專(zhuān)利名稱(chēng)：微結(jié)構(gòu)光纖及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維光波導(dǎo)，具體說(shuō)來(lái)，涉及微結(jié)構(gòu)光纖中副介質(zhì)區(qū)域的設(shè)置。
背景技術(shù)：
高折射率的芯區(qū)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，憑借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。包層結(jié)構(gòu)可具有空間均勻的平均折射率，可對(duì)該折射率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之符合所需的與芯折射率的關(guān)系。

圖1表示出現(xiàn)有技術(shù)微結(jié)構(gòu)光纖橫截面。在光纖1b中，在石英玻璃2b中設(shè)置有多個(gè)孔3b。在該橫截面中孔3b的直徑基本相同，且孔3b的中心大體上與一六邊形柵格中的格點(diǎn)4b重合。對(duì)于包層中大體上周期性排列的副介質(zhì)區(qū)域，通過(guò)用主介質(zhì)(例如石英玻璃)替代一或多個(gè)副介質(zhì)，可以得到芯區(qū)域。該光纖中心處的格點(diǎn)41b沒(méi)有相應(yīng)的孔，從而光纖中心的平均折射率高于周?chē)鷧^(qū)域的平均折射率。結(jié)果，光波被限制在光纖中心，并在該光纖上傳導(dǎo)。
在具有零或負(fù)色散、零或負(fù)色散斜率，和/或小的有效芯面積的微結(jié)構(gòu)光纖的制造過(guò)程中，難以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率和低傳輸損耗。為了在微結(jié)構(gòu)光纖中實(shí)現(xiàn)這些特性，需要具有小直徑，并且尺寸與排列精確控制的空氣孔。不過(guò)，孔直徑的減小可導(dǎo)致光纖拉制過(guò)程中孔的表面上表面張力增大。表面張力增大引起孔過(guò)度收縮，導(dǎo)致所拉制光纖光學(xué)特性的不可控制性增大。雖然通過(guò)降低拉制溫度可減小表面張力的影響，但是由拉制溫度降低而增大的牽引張力，導(dǎo)致拉制過(guò)程中光纖斷裂的發(fā)生率增加，傳輸損耗增大，且耐UV輻射性降低。
發(fā)明概述通過(guò)使光纖最內(nèi)部區(qū)域中的副介質(zhì)區(qū)域偏離周期性柵格的格點(diǎn)而形成芯區(qū)域，本發(fā)明可滿(mǎn)足上述光纖特性要求，同時(shí)至少部分地克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。結(jié)果，通過(guò)其中副介質(zhì)區(qū)域的曲率半徑大于現(xiàn)有技術(shù)中副介質(zhì)區(qū)域曲率半徑的結(jié)構(gòu)，有可能獲得頗有價(jià)值的特性，如零或負(fù)色散，零或負(fù)色散斜率，和小的有效芯面積。副介質(zhì)區(qū)域曲率半徑的增大，減小了光纖拉制過(guò)程中表面張力的影響，導(dǎo)致對(duì)光纖結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的高可控性、高生產(chǎn)率、低傳輸損耗和高耐UV輻射性。
定義下面的術(shù)語(yǔ)，以幫助說(shuō)明微結(jié)構(gòu)光纖的特性。
主介質(zhì)是能單獨(dú)構(gòu)成光纖的介質(zhì)。另一方面，副介質(zhì)不必能單獨(dú)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)。
用下式定義由數(shù)個(gè)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。
格點(diǎn)的柵格單元是以該格點(diǎn)與相鄰格點(diǎn)之間的中垂線為輪廓的多邊形區(qū)域。在孔周期性排列的結(jié)構(gòu)中，相對(duì)孔徑是孔直徑d與周期性柵格的柵距L的比值。如果結(jié)構(gòu)具有平移對(duì)稱(chēng)性，則將該結(jié)構(gòu)平移非零距離的操作保持該結(jié)構(gòu)不變。可以用矢量表示平移操作的方向和距離。當(dāng)有N個(gè)表示可保持結(jié)構(gòu)不變的平移操作的獨(dú)立矢量時(shí)，該結(jié)構(gòu)具有N維平移對(duì)稱(chēng)性。
