的橫截面面積的300、 500、 700、 1000、 1200、 1500、 1600、 2000或2500倍。厚的內(nèi)包層14，外包層16的含氣空穴16A，以及光纖的全玻璃結(jié)構(gòu)共同作用使得光纖能夠耦合高能量的光源、并且在不損壞光纖的情況下將高功率耦合進入纖芯。因此，這樣的光纖特別適合高功率光源應(yīng)用。
較佳的是本具體實施方式
中石英基外包層16相對較薄，優(yōu)選其厚度等于或者小于100pm，更優(yōu)選小于80nm，再優(yōu)選甚至小于50pm。例如，外包層16的示例性厚度是等于或者大于10|am、 15nm、20|^m、30|_mi、40|im、50jam、 60Mm、 70pm、 80pm 、 90)am 、 95pm、或99jam 。優(yōu)選的外包層16的壁厚在10pm到50pm之間，更優(yōu)選在10 nm到30pm之間。優(yōu)選的外包層直徑(D。w)在約120nm到2100lam之間，更優(yōu)選為約125pm到1600^un之間，再優(yōu)選在約130pm到500pm之間。還應(yīng)指出，外包層可能不是圓形的。如果外包層不是圓形的，0。 .定義為從外包層橫截面的一邊到相對的另一邊的最小距離.
根據(jù)一個具體實施方式
，按照重量百分數(shù)，激活纖芯12包括稀土元素 0.1至l」2.5重量％;P 0至lj 5重量％;
Al 0.5至U 15重量％;Ge 0到15重量％; F 0至lj 1重量％.
纖芯12中的稀土摻雜劑提供了激活離子，以便能夠產(chǎn)生增益或者激光 振蕩作用。示例性稀土摻雜劑是Yb、 Er、 Nd、 Tm、 Sm和Tb。優(yōu)選的纖 芯12中稀土摻雜劑的用量是0.5重量％到1.5重量％之間。還可以在纖芯 原料中添加磷以便降低纖芯玻璃的軟化溫度，這對于用內(nèi)氣相沉積工藝(后 文將描述)生產(chǎn)的纖芯是有利的。還可以用磷來提高折射率。然而，優(yōu)選 使用少于10%的磷，因為過多的磷(10%或者更多)會產(chǎn)生受激拉曼散射 等非線性效應(yīng)，這會抑制激光振蕩作用。可以在纖芯中添加鋁作為解團簇 劑(例如，作為Yb的解團簇劑，優(yōu)選的Al與Yb之比為5: 1到10: 1)。 纖芯12還可包括提高折射率的摻雜劑鍺元素，和/或作為降低折射率同時作 為解團簇劑的氟元素。
優(yōu)選激活光纖內(nèi)包層14包含5重量％到20重量％的Ge以便提供高 NA(數(shù)值孔徑)，但是，如果含氣空穴16A充分降低了外包層16的折射率， 則內(nèi)包層14也可以是無摻雜(純)氧化硅。
選擇外包層16中氣泡16A的數(shù)量，以使內(nèi)包層的NA在0.2到0.8之間 (例如，至少為0.3、 0.35、 0.4、 0.45、 0.5或者更高)。外包層也可以摻雜 降低折射率的摻雜劑，例如，氟或者硼(F,B)，或者兩者兼用，以有助于 在外包層16中建立所需的低折射率，因而相應(yīng)地提高內(nèi)包層14的NA。 制造外包層中含有氣體空穴的光纖的一種方法包括用化學(xué)氣相沉積法 (CVD)獲得包含玻璃微珠(soot)的光纖預(yù)制棒。更具體地，可以在固化 了的包含纖芯和內(nèi)包層的光纖棒上沉積一個對應(yīng)于外包層16的玻璃微珠 層，因而形成最終的包含玻璃微珠的預(yù)制棒。最終的預(yù)制棒在包圍著預(yù)制 棒的氣體環(huán)境中進行固化，固化的條件是在固化步驟中可以有效地將一部 分的氣體捕獲在預(yù)制棒中。固化步驟的結(jié)果是在固化后的預(yù)制棒的外包層 中形成非周期性分布的孔或空穴，每個孔都相應(yīng)于一個包括至少一個含氣 空穴的區(qū)域。然后，再使用這種固化的、在第二層(外層)帶有空穴16A (含氣空穴)的預(yù)制棒制造光纖。在固化步驟中形成在光纖預(yù)制棒外層之 中的含氣空穴，至少有一部分保留在了拉伸光纖的第二包層16中。通過設(shè)計含空穴的區(qū)域?qū)?yīng)于光纖外包層，所得到的這些光纖呈現(xiàn)出具有第一折 射率的第一包層和具有顯著低于第一包層折射率的第二折射率的第二包
層，而第二包層的折射率較低至少部分是因為在第二 (外)包層中存在含 氣空穴16A。
