專利名稱：準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵,復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵,光纖型耦合器和光連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，光纖型耦合器和光連接器，具體涉及用于WDM(波分復(fù)用)傳輸系統(tǒng)中的準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，光纖型耦合器和光連接器，可以從疊加的信號(hào)群中分出所需的信號(hào)光。
背景技術(shù)：
近年來，WDM傳輸系統(tǒng)作為發(fā)射大量信息的系統(tǒng)而著稱。這種WDM傳輸系統(tǒng)通過一條光纖多路傳輸多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光或測(cè)試光。傳輸端必須利用組合單個(gè)信號(hào)光和測(cè)試光的光耦合器，而接收端必須利用分解單個(gè)信號(hào)光的光分頻器和阻塞無用信號(hào)光的光阻塞濾波器。
在現(xiàn)有技術(shù)中，這種光組合器，光分頻器或光阻塞濾波器的典型裝置是介質(zhì)多層濾波器或光纖布拉格(Bragg)光柵(以下稱之為“FBG”)。
在利用介質(zhì)多層濾波器的系統(tǒng)中，這種介質(zhì)多層濾波器插入在光纖之間并利用粘合劑固定或夾緊在連接器之間。所以，這種系統(tǒng)在嚴(yán)重的溫度環(huán)境下可能遇到麻煩或其特性可能發(fā)生變化。
另一方面，在利用FBG的系統(tǒng)中，通常使用阻塞頻帶為10至20nm和阻塞量約為20dB的線性調(diào)頻FBG。然而，這種系統(tǒng)不能要求高阻塞量(例如，等于或大于40dB)的濾波器。更糟糕的是，這種系統(tǒng)存在不能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)自由度的困難。
作為在線性調(diào)頻FBG中獲得大阻塞量的方法，人們?cè)O(shè)計(jì)出以下的方法(1)使線性調(diào)頻速率(即，格子間隙(Λ)的變化率)變慢的方法(以下稱之為“低線性調(diào)頻速率FBG法”)；和(2)在兩段中形成相同結(jié)構(gòu)和阻塞量約為2至30dB的兩個(gè)線性調(diào)頻FBG串聯(lián)的方法(以下稱之為“兩段連接法”)。
然而，在(1)的低線性調(diào)頻速率FBG法中，對(duì)容納空間的限制使它很難保持足夠的光柵長(zhǎng)度，因此，實(shí)際的線性調(diào)頻速率是在較低的限制下執(zhí)行的。例如，在SC型光PAD連接器中封裝FBG的情況下，需要設(shè)置的光纖光柵長(zhǎng)度約為20mm或更小。然而，批量生產(chǎn)阻塞量約為40dB或更大的FBG理想頻帶(10至20nm或更大)所需的線性調(diào)頻速率是困難的。此外，對(duì)于一個(gè)線性調(diào)頻FBG(以下稱之為“一段FBG”)，布拉格波長(zhǎng)附近頻帶之外的反射是相對(duì)地高，從而增大可用頻帶受限制的困難。
另一方面，人們還設(shè)計(jì)出一種所謂“傾斜光纖布拉格光柵”(以下稱之為“SFBG”)的方法，該光柵制造成相對(duì)于光軸是傾斜的(傾斜角約為4°)。然而，在按照SFBG的這種系統(tǒng)中，若采用普通的單模光纖，則它與包層(或輻射)模(以下稱之為“包層?！?的耦合效率是如此之低，很難獲得足夠的頻帶阻塞量。所以，為了使利用SFBG的系統(tǒng)保持很大的阻塞量，出現(xiàn)了需要專用光纖的困難，這種光纖把信號(hào)光局限在纖芯內(nèi)有低的作用，例如，必須采用比單模光纖有較小折射率差(Δ)的光纖。
其次，兩段連接法(2)的困難是，在兩個(gè)線性調(diào)頻FBG之間發(fā)生多路反射(即，F(xiàn)abry-Perot諧振)。具體地說，波長(zhǎng)等于FBG布拉格波長(zhǎng)的大部分光被安排在光輸入方向上游的FBG(以下稱之為“前段FBG”)反射。就是說，光功率耦合到反向的基模。然而，部分的光是通過前段的FBG傳輸。此外，大部分傳輸?shù)墓馐艿较鄬?duì)于光入射方向的前段FBG下游安排的FBG(以下稱之為“后段FBG”)與前段FBG之間的多路反射。因此，兩個(gè)FBG之間發(fā)生的Fabry-Perot諧振造成這樣的困難，在頻譜特性中產(chǎn)生的拍使阻塞特性下降。