根據(jù)下面僅通過(guò)本發(fā)明最佳實(shí)施方式說(shuō)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)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(shuō)明實(shí)際上是說(shuō)明性而非限定性的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)但不限于附圖中的例子說(shuō)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為垂直于現(xiàn)有技術(shù)微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸所取的橫截面圖。
圖2為垂直于本發(fā)明微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸所取的橫截面圖。
圖3-5為表示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中各個(gè)光纖的各種光纖特性的曲線。
圖6為垂直于本發(fā)明第二實(shí)施例微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸所取的橫截面圖。
圖7表示圖6所示光纖1a的色散和模式場(chǎng)直徑(MFD)的曲線。
圖8為垂直于本發(fā)明第三實(shí)施例微結(jié)構(gòu)光纖的光纖軸所取的橫截面圖。
圖9-11為表示與圖8實(shí)施例相應(yīng)的光纖結(jié)構(gòu)的各種光纖特性與其他光纖結(jié)構(gòu)的對(duì)比曲線。
圖12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明制造預(yù)制棒的方法。
圖13說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明拉制預(yù)制棒的方法。
圖14說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明拉制預(yù)制棒的另一種方法。
圖15說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造的預(yù)制棒。
本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施例光纖1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)孔3，作為副介質(zhì)區(qū)域。該橫截面具有內(nèi)部區(qū)域11和圍繞該內(nèi)部區(qū)域的外部區(qū)域12?？椎呐帕谢旧蠟榱呅螙鸥?。在外部區(qū)域中，孔32的中心大體上與外部格點(diǎn)42重合，外部格點(diǎn)42為六邊形柵格中的格點(diǎn)4的一部分，并處于外部區(qū)域中。另一方面，在內(nèi)部區(qū)域中，孔31的中心向外偏離內(nèi)部格點(diǎn)41大約為0.1柵格周期。內(nèi)部格點(diǎn)為六邊形柵格中的格點(diǎn)4的一部分，并處于內(nèi)部區(qū)域中。在橫截面中孔31與32的直徑基本相同。對(duì)于格點(diǎn)41或42的每個(gè)柵格單元，單個(gè)孔31或32的中心處于該單元內(nèi)。在描述本發(fā)明時(shí)，將處于一格點(diǎn)的柵格單元內(nèi)的孔稱(chēng)為相應(yīng)于該格點(diǎn)的孔。
此外，外部區(qū)域被石英玻璃組成的外套區(qū)域13圍繞。雖然對(duì)于光波在光纖芯中的引導(dǎo)而言，該外套區(qū)域并非必不可少的，不過(guò)它能提高光纖的機(jī)械強(qiáng)度，并減小微彎曲損耗，而微彎曲損耗是引起傳輸損耗的一個(gè)原因。由于上面所述孔的排列，內(nèi)部區(qū)域11中孔31之間主介質(zhì)區(qū)域21的面積，大于外部區(qū)域12中孔32之間主介質(zhì)區(qū)域22的面積。結(jié)果，內(nèi)部區(qū)域的平均折射率高于外部區(qū)域，通過(guò)全反射有可能將光波限制在內(nèi)部區(qū)域11中的主介質(zhì)區(qū)域21內(nèi)，并在光纖上傳導(dǎo)光波。
已經(jīng)針對(duì)本發(fā)明的三種結(jié)構(gòu)ha8，ha7和ha6，以及現(xiàn)有技術(shù)的三種結(jié)構(gòu)hb8，hb7和hb6，研究了光學(xué)特性。下表中給出了這些結(jié)構(gòu)的相對(duì)孔徑。表1代號(hào) ha6 ha7 ha8 hb6 hb7 hb8相對(duì)孔徑 0.6 0.7 0.8 0.6 0.7 0.8在研究中，孔的直徑已經(jīng)被改變，并且光纖中的其它尺寸也成比例地改變。