如上所述，預(yù)制棒的玻璃微珠區(qū)域是包圍著預(yù)制棒的氣體環(huán)境中，在能 夠在固化步驟中有效地將一部分環(huán)境氣體捕獲在預(yù)制棒中的條件下被固化
的。這可以通過控制捕獲在預(yù)制棒中的氣體(包括Ar或N2或02或C02、 或其混合物)的量和壓力、玻璃微珠厚度、燒結(jié)速率、和/或固化溫度來實 現(xiàn)；結(jié)果是得到具有封閉孔隙的包含空穴的燒結(jié)預(yù)制棒。該包含空穴的預(yù) 制棒可以直接用作光纖預(yù)制棒，或者任選地再次拉伸，進一步用含Si02的 玻璃微珠包覆(overcladded)，然后置于固化爐中燒結(jié)成最終的光纖預(yù)制 棒。捕獲空穴的固化步驟的結(jié)果是在固化預(yù)制棒的一個層中形成非周期性 分布的孔或空穴，每一個孔都對應(yīng)于一個包括至少一個含氣空穴的區(qū)域。 在其第二 (外)層中有空穴(含氣的孔)的固化預(yù)制棒，隨后通過在可以 改變光纖拉伸速率和溫度的光纖拉伸熔爐中拉伸此包含空穴的固化預(yù)制 棒，被用來制造光纖。制造含氣空穴16A的示例性燒結(jié)和固化步驟在下列 兩個美國專利中詳細描述，其中一件于2006年IO月18日提出申請，申請 號為11/583，另一件于2005年11月8日提出申請，申請?zhí)枮?0/734，這 里通過引用納入本申請。
本發(fā)明雙包層光纖10的其他實施方式示意性地示于圖2A-2C，在這里 參考若干示例性、有代表性的實施方式做一般性描述和圖示，用相同的附 圖標記指代相似的或者功能相近的部件。圖2A-2C所示的光纖橫截面與圖 1A所示的光纖橫截面類似，但是內(nèi)包層14是非圓環(huán)狀的結(jié)構(gòu)。非圓環(huán)狀 結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于這種非圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以提高泵浦光在纖芯12中的吸收。
光纖纖芯12或者是圓形的(圖2A)或者是橢圓形的，如圖2B、 2C所 示。由于橢圓纖芯使得光纖具有保偏特性，首選橢圓纖芯12。優(yōu)選橢圓纖
芯12的縱橫比為至少1.5: 1，更優(yōu)選在2: l到5: l之間，因為這些縱橫
比能改善纖芯12的雙折射性，這樣光纖就是保偏光纖。例如，縱橫比(長 軸和短軸之比)為2: 1的橢圓纖芯如圖2C所示。這樣，如果稀土摻雜光纖是橢圓結(jié)構(gòu)，光纖10就是保偏(PM: polarization maintaining)光纖。本
發(fā)明中，術(shù)語"保偏"是指光纖能在至少50米的長度上提供偏振保持。
為了獲得保偏單模放大/激光器光纖，纖芯12的縱橫比值至少應(yīng)為1.5 比l，數(shù)值孔徑在0.05 (對于高功率激光器)到0.2 (對于低功率應(yīng)用)之 間。纖芯的數(shù)值孔徑NA定義為(W-^)"2。如果纖芯12不是圓形的，優(yōu) 選其縱橫比在3: l到10: l之間。
多包層光纖的石英基內(nèi)包層1 4可以具有圓環(huán)狀外周，如圖1A (優(yōu)選處 于非同心位置的纖芯)所示，或者具有非圓環(huán)狀的外周。上面所定義的內(nèi) 包層14的(泵浦)數(shù)值孔徑NA優(yōu)選為大于0.2。
總體來說，可以用于光纖激光器或者放大器的雙包層結(jié)構(gòu)包括兩個包 層。第一 (內(nèi))多模包層14作為多模泵浦纖芯。內(nèi)包層14與纖芯12相鄰， 而第二 (外)包層16包裹第一包層14。纖芯12在纖芯激光振蕩波長上可 以是多模的也可以是單模的。內(nèi)包層14作為輸入(泵浦)光的高數(shù)值孔徑 NA波導(dǎo)。內(nèi)包層半徑越大，從光源耦合進內(nèi)包層的泵浦光就越多。第一多 模內(nèi)包層橫截面(如圖2A-2C所示，Z^是內(nèi)包層橫截面較小的維度)可以 設(shè)計成所需的形狀，例如與泵浦源的近場外形匹配或者是具有能夠提高從 光源耦合進內(nèi)包層的(泵浦)光效率的形狀。內(nèi)包層14的數(shù)值孔徑要大到 足以捕獲諸如激光器二極管等光源的輸出。外包層16中的含氣空穴16A顯 著地提高了內(nèi)包層14的數(shù)值孔徑NA。較佳地，氣體填充區(qū)域的比例，亦 即外包層16中氣體填充的比例(也就是空穴的總橫截面面積除以包含空穴 區(qū)域的光纖總橫截面面積，再乘以100)在1%到75%之間，更優(yōu)選為2% 到55%，最優(yōu)選為6%到50%，通常在6%到20%。氣體填充比例(％)越 高，內(nèi)包層14的NA就越大。典型的光纖含空穴區(qū)域的氣體填充比例在8% 到50%之間，其對應(yīng)的內(nèi)包層的NA為0.2到0.8——假如外包層未進行下 降性摻雜。如果外包層還進行了下降性摻雜，例如摻雜硼或氟，則內(nèi)包層 的NA會更大。