作為防止多路反射(Fabry-Perot諧振)的方法，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種利用SFBG的系統(tǒng)。然而，這種系統(tǒng)的麻煩是上述窄的可用頻帶。在反射必須主要由FBG部分產(chǎn)生的情況下，即，在使用可以阻塞線路監(jiān)測(cè)光系統(tǒng)情況下，出現(xiàn)該系統(tǒng)由于低的反射系數(shù)而不能使用的困難。
本發(fā)明的意圖是解決上述的困難，其目的是提供一種準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵(以下稱之為“QSFBG”)，復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵(以下稱之為“復(fù)聯(lián)FBG”)，光纖型耦合器和光連接器，其中一段FBG能夠有FBG與SFBG之間的中間特性，其中通過FBG功能和SFBG功能的組合，能夠保持高的阻塞量，和其中在兩段連接FBG情況下發(fā)生的多路反射可以轉(zhuǎn)變成包層模，從而抑制拍的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，按照本發(fā)明，提供一種QSFBG，包括光纖芯上形成的第一折射率光柵部分，它有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，從而以等于或大于90％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗小于5dB。
按照本發(fā)明，還提供一種QSFBG，包括光纖芯上形成的第二折射率光柵部分，它有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，從而以等于或大于10％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗等于或大于5dB。
按照本發(fā)明的這些QSFBG，在耦合布拉格反射光(后向)到基模的FBG特性與耦合相同反射光到包層模的SFBG特性之間可以享有中間特性，以及通過FBG的功能與SFBG功能的組合，能夠保持高的阻塞量。
按照本發(fā)明，還提供一種復(fù)聯(lián)FBG，包括光纖芯上形成的第三折射率光柵部分，它有平行于光纖主軸的光柵矢量，從而以幾乎100％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗小于5dB；和與第三折射率光柵部分串聯(lián)的這種第四折射率光柵部分，它有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，上述第一折射率光柵部分和上述第二折射率光柵部分中至少任何一個(gè)，從而以小于10％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗等于或大于5dB。
按照本發(fā)明，還提供一種復(fù)聯(lián)FBG，包括光纖芯上形成的上述第四折射率光柵部分；和與第四折射率光柵部分串聯(lián)的上述第一至第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
按照本發(fā)明，還提供一種復(fù)聯(lián)FBG，包括光纖芯上形成的第一折射率光柵部分；和與第一折射率光柵部分串聯(lián)的上述第一至第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
按照本發(fā)明，還提供一種復(fù)聯(lián)FBG，包括光纖芯上形成的上述第二折射率光柵部分；和與第二折射率光柵部分串聯(lián)的上述第一至第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
本發(fā)明的這些復(fù)聯(lián)FBG有高效率耦合多路反射光到包層模的功能，并通過耦合到基模(后向)和耦合到包層模，它能夠提高優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)FBG或SFBG的阻塞特性。
按照本發(fā)明，還提供一種復(fù)聯(lián)FBG，包括有預(yù)定傾斜角并在光纖芯上形成的上述第一折射率光柵部分或上述第二折射率光柵部分；和有與第一個(gè)傾斜角相反符號(hào)的傾斜角并與上述第一折射率光柵部分或第二折射率光柵部分串聯(lián)的上述第一折射率光柵部分或上述第二折射率光柵部分。