圖3-5表示所列各個(gè)光纖的多種光纖特性。圖3表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的色散。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得零或負(fù)色散的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的現(xiàn)有技術(shù)光纖相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得零或負(fù)色散的孔直徑較大。圖4表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的色散斜率。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得零或負(fù)色散斜率的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得零或負(fù)色散斜率的孔直徑較大。圖5表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的有效芯面積。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得小的(小于5μm2)有效芯面積的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得小的(小于5μm2)有效芯面積的孔直徑增大。這些曲線說(shuō)明了本發(fā)明光纖存在的優(yōu)點(diǎn)。
最好將諸如鍺或氟的雜質(zhì)加入內(nèi)部區(qū)域11內(nèi)主介質(zhì)區(qū)域21中的主介質(zhì)中，并減小其中的粘度。結(jié)果，有可能減小內(nèi)部區(qū)域中主介質(zhì)區(qū)域牽引張力的聚集程度，所傳導(dǎo)的光波限制在其中，減小剩余張力導(dǎo)致的過(guò)量傳輸損耗。最好將1-35摩爾％的鍺加入內(nèi)部區(qū)域11中主介質(zhì)區(qū)域21內(nèi)的主介質(zhì)，通過(guò)將光纖曝露在UV輻射下沿光纖長(zhǎng)度方向改變折射率而形成光纖光柵。結(jié)果，有可能獲得波長(zhǎng)選擇性傳輸和波長(zhǎng)選擇性定向耦合器。最好沿光纖長(zhǎng)度方向改變橫截面結(jié)構(gòu)。結(jié)果，有可能改變沿光纖長(zhǎng)度方向的色散，并形成色散可控的傳輸線。最好形成一定長(zhǎng)度的其中不包含孔的部分。通過(guò)在光纖端部形成該部分，有可能防止污染物進(jìn)入孔中。最好采用配方玻璃(compound glass)或聚合物作為主介質(zhì)，或者用具有光放大性的氣體或金屬填充孔。結(jié)果，有可能增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)的效率，和/或?qū)崿F(xiàn)光放大功能。
圖6表示本發(fā)明第二實(shí)施例的光纖1a的橫截面。在這種結(jié)構(gòu)中，在石英玻璃2a中排列有多個(gè)孔3a，并且將外部區(qū)域12a中的孔32a設(shè)置成其中心與相應(yīng)格點(diǎn)42a重合，格點(diǎn)42a為六邊形柵格的格點(diǎn)4a的一部分，并處于外部區(qū)域中，從而該排列具有二維平移對(duì)稱(chēng)性?？墒褂闷渌哂羞m當(dāng)折射率的介質(zhì)來(lái)代替孔。由于二維平移對(duì)稱(chēng)性，有可能通過(guò)布拉格反射將光波限制在內(nèi)部區(qū)域11a中，并在光纖上傳導(dǎo)光波。由于在外部區(qū)域12a中孔32a的排列是周期性的，故通過(guò)布拉格反射，外部區(qū)域12a能反射一定頻率范圍和傳播常數(shù)的光波。雖然該光波不能在外部區(qū)域12a中傳播，但是由于內(nèi)部區(qū)域11a中的結(jié)構(gòu)周期性已被打破，故此光波限制并傳輸于內(nèi)部區(qū)域11a中。