例如， 一個相對較薄(例如，徑向?qū)挾刃∮?0微米，更優(yōu)選小于30微 米)的環(huán)型空穴區(qū)域16可以環(huán)繞著光纖的內(nèi)包層14，但是卻并不完全延伸 到光纖的外周。光纖可以摻雜了鍺或氟，也可以沒有同時慘雜鍺或氟來調(diào)節(jié)纖芯或者光纖包層的折射率，但可以避免這些摻雜劑，而是相反地單獨 使用空穴來調(diào)節(jié)外包層相對于內(nèi)包層的折射率，從而使泵浦光被限制在內(nèi) 包層14中，于是泵浦光就不會泄漏出內(nèi)包層。采用所揭示的固化技術(shù)，可 以得到其橫截面非周期性地分布著含氣空穴的光纖。所謂"非周期性分布" 是指從光纖橫截面來看，含氣空穴隨機地或非周期性地分布在外包層16的 至少一個區(qū)域上。沿光纖的長度在不同點所取的橫截面具有不同的空穴橫 截面圖案，也就是說，不同的橫截面具有略有不同的隨機取向的空穴一例
如，不同的孔圖案、分布和大小。這些孔(空穴16A)沿著光纖長度(即
與光纖縱軸平行)伸展(細長)，但是并不延伸到整個光纖的這個長度。 盡管希望不受理論的約束，但是據(jù)信空穴或孔延伸不超過數(shù)米，在許多情 況下沿光纖長度延伸不足1米。
采用所述的產(chǎn)生孔(空穴)的固化技術(shù)，有可能得到包層區(qū)域所含總光 纖空穴面積的百分比(即，空穴的總橫截面面積除以光纖的總橫截面面積，
再乘以100)大于0.01%，更優(yōu)選大于0.05%，更優(yōu)選大于0.1%，再優(yōu)選大 于1%。例如，光纖中總空穴面積百分比大于約5%，或者大于約8%甚至 10%。外包層或第二包層中的含氣空穴16A (本發(fā)明中也稱作孔或空穴)可 以被用來減小外包層16相對于內(nèi)包層14的折射率，這樣形成能在光纖內(nèi) 包層中引導(dǎo)泵浦光的包層區(qū)域。通過選擇合適的玻璃微珠固化條件，正如 下面作為例子所描述的，可以實現(xiàn)多種有用的光纖設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，通過 選擇包層中的最大空穴尺寸使之小于提供給內(nèi)包層14的泵浦光波長(例如 小于980讓或者1680nm)，優(yōu)選小于泵浦光波長的一半，無需使用昂貴的 摻雜劑即可獲得非常高效率的激光器和/或放大光纖。因此，對于很多應(yīng)用 來說，優(yōu)選以這樣的方式來形成孔，使得光纖IO外包層16中的孔中有至 少80%以上(更優(yōu)選的是大于95%)的或者優(yōu)選全部的孔的最大孔寬(即 最大橫截面Z)i )小于2000nm，更優(yōu)選為1480nm或980 nm，更優(yōu)選小于 500 nm，再優(yōu)選小于400 nm，在某些實施方式中優(yōu)選小于300 nm，在某些 實施方式中優(yōu)選小于200 nm，甚至在某些實施方式中更優(yōu)選小于100 nm， 在某些實施方式中優(yōu)選小于50nm。同樣的，優(yōu)選光纖中孔的平均直徑小于 2000 nm，更優(yōu)選小于1000 nm，更優(yōu)選小于500 nm，在某些實施方式中甚至更優(yōu)選小于350 nm，在某些實施方式中最優(yōu)選小于200 nm，這里所說的 平均直徑都可以通過所述的方法實現(xiàn)。使用本發(fā)明揭示的方法所制得的光 纖能實現(xiàn)這些平均直徑，其標準偏差小于1000nm，更優(yōu)選標準偏差在500nm 以內(nèi)，再優(yōu)選的標準偏差在200nm以或更小。在某些實施方式中，所揭示 的光纖在對光纖長度上的橫截面所測得的孔數(shù)小于5000，在某些實施方式 中孔數(shù)小于1000，而在某些實施方式中在光纖垂直橫截面上孔總數(shù)小于 500。當(dāng)然，絕大多數(shù)光纖綜合了這些特性。這樣，例如一個最優(yōu)選的光纖 的具體實施方式