按照本發(fā)明的復(fù)聯(lián)FBG，多路反射光可以高效率轉(zhuǎn)變成包層模，從而進(jìn)一步提高阻塞特性。
其次，提供一種有端口的本發(fā)明光纖型耦合器，它包含上述QSFBG或復(fù)聯(lián)FBG中的任何一個(gè)。
按照本發(fā)明的光纖型耦合器，構(gòu)成光纖型耦合器的COM端口包含QSFBG或復(fù)聯(lián)FBG。所以，該耦合器可以保留大的阻塞量，并能夠簡(jiǎn)單和廉價(jià)構(gòu)成WDM傳輸系統(tǒng)。
此外，按照本發(fā)明的光連接器，上述QSFBG和復(fù)聯(lián)FBG中的任何一個(gè)封裝在光連接器中。
另一方面，按照本發(fā)明的光連接器，本發(fā)明QSFBG或復(fù)聯(lián)FBG封裝在制成插頭型的套圈中。所以，能夠保持高的阻塞量并可拆卸地連接光連接器到光傳輸線上安排的另一個(gè)連接器，從而可以簡(jiǎn)單和廉價(jià)配置WDM傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的光連接器能夠保持足夠的頻帶阻塞量。


圖1是按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例QSFBG的縱向剖面圖。
圖2是按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例QSFBG的透射特性說明圖。
圖3是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的縱向剖面圖。
圖4是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的反射特性說明圖。
圖5是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的縱向剖面圖。
圖6是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的縱向剖面圖。
圖7是本發(fā)明光纖型耦合器的示意圖。
圖8(a)至8(e)是制造本發(fā)明光纖型耦合器過程的說明圖圖8(a)是狀態(tài)的說明圖，其中第一折射率光柵部分和第二折射率光柵部分固定在兩個(gè)光纖芯中的一個(gè)光纖芯上；圖8(b)是狀態(tài)的說明圖，其中熔融和延伸兩個(gè)光纖以形成光分支耦合器；圖8(c)是狀態(tài)的說明圖，其中切去另一個(gè)光纖芯的部分；圖8(d)是狀態(tài)的側(cè)視圖，其中封裝光分支耦合器；和圖8(e)是沿圖8(d)中直線A-A的剖面圖。
圖9(a)和9(b)是本發(fā)明光纖型耦合器阻塞特性的說明圖，圖9(a)是現(xiàn)有技術(shù)光纖型耦合器阻塞特性的說明圖；和圖9(b)是本發(fā)明光纖型耦合器阻塞特性的說明圖。
圖10是系統(tǒng)配置圖，其中本發(fā)明光纖型耦合器應(yīng)用于不要求圖像傳遞的FTTH系統(tǒng)。
圖11是要求圖像傳遞的FTTH系統(tǒng)配置，它可以利用現(xiàn)有技術(shù)WDM耦合器代替圖10系統(tǒng)配置中包含的本發(fā)明光纖型耦合器構(gòu)成。
圖12是本發(fā)明光連接器的縱向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的QSFBG，復(fù)聯(lián)FBG，光纖型耦合器和光連接器。
圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例QSFBG的縱向剖面圖。在圖1中，本發(fā)明的QSFBG包括光纖4，它包含主要由石英玻璃構(gòu)成的纖芯41和形成在纖芯41外周邊并小于纖芯41折射率的包層42。在這個(gè)纖芯41中，第一折射率光柵部分41a或第二折射率光柵部分41b制作成這樣，光柵間隙沿光軸逐漸地變化和光柵矢量相對(duì)于光纖主軸傾斜。具體地說，相位掩模(未畫出)是安排在光纖4的外側(cè)，使它相對(duì)于光纖4的軸傾斜，并利用紫外線(未畫出)從外側(cè)照射這個(gè)相位掩模。因此，第一折射率光柵部分41a或第二折射率光柵部分41b形成在纖芯41的預(yù)定部分，使光柵間隙沿光軸逐漸地變化并使光柵矢量相對(duì)于光纖主軸傾斜。
此處，我們需要這樣的第一折射率光柵部分41a或第二折射率光柵部分41b，它沿光的傳輸方向從長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)到短波長(zhǎng)區(qū)變化。因此，來自長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)的信號(hào)光在光柵中轉(zhuǎn)變成包層模，而反射光不在纖芯中傳播，從而可以抑制阻塞區(qū)中的反射。