Stig E.Barkou等人在OFC’99 FG5，J.A.West等人在ECOC’01Th.A.2.2中描述了被稱(chēng)作通過(guò)布拉格反射引導(dǎo)，或通過(guò)光子帶隙引導(dǎo)的波導(dǎo)機(jī)制。不過(guò)，這些現(xiàn)有技術(shù)的公開(kāi)沒(méi)有認(rèn)識(shí)到，有可能通過(guò)讓孔偏離相應(yīng)格點(diǎn)而打破結(jié)構(gòu)周期性。結(jié)果，盡管J.A.West披露了具有正色散斜率的色散，不過(guò)具有負(fù)色散斜率的色散依然不為人知。在本發(fā)明中，通過(guò)讓孔偏離相應(yīng)格點(diǎn)而形成光波在其中傳導(dǎo)的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)具有負(fù)色散斜率的色散。圖7表示圖6所示光纖1a的色散和模式場(chǎng)直徑(MFD)。在本例中，六邊形柵格的柵距為1.68μm，孔的直徑為0.84μm。內(nèi)部區(qū)域11a中的孔35a，處于從內(nèi)部格點(diǎn)41a向外為0.15柵格周期處。內(nèi)部區(qū)域11a中心處的孔31a，處于內(nèi)部格點(diǎn)41a處。如在該例中，在內(nèi)部區(qū)域中除了形成其中心位于相應(yīng)格點(diǎn)上的孔以外，最好還形成其中心偏離相應(yīng)格點(diǎn)的孔。
如圖7所示，1540nm到1570nm波長(zhǎng)的光波被限制在內(nèi)部區(qū)域11a中，且具有小的模式場(chǎng)直徑(MFD)。此外，在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)，色散斜率為負(fù)，這對(duì)于補(bǔ)償正斜率色散的應(yīng)用而言是有利的。還可將光纖1a用作帶通濾波器，因?yàn)樵谟邢揞l率范圍內(nèi)發(fā)生布拉格反射，從而能實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于波長(zhǎng)的傳輸。
圖8表示本發(fā)明第三實(shí)施例光纖1c的橫截面。在光纖1c中，在石英玻璃2c中排列有多個(gè)孔3c。橫截面中具有內(nèi)部區(qū)域11c和圍繞該內(nèi)部區(qū)域的外部區(qū)域12c。在該實(shí)施例中，孔的排列基本上為正方形柵格。在外部區(qū)域12c中，孔32c的中心處于外部格點(diǎn)42c處，外部格點(diǎn)42c為正方形柵格的格點(diǎn)4c的一部分，且處于外部區(qū)域12c中。另一方面，在內(nèi)部區(qū)域11c中，孔31c的中心向外偏離內(nèi)部格點(diǎn)41c大約0.1柵格周期。內(nèi)部格點(diǎn)41c是正方向柵格中的格點(diǎn)4c的一部分，并處于內(nèi)部區(qū)域11c中。對(duì)于格點(diǎn)41c或42c的每個(gè)柵格單元，單個(gè)孔31c或32c的中心處于該單元內(nèi)。此外，外部區(qū)域12c被外套區(qū)域13c圍繞。雖然外套區(qū)域13c對(duì)于波導(dǎo)而言并非必要，不過(guò)它有增加光纖1c機(jī)械強(qiáng)度并減小微彎曲損耗的作用，且微彎曲損耗是引起傳輸損耗的一個(gè)原因。
由于上面所述孔的排列，內(nèi)部區(qū)域11c中孔31c之間主介質(zhì)區(qū)域21c的面積，大于外部區(qū)域12c中孔32c之間主介質(zhì)區(qū)域22c的面積。結(jié)果，內(nèi)部區(qū)域的平均折射率高于外部區(qū)域，通過(guò)全反射有可能將光波限制在內(nèi)部區(qū)域11c中的主介質(zhì)區(qū)域21c內(nèi)，并在光纖上傳導(dǎo)光波。
比較具有諸如圖8所示結(jié)構(gòu)的光纖與孔中心基本上與正方形柵格中所有格點(diǎn)重合，但在光纖中心處缺少一個(gè)孔從而中心處平均折射率高于周?chē)鷧^(qū)域平均折射率的微結(jié)構(gòu)光纖的光學(xué)特性，進(jìn)行研究。下表中給出了相對(duì)孔徑，其中結(jié)構(gòu)ra8，ra7和ra6代表圖8中所示本發(fā)明的光纖結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)rb8，rb7和rb6代表孔與柵格不偏離。表2代號(hào)ra6ra7ra8rb6rb7rb8相對(duì)孔徑0.60.70.80.60.70.8在此研究中，孔的直徑已被改變，并且光纖中的其它尺寸也成比例地改變。
圖9-11表示所列各個(gè)光纖的各種光纖特性。圖9表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的色散。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得零或負(fù)色散的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的其它光纖相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得零或負(fù)色散的孔的直徑較大。圖10表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的色散斜率。