中，在光纖中的孔數(shù)小于200，孔的最大直徑小于1500nm， 平均直徑小于750nm，雖然可以使用更大和數(shù)目更多的可來實現(xiàn)有效的、 抗彎曲的光纖?？椎臄?shù)目、平均半徑、最大半徑、包含空穴的光纖部中空 穴面積的百分比、以及孔的總空穴面積百分百都可以借助于800倍放大率 的掃描電子顯微鏡和圖像分析軟件如美國馬里蘭州銀春市的Media Cybernetics公司的ImagePro來計算。
如在下面的例4中所述，為了分析空穴16A對纖芯12的數(shù)值孔徑NA 的影響，我們比較了沒有含氣空穴的純氧化硅外包層光纖(光纖樣品A) 和具有含氧空穴(光纖空穴總面積百分比6.8%，空穴平均半徑0.45pm， 標準偏差為0.21pm)，的類似光纖(光纖樣品B，參見圖1C和1D)來。 沒有含氧空穴的光纖其纖芯NA為0.262 (在波長1380nm下測得)。有空 穴16A的光纖其纖芯NA為0.344 (在波長1380nm下測得)。如此，當(dāng)增 加了充氧空穴后，纖芯的數(shù)值孔徑NA提高了 31% (從0.262到0.344)。
實施例
通過下面的實施例來進一步澄清本發(fā)明。
實施例1
實施例1中的光纖IO示意性地示于圖1A和1B，包括Yb摻雜的纖芯 12、 Ge02-Si02內(nèi)包層(折射率百分比A^0.46)和摻雜了氟和硼的外包層 16。"折射率百分比A"定義為(n,2-n〗)/2nf,其中i=l、 2或3， ^是純氧化 硅的折射率。纖芯12 (相對于內(nèi)包層14)相對折射率差(百分比A)大約為0.56。光纖外包層16摻雜了氟/硼并且包含含氮空穴(孔隙度16%)。 慘雜Yb纖芯12對于波長lpm以上是單模。如果纖芯12摻雜Er，則光纖 在1.55)am的光激射波長是單模的。光纖10的纖芯12的NA相對較低(大 約0.065)，內(nèi)包層NA較高(在1380nm波長下測得為0.39)。內(nèi)包層NA 優(yōu)選高于泵浦源，使泵浦源耦合效率達卯％或者更高。纖芯的NA小(0.065) 就能夠在大纖芯(直徑10.5微米)條件下進行單模作業(yè)。如果纖芯的NA 變大(例如0.13)，為了獲得單模方式，纖芯的直徑必須要減小(例如5 微米)。較大的纖芯直徑和較小的纖芯NA，使得纖芯12可以維持在單模 狀態(tài)，同時使纖芯能夠從內(nèi)包層獲得更多的泵浦能量，而且還提高光纖功 率處理能力。在本示例性光纖的具體組成是
纖芯12: 0.6重量％ Yb203; 4.5重量％ A1203; 3.0重量％
Ge02;
內(nèi)包層14: 8.5重量。/。Ge02;
外包層16: 9重量％的硼和2.7重量％的氟，外包層的孔隙 度(充氮空穴)16%，空穴平均直徑為200nm，標準偏差為100nm。在本實施 例中，諸相對折射率A 115和113分別約為-1.5%和-28% (相對于純氧化硅)。 光纖IO可以用外氣相沉積法(OVD)來制造。OVD法是制造光纖的一 種方式，具體是從在火焰中與氧氣發(fā)生反應(yīng)的所需氣體成分中通過沉積在 餌棒上形成玻璃微珠粒子，得到光纖玻璃微珠-預(yù)制棒。然后，將餌棒去掉， 將玻璃微珠-預(yù)制棒在高溫熔爐中固化成實心透明玻璃。在玻璃微珠-預(yù)制棒 形成過程中利用針對各個不同層的不同氣體成分實現(xiàn)纖芯/內(nèi)包層/外包層 的組成。首先生成纖芯/內(nèi)包層預(yù)制棒，然后將其固化，接著是外包層外氣 相沉積過程，然后再次進行固化。正如說明書中所描述，至少利用一個固 化步驟將含氣空穴引入固化的光纖預(yù)制棒中去。然后將最終的預(yù)制棒用已 知的光纖拉伸法拉伸成雙包層光纖。
實施例2