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得零或負(fù)色散斜率的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的其它光纖相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得零或負(fù)色散斜率的孔的直徑較大。圖11表示以孔的直徑為函數(shù)，在1550nm波長(zhǎng)下的有效芯面積。如圖所示，相對(duì)孔徑增大導(dǎo)致在其之下可獲得小的(小于5或6μm2)有效芯面積的孔直徑增大。與具有相同相對(duì)孔徑的其它光纖相比，本發(fā)明的光纖在其之下可獲得小的(小于5或6μm2)有效芯面積的孔的直徑增大。這些曲線說(shuō)明了本發(fā)明光纖存在的優(yōu)點(diǎn)。
可以如圖12所示制造上述本發(fā)明實(shí)施例的光纖。首先，通過(guò)眾所周知的方法，如VAD方法、MCVD方法和OVD方法，制造由石英玻璃制成的圓柱形預(yù)制棒。用于預(yù)制棒的石英玻璃可以沒(méi)有雜質(zhì)，或者可以包括諸如鍺、氟、氯、硼、鋁、磷，稀土元素和過(guò)渡金屬的摻雜物。通過(guò)適當(dāng)選擇摻雜物的種類(lèi)和濃度，有可能增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)的效率，或者實(shí)現(xiàn)光放大特性。
第二，通過(guò)鉆孔裝置63在由抓取裝置62固定的預(yù)制棒61中形成多個(gè)沿預(yù)制棒長(zhǎng)度方向延伸的孔64。使孔的排列與圖2，6和8所示將要制造的光纖中孔的排列相稱(chēng)。最好鉆孔裝置63的末端65由包括金剛石顆粒的合金制成，或者由表面具有金剛石顆粒的金屬制成。最好通過(guò)將超聲波施加給鉆孔裝置63而提高鉆孔效率。雖然孔64可以穿透預(yù)制棒，不過(guò)也可能在預(yù)制棒中間位置處中止孔，從而可以將足夠長(zhǎng)的原始預(yù)制棒留作后續(xù)步驟處理?？s短鉆孔長(zhǎng)度還縮短了鉆孔步驟的時(shí)間?？梢酝ㄟ^(guò)圍繞孔64的軸旋轉(zhuǎn)鉆孔裝置63，或者圍繞孔64的軸旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒61，或者同時(shí)旋轉(zhuǎn)鉆孔裝置和預(yù)制棒而鉆出孔64。
在鉆孔步驟之后，進(jìn)一步的處理步驟包括拉長(zhǎng)預(yù)制棒61，將所拉長(zhǎng)的預(yù)制棒61插入內(nèi)徑稍大于所拉長(zhǎng)預(yù)制棒61外徑的玻璃管中，加熱并將玻璃管壓扁在所拉長(zhǎng)的預(yù)制棒61上。而且，通過(guò)汽相沉積可將石英玻璃灰沉積在預(yù)制棒61的外表面上，并加熱和燒結(jié)所沉積的灰。通過(guò)采用這些步驟，有可能減小孔的直徑與整個(gè)預(yù)制棒直徑的比值，等效地形成通過(guò)鉆孔難以形成的小直徑孔。
還可能通過(guò)氫氟酸或SF6氣體蝕刻孔64的內(nèi)表面。結(jié)果，有可能去除表面上或者接近表面的玻璃中的雜質(zhì)，如羥基和過(guò)渡金屬，并減小表面粗糙度，產(chǎn)生低傳輸損耗。
最后，將預(yù)制棒61拉成光纖，如圖13所示。用抓取裝置(未示出)抓取預(yù)制棒61。預(yù)制棒61具有孔64的端部通過(guò)連接裝置71與壓力調(diào)節(jié)裝置72相連，從而調(diào)節(jié)孔64中的壓力?？椎呐帕信c圖12中所示預(yù)制棒制造步驟或下面圖15所示孔的排列相同或相當(dāng)。從另一端，將預(yù)制棒以預(yù)定速度輸送到加熱裝置73中。從加熱且軟化的預(yù)制棒部分拉制光纖76。用牽引裝置(未示出)牽引光纖?？赏ㄟ^(guò)控制壓力調(diào)節(jié)裝置72的壓力而控制光纖中孔的直徑。
還可能從孔64被密封的預(yù)制棒61拉制光纖，如圖14所示。結(jié)果，易于防止污染物進(jìn)入孔64中?？椎呐帕信c圖12中所示預(yù)制棒制造步驟或下面給出的圖15中孔的排列相同或相當(dāng)。
還可能不如圖12所示通過(guò)鉆孔而在預(yù)制棒61中形成孔64。圖15說(shuō)明使用幾種不同材料制造預(yù)制棒，以獲得光纖。通過(guò)將多個(gè)石英毛細(xì)管67圍繞石英棒66設(shè)置成一束，并將該束插入一石英套管68中，可形成預(yù)制棒61a。石英棒66的直徑小于石英毛細(xì)管67的直徑。然后，在圖13或14所示步驟中拉制該預(yù)制棒61a。選擇拉制溫度，使得表面張力收縮和/或封閉石英毛細(xì)管67之間的空隙。由于在石英棒66存在之處，間隙收縮時(shí)軟化玻璃的流量很小，故孔之間的距離大于截面中其他位置處。結(jié)果，可以得到橫截面與實(shí)施例1相似的光纖。
圖15的預(yù)制棒制造方法適于使用幾種不同材料制造光纖。例如，通過(guò)使用具有大于10％鍺的石英作為石英棒66的材料，能增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)的效率。并且，通過(guò)采用摻有稀土元素的石英棒66，能獲得具有光放大性的光纖。
雖然結(jié)合目前認(rèn)為最為實(shí)用和最佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，不過(guò)本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，相反，意欲包括所附權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)所包括的多種變型和等效排列。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括一具有預(yù)定折射率的主介質(zhì)，和多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域，副介質(zhì)具有不同于主介質(zhì)的折射率，并且沿至少一部分光纖長(zhǎng)度設(shè)置在主介質(zhì)區(qū)域中，以劃分為內(nèi)部區(qū)域和圍繞該內(nèi)部區(qū)域的外部區(qū)域，其中該光纖部分的橫截面符合平移對(duì)稱(chēng)柵格，外部區(qū)域中每個(gè)副介質(zhì)區(qū)域的中心與相應(yīng)格點(diǎn)重合，并且內(nèi)部區(qū)域中多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域的中心偏離相應(yīng)格點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該內(nèi)部區(qū)域包括一平均折射率高于外部區(qū)域平均折射率的芯區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該外部區(qū)域中的折射率分布在橫截面中基本上具有二維平移對(duì)稱(chēng)性，以支持由布拉格反射所引導(dǎo)的波導(dǎo)模式。
4.如權(quán)利要求2所述的光纖，其中該主介質(zhì)為純或摻雜石英玻璃，副介質(zhì)為具有預(yù)定壓力的氣體。
5.如權(quán)利要求3所述的光纖，其中該主介質(zhì)為純或摻雜石英玻璃，副介質(zhì)為具有預(yù)定壓力的氣體。
6.如權(quán)利要求4所述的光纖，其中將至少1摩爾％GeO2摻入至少一部分主介質(zhì)中。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中在橫截面中副介質(zhì)區(qū)域的截面積基本相同。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該平移對(duì)稱(chēng)柵格為六邊形柵格，該內(nèi)部區(qū)域包括三個(gè)內(nèi)部格點(diǎn)，是一邊長(zhǎng)等于柵格周期的正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，并且與該三個(gè)內(nèi)部格點(diǎn)相應(yīng)的副介質(zhì)區(qū)域的中心位于該正三角形外接圓外面。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該平移對(duì)稱(chēng)柵格為正方形柵格，該內(nèi)部區(qū)域包括四個(gè)內(nèi)部格點(diǎn)，為一邊長(zhǎng)等于柵格周期的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，與該四個(gè)內(nèi)部格點(diǎn)相應(yīng)的副介質(zhì)區(qū)域的中心位于該正方形外接圓外面。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該副介質(zhì)區(qū)域的最小曲率半徑大于或等于1.2μm，且在1280nm到1800nm預(yù)定波長(zhǎng)下的色散小于或等于零。
11.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該副介質(zhì)區(qū)域的最小曲率半徑大于或等于1.7μm，且在一預(yù)定波長(zhǎng)下的色散斜率小于或等于零。
12.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中該副介質(zhì)區(qū)域的最小曲率半徑大于或等于2.0μm，且在一預(yù)定波長(zhǎng)下的有效芯面積小于波長(zhǎng)平方的兩倍。