本實施例中的光纖示意性地示于圖1A和1B，包括在1100pm的激光 振蕩波長上為多模的Yb摻雜的石英基纖芯12、、純氧化硅內(nèi)包層14(A%s0)和在包含空穴(氬氣)的區(qū)域孔隙度為16%的純氧化硅外包層 16。在本實施例中，諸相對折射率A 115和113分別約為0%和-28% (相對于 純氧化硅)。內(nèi)包層14的NA為0.3 (在1380nm波長下測得)。纖芯12 相對于內(nèi)包層"的折射率差(A%)約為0.7。纖芯12和內(nèi)包層14的第一 部分是通過內(nèi)氣相沉積法(IVD)制造。纖芯的Ge02-Si02玻璃微珠沉積在 玻璃管的內(nèi)部(內(nèi)包層的第一部分)，然后是纖芯玻璃微珠的溶腋Yb摻雜。 然后將該結(jié)構(gòu)燒結(jié)成實心預(yù)制棒。接著將該預(yù)制棒作為OVD過程的餌棒用 于外包層沉積。正如說明書中所描述，至少利用一個固化步驟將含氣空穴 引入固化的光纖預(yù)制棒。
實施例2中光纖的具體組成是
纖芯12: 0.8重量％ Yb203; 9.5重量％ P203; 5.4重量％ Ge02; 內(nèi)包層14:純氧化硅
外包層16:純氧化硅，其外包層內(nèi)孔隙度(含氬空穴)為16%， 平均孔徑為300nm，標準偏差為150nm。在本實施例中，諸相對折射率A 115和113分別是約0%和-28% (相對于純氧化硅)。
實施例3
實施例3的激活光纖(同樣示意性地示于圖1A和1B)包括Yb摻雜 的纖芯12、 NA為0.3 (在1380nm波長下測得)的Ge02摻雜的石英基內(nèi) 包層14、以及摻雜氟/硼且含有空穴的外包層16。纖芯12 (相對于內(nèi)包層) 的折射率差(A%)是約0.7。本光纖實施例的具體組成是
纖芯12: 0.8重量％ Yb203; 9.5重量％ P203; 5.4重量％ Ge02; 內(nèi)包層14: 6重量％ Ge02;
外包層16: 9重量％的硼和2.7重量％的氟，在外包層內(nèi)的 孔隙度(含氬空穴)為5%，平均孔徑為300nm，標準偏差為150nm。在本實 施例中，諸相對折射率A !15和113分別是約-1.5%和-28%(相對于純氧化硅)。 充氣空穴16A改善了內(nèi)包層16的NA，這樣就獲得了高得多的激光泵浦效 率，而且因為泵浦光被限制在了光纖內(nèi)，這些空穴能夠防止泵浦光泄漏帶 來的災(zāi)難性故障，如果發(fā)生泄漏，會致使聚合物涂層點燃并引起火災(zāi)。實施例4
實施例4中的光纖(樣品B)示意性地示于圖1C和1D。對照光纖(樣 品A)與樣品B光纖類似，但是外包層中沒有空穴。下面詳述樣品A和樣 品B光纖及其性能。樣品B制造如下1200克Si02 (密度0.47g/cc)玻璃 微珠被火焰沉積(flame deposited)至長1米、直徑15毫米的Ge02-Si02 遞變折射率(拋物線型，峰值為2MA折射率(相對于氧化硅))實心玻璃 棒上。這個組合件首先在由氦氣和3%的氯氣組成的氣氛中于1000。C干燥 2小時，然后以32mm/min的速度向下驅(qū)動通過溫度設(shè)定在1500°C 、處于 100%氧氣氛中的高溫區(qū)，然后以25mm/min的速度重新向下驅(qū)動(re-down driven)通過處于同樣氣氛中的高溫區(qū)，最后在100%的氧氣氛中以6mm/min 的速度燒結(jié)，以便將玻璃微珠燒結(jié)成有小氧氣泡的包層毛坯。將所得玻璃 毛坯在設(shè)定于1000。C的氬氣凈化夾持爐中放置24小時。
然后，在熱區(qū)長度為20cm、溫度設(shè)定在約2000。C的拉伸熔爐中，以 20m/s的速度將毛坯拉成10km長、直徑125微米的光纖(樣品B光纖)。 對光纖端面以800倍的放大倍數(shù)進行SEM圖像分析表明，實心氧化硅-氧 化鍺纖芯直徑為62.5微米，氧化硅包層(相對于氧化硅，115約為0%)直 徑125微米，氧化硅包層包含體積比為約9.0%的氣線(airlines)(氧氣， 相對于氧化硅，n3=-28%)，自纖芯的邊緣開始，分別在整個包層之中直至 逼近光纖的外徑，平均孔徑為0.45微米，最小直徑的氣線(airline)為0.21 微米，最大直徑為1.2微米，標準偏差為150nm，在光纖橫截面上大約包含 3000個孔。光纖總空穴面積百分比(空穴的橫截面總面積除以光纖的橫截 面總面積，再乘以IOO)約為6.8%。在測定多模衰減時，該光纖的光性能 是小于20dB/km，更具體的是3.00 dB/km、 0.74 dB/km和0.45 dB/km，分 別對應(yīng)于波長850nm、 1310nm和1550nm。當(dāng)將光纖繞半徑為5mm (直徑 10mm)的心軸繞一周時，其光學(xué)彎曲性能數(shù)據(jù)(圖3)在850nm和1550nm 波長的衰減分別增加了不足0.03 dB和0.01 dB。