13.一種光纖，包括一具有預(yù)定折射率的主介質(zhì)，和一折射率不同于該主介質(zhì)的副介質(zhì)，并且在該主介質(zhì)區(qū)域中設(shè)置多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域，其中在至少一部分光纖中，副介質(zhì)區(qū)域橫截面中的最小曲率半徑大于或等于1.2μm，且在1280nm到1800nm預(yù)定波長(zhǎng)下的色散小于或等于零。
14.一種光纖，包括一具有預(yù)定折射率的主介質(zhì)，和一折射率不同于該主介質(zhì)的副介質(zhì)，并且在該主介質(zhì)區(qū)域中設(shè)置多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域，其中在至少一部分光纖中，副介質(zhì)區(qū)域橫截面中的最小曲率半徑大于或等于1.7μm，且在一預(yù)定波長(zhǎng)下的色散斜率小于或等于零。
15.一種光纖，包括一具有預(yù)定折射率的主介質(zhì)，和一折射率不同于該主介質(zhì)的副介質(zhì)，并且在該主介質(zhì)區(qū)域中設(shè)置多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域，其中在至少一部分光纖中，副介質(zhì)區(qū)域橫截面中的最小曲率半徑大于或等于2.0μm，且在一預(yù)定波長(zhǎng)下的有效芯面積小于波長(zhǎng)平方的兩倍。
16.一種制造光纖的方法，包括以下步驟制造一光纖預(yù)制棒，該光纖預(yù)制棒包括一具有第一折射率的主介質(zhì)，和多個(gè)具有第二折射率的副介質(zhì)區(qū)域；并且將所述預(yù)制棒拉成具有一內(nèi)部部分和一圍繞所述內(nèi)部部分的外部部分的一段長(zhǎng)度，其中可確定一具有多個(gè)格點(diǎn)的平移對(duì)稱(chēng)的柵格，外部區(qū)域中每個(gè)格點(diǎn)與相應(yīng)一個(gè)所述副介質(zhì)區(qū)域的中心重合，并且內(nèi)部區(qū)域中的至少一部分格點(diǎn)偏離相應(yīng)副介質(zhì)區(qū)域的中心。
17.如權(quán)利要求16所述的光纖制造方法，其中通過(guò)在以石英玻璃為主介質(zhì)制成的光纖預(yù)制棒中形成多個(gè)孔來(lái)構(gòu)造副介質(zhì)區(qū)域。
18.如權(quán)利要求17所述的光纖制造方法，其中將至少1摩爾％GeO2摻入至少一部分主介質(zhì)中。
19.如權(quán)利要求16所述的光纖制造方法，其中該制造步驟包括將預(yù)定數(shù)量由石英玻璃制成的具有預(yù)先確定內(nèi)徑和外徑的毛細(xì)管，和一或多個(gè)由石英玻璃制成的直徑不同于毛細(xì)管直徑的棒集成束。
20.一種制造光纖的方法，包括以下步驟制造一光纖預(yù)制棒，該光纖預(yù)制棒包括一具有第一折射率的主介質(zhì)，和多個(gè)具有第二折射率的副介質(zhì)區(qū)域，其中可確定一具有多個(gè)格點(diǎn)的平移對(duì)稱(chēng)的柵格，外部區(qū)域中每個(gè)格點(diǎn)與相應(yīng)一個(gè)所述副介質(zhì)區(qū)域的中心重合，并且內(nèi)部區(qū)域中的每個(gè)格點(diǎn)偏離相應(yīng)副介質(zhì)區(qū)域的中心，所述外部區(qū)域圍繞所述內(nèi)部區(qū)域；并且將所述預(yù)制棒拉成一段具有與該預(yù)制棒中相應(yīng)區(qū)域成比例的一主介質(zhì)區(qū)域和副介質(zhì)區(qū)域的光纖，從而保持副介質(zhì)區(qū)域的中心與該平移對(duì)稱(chēng)柵格的格點(diǎn)之間的關(guān)系。
全文摘要
一種微結(jié)構(gòu)光纖，由一芯區(qū)域和一圍繞該芯區(qū)域的包層區(qū)域構(gòu)成。該光纖部分的橫截面符合平移對(duì)稱(chēng)柵格，外部區(qū)域中每個(gè)副介質(zhì)區(qū)域的中心與相應(yīng)格點(diǎn)重合，并且內(nèi)部區(qū)域中多個(gè)副介質(zhì)區(qū)域的中心偏離相應(yīng)格點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03B37/012GK1447136SQ0310823
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25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