對市售的對照光纖也進行了抗彎曲測試，其芯徑(Ge02-Si02遞變折射 率(為拋物線形，(相對于氧化硅)峰值為2。/。A折射率)為62.5微米、實 心氧化硅外包層直徑為125微米、無空穴(樣品A光纖)。該對照光纖(樣表明，當(dāng)光纖繞半徑為5mm的心軸繞一 周時，在850nm和1550nm波長的衰減分別增加1.13 dB和1.20 dB。這個 結(jié)果驗證了包層中包含空穴的光纖具有優(yōu)異的抗彎曲特性。沒有含氧空穴 的對照光纖(樣品A光纖)，其纖芯NA為0.262 (在約1380nm下測得)。 具有空穴16A的光纖(上述樣品B)其纖芯NA為0.344 (在約1380nm下 測得)。這樣，當(dāng)增加了充填了空氣的空穴后，纖芯的數(shù)值孔徑NA增大 了 31% (從0.262到0.344)。
因此，采用本發(fā)明所揭示的光纖設(shè)計和制造方法，有可能得到一種光纖， 當(dāng)其繞直徑為10mm的心軸繞一周時，其在目標波長(例如915nm、 976 nm、 980 nm、 1480 nm禾B 1550 nm)的衰減增加值小于ldB/圈，優(yōu)選小 于0.5dB/圈，再優(yōu)選小于0.25dB/圈，最優(yōu)選小于0.15dB/圈。
實施例4中制造光纖的光學(xué)毛坯還被拉伸成直徑為300微米的光纖，其 氧化鍺摻雜氧化硅的纖芯沒有空穴、半徑為75微米。該纖芯被上述含空穴 的氧化硅包層所包裹，這樣得到一種具有大纖芯和高NA的光纖。直徑為 125或300微米的光纖都適用于汽車數(shù)據(jù)通信應(yīng)用。
實施例5
實施例5中的光纖IO示意性地示于圖1C和1D，是設(shè)計用于汽車數(shù)據(jù) 通信應(yīng)用的。該光纖包括一個無空穴的氧化硅纖芯12，纖芯半徑為90微米 并且被包含空穴、徑向厚度為20微米的氧化硅包層16所包裹，該包層包 括16%的含氮氣空穴16A，空穴平均直徑為200nm，標準偏差為150nm， 該包層又被無空穴的徑向厚度為IO微米的氧化硅外包層17所包裹。光纖 總的空穴面積百分比(空穴的橫截面總面積除以光纖的橫截面總面積，再 乘以100)大約為4.4%。纖芯的NA為0.3 (在1380nm波長下測得)。該 光纖適用于汽車數(shù)據(jù)通信應(yīng)用。
較佳地，氣體充填區(qū)域的比例，即包含空穴的包層中充填了氣體的比例 (也就是空穴的橫截面總面積除以光纖的橫截面總面積，再乘以100)在 1%到75%之間，更優(yōu)選在2%到55%之間，更優(yōu)選在6%到50%之間。充填 了氣體的比例(％)越高，纖芯12的NA就越大。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，相對 于目標波長(例如光源波長)而言空穴的尺寸越小，光纖的光學(xué)性能越好，高數(shù)值孔徑層(在本實施例中為纖芯12)的NA越大，光纖10的彎曲性能
越好。因此，優(yōu)選義^/^>2，更優(yōu)選大于3，更優(yōu)選大于4，甚至更優(yōu)選大 于5，最優(yōu)選大于10 (4,是測量NA所用的波長，A是平均空穴直徑)。 在本實施例中，諸相對折射率A 115和!!3分別約為0%和-28% (相對于純氧 化硅)。
實施例6
實施例6中的光纖IO示意性地示于圖1C和1D，設(shè)計用于汽車數(shù)據(jù)通 信應(yīng)用。該光纖制造如下500克Si02 (密度0.46g/cc)玻璃微珠(soot) 被火焰沉積至長1米、半徑15微米的純氧化硅纖芯棒上。然后對該組合件 進行燒結(jié)，更具體地說，這個組合件在由氦氣和3%氯氣組成的氛圍中于 1000°C干燥2小時，接著以32mm/min的速度向下驅(qū)動通過溫度設(shè)定于 1500°C 、處于70%氮氣和30%SiF4 (體積比)氣氛下的高溫區(qū)，再以 25mm/min的速度重新向下驅(qū)動(re-down driven)通過處于相同氣氛下的高 溫區(qū)，最后在100%氮氣中以6mm/min的速度進行燒結(jié)，以便將玻璃微珠 燒結(jié)成氟摻雜且有氮氣小泡(nitrogen-deeded)的包層毛坯。將該毛坯在設(shè) 定于1000°C的氬氣凈化夾持爐中放置24小時。
用與實施例1相似的方法將該毛坯拉伸成直徑135微米的光學(xué)。對光 纖端面的200倍和500倍放大率下的光學(xué)圖像分析表明，實心氧化硅纖芯 直徑為82微米，摻氟氧化硅(約1.2重量％的氟，相對于純氧化硅，n5=-0.4%) 包層包含大約9.0體積％的氣線(氮氣)，平均孔徑為0.73微米，最小氣 線直徑是0.03微米，最大氣線直徑是2.0微米，標準偏差為0.40微米，在 光纖橫截面內(nèi)包含大約1200個孔。本實施例中，相對折射率A 113約為-28% (相對于純氧化硅)?？偪昭娣e百分比(空穴的橫截面總面積除以光纖 的橫截面總面積，再乘以IOO)大約為5.1%。當(dāng)測量多模衰減時，該光纖 的光學(xué)性能在波長850nm、 1310nm和1550nm分別為小于16.1dB/km、 14.5 dB/km和13.2 dB/km。當(dāng)將光纖繞半徑為5mm的心軸繞一周時，其光學(xué)彎 曲性能數(shù)據(jù)在850nm和1550nm波長衰減增加值分別是1.85 dB和0.67 dB。 制作了一條無空穴的對照光纖；在包層中采用了 SiF4和He燒結(jié)氣氛，得到的是無空穴的光纖。對該對照光纖端面的200倍和500倍放大率下的光學(xué)
圖像分析表明，實心氧化硅纖芯直徑為82微米，摻氟氧化硅包層(大約1.2 重量％的氟)無空穴。當(dāng)將光纖繞半徑為5mm (直徑10mm)的心軸繞一 周時，其光學(xué)彎曲性能在850nm和1550nm波長的衰減增加值分別是8.06dB 和9.33dB。這些結(jié)果驗證了在包層中含有空穴的光纖抗彎曲性能更好。具 有空穴16A (上述)的光纖內(nèi)包層NA為0.258 (在約1380nm測得)。無 空穴的對照光纖內(nèi)包層NA為0.13 (在約1380nm測得)。因此，當(dāng)增加了 充填空氣的空穴16A時，內(nèi)包層的數(shù)值孔徑NA提高了98% (從0.13到 0.258)。還上述光學(xué)毛坯拉伸成直徑300微米的光纖，其無空穴纖芯徑向 距離大約為100微米，并且被含有空穴的氟摻雜氧化硅包層所包裹，如上 所述，從而得到的光纖纖芯大、NA高。直徑125或300微米的光纖都適用 于汽車數(shù)據(jù)通信應(yīng)用。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，可以對本發(fā)明做出各種修改和變動而不 背離本發(fā)明的精髓和范圍。因此，本發(fā)明目的在于涵蓋本發(fā)明的這些修改 和變動，只要它們落在所附權(quán)利要求書和其等效方案的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括(i)具有第一折射率為n1的石英基纖芯；以及(ii)至少一層包裹所述纖芯的石英基包層，所述至少一層石英基包層具有第二折射率ni，使得n1＞ni；所述至少一層石英基包層包含能降低折射率的、非周期性的、包含氣體的空穴，其中所述空穴中的至少80％具有小于2000nm的橫截面最大尺寸，與所述至少一層石英基包層緊鄰并在其內(nèi)部的光纖層的數(shù)值孔徑至少為0.2。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其中與所述至少一層石英基包層緊鄰并在 其內(nèi)部的光纖層的數(shù)值孔徑至少為0.5。
3. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中與所述至少一層石英基包層緊鄰并在 其內(nèi)部的光纖層是纖芯，且所述纖芯的直徑在50pm到400pm之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其中與所述至少一層石英基包層緊鄰并在 其內(nèi)部的光纖層是纖芯，且纖芯的數(shù)值孔徑至少是0.4，纖芯的直徑在50pm到400nm之間。
5. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中義^/A〉2，其中義^是測量所述NA所用的波長，A是平均空穴直徑。
6. 如權(quán)利要求5所述的光纖，其中所述空穴中至少80%具有小于500nm的橫截面最大尺寸。
7. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中所述空穴的平均直徑小于500nm。
8. 如權(quán)利要求2所述的光纖，其中^JA〉5。
9. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其特征在于充填氣體的區(qū)域比例至少為 1%。
10. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其特征在于充填氣體的區(qū)域比例至少為 5%。
11. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中所述纖芯直、徑至少為200nm。
12. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其中當(dāng)所述光纖繞直徑為10mm的心軸 一周時，其彎曲衰減小于0.25dB/km。
13. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中所述光纖在A二850 nm時，其纖芯 衰減小于20 dB/km。
14. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述氣體包括Ar、 N2、 02、 C02、或它們的混合物。
15. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其中所述纖芯是稀土摻雜的纖芯；所述 光纖進一步包括包裹纖芯的石英基內(nèi)包層，所述石英基內(nèi)包層具有第二折 射率112，使得m〉n2;其中所述至少一層包含能降低折射率的非周期性空穴 的石英基包層是包裹所述第一包層的外包層。
16. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中所述內(nèi)包層直徑至少為125pm。
17. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中(i)按重量百分比，所述纖芯包括Yb和/或Er 0.1至U 2.5重量％;P 0至U 5重量％;Al 0至(J 15重量％;Ge 0至ij 15重量％;;和F 0至ij 1重量％;和(ii)所述內(nèi)包層包括0到20重量％的Ge。
18. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中所述纖芯是伸長形的，纖芯的縱橫 比至少為1.5比1，纖芯直徑(沿短軸)為5)im到50pm，所述光纖為保偏(PM)光纖。
19. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中所述纖芯是圓形的，纖芯的直徑 為9拜至lJ 30,。
20. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中所述內(nèi)包層直徑為lOO)am到 350拜，外包層直徑為120)am到500|am 。
21. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中石英基內(nèi)包層數(shù)值孔徑在0.25到 0.9之間。
22. 如權(quán)利要求15所述的光纖，其中包含能降低折射率的非周期性分布 空穴的外包層厚度在lOiam到lOO)im之間。
全文摘要
一種光纖，包括折射率n_i的硅基纖芯；至少一層包裹纖芯的硅基包層，所述至少一層硅基包層包含能降低折射率的、非周期性的、包含氣體的空穴，其中至少80％的空穴橫截面最大尺寸小于2000nm，與該至少一層帶有空穴的硅基包層緊鄰并在其內(nèi)部的光纖層的數(shù)值孔徑至少為0.2。
文檔編號G02B6/02GK101627327SQ200780050591
公開日2010年1月13日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者D·A·諾蘭, D·C·布克班德, M·-J·李, M·T·穆塔格, P·坦登, 吉 王 申請人:康寧股份有限公司