在以下的具體過程中制造如此描述的QSFBG。
具體地說，通過添加Ge到纖芯直徑為8μm和相對(duì)折射率差為0.3％的纖芯41中以制成包層直徑為125μm的光纖4，并利用氬離子激光的二次諧波(λ＝244μm)的相位掩模方法，在光纖4中制成傾斜角(θ)為2°的QSFBG。此處，線性調(diào)頻光柵的等離子體掩模中心周期(2Λ)是1,076nm，周期的碼片率(C)是0.56nm/mm，第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b的長(zhǎng)度(G)是20mm，第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b的有效折射率(N)是1.447，和折射率調(diào)制是3×10-3。
在傾斜角(θ)為0.2至2°和阻塞量等于或大于10dB的上述實(shí)施例中，有第一折射率光柵部分41a的QSFBG，它以等于或大于90％的反射系數(shù)反射入射光和與包層的耦合損耗小于5dB，稱之為“第一種QSFBG”。在傾斜角為1至3°和阻塞量等于或大于10dB的情況下，有第二折射率光柵部分41b的QSFBG，它以等于或大于10％的反射系數(shù)反射入射光和與包層的耦合損耗等于或大于5dB，稱之為“第二種QSFBG”。此處，傾斜角(θ)是光纖軸矢量(或入射光)與入射光在高折射率區(qū)(H)中反射的光柵矢量之間的角度。
此處，制成的第一種QSFBG有等于或大于90％的反射系數(shù)，其目的是使反射(即，基本上是全反射)與普通FBG(即，第三折射率光柵)有同樣高的反射系數(shù)。另一方面，制成的第一種QSFBG損耗小于5dB，它是與包層模耦合引起的，其目的是使其損耗相當(dāng)于與包層模的耦合損耗，如在普通FBG中所觀察到的。此外，制成的第二種QSFBG有等于或大于10％的反射系數(shù)，其目的是利用“反射”作為一種功能。另一方面，制成的第二種QSFBG的損耗等于或大于5dB，它是與包層模耦合引起的，其目的是使其損耗高于與包層模的耦合損耗，如在普通FBG中所觀察到的。
利用方法1(利用光分支裝置)或方法2(利用光環(huán)行器和全反射終端)，如在JISC5901-2001光傳輸?shù)慕邮詹糠譁y(cè)試方法條款6.5中規(guī)定的，利用高輸出的寬帶光源，例如，ASE(放大自發(fā)輻射)光源，SLD(超發(fā)光二極管)光源或EELED(邊緣發(fā)射發(fā)光二極管)光源，或可變波長(zhǎng)激光器光源，例如，低SSE(源自發(fā)輻射)光源，并利用能夠測(cè)量波長(zhǎng)特性的光譜分析儀作為功率計(jì)，可以測(cè)量第一種或第二種的上述FBG或單個(gè)QSFBG和SFBG(以下稱之為“FBG族”)的反射系數(shù)。此處，在方法2中可以利用有已知反射系數(shù)的終端作為全反射終端。此外，在有線性調(diào)頻的寬帶FBG族情況下，利用以下的公式可以計(jì)算FBG族與單個(gè)包層模的耦合損耗CML＝(RL2(λ)-RL1(λ))/2其中CML(λ)是與包層模的耦合損耗；RL1(λ)是沿線性調(diào)頻方向(從較短光柵間隙)引入測(cè)試光得到的反射衰減(光譜)系數(shù)；和RL2(λ)是沿線性調(diào)頻方向(從較長(zhǎng)光柵間隙)反向引入測(cè)試光得到的反射衰減(光譜)系數(shù)。
在以上的公式中，兩個(gè)測(cè)量值之差指出與包層模的耦合損耗。具體地說，與包層模的耦合損耗是在小于布拉格波長(zhǎng)幾個(gè)nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)生的。所以，當(dāng)測(cè)試光是從線性調(diào)頻方向入射時(shí)，它經(jīng)受的損耗不是與包層模的耦合損耗而是由于布拉格反射的損耗。然而，在測(cè)試光沿反向入射的情況下，它經(jīng)受的損耗是與包層模的耦合損耗，直至它到達(dá)布拉格反射點(diǎn)(即，測(cè)試光經(jīng)受耦合損耗，因?yàn)樗鼈鬏斖ㄟ^比布拉格波長(zhǎng)大幾個(gè)nm的區(qū)域，即，通過該波長(zhǎng)下與包層模耦合損耗的區(qū)域)。因此，兩個(gè)測(cè)量值之差指出與包層模耦合的損耗。差值除2的原因是，測(cè)試光在反射測(cè)量中往復(fù)通過與包層模耦合損耗的區(qū)域，因此，光經(jīng)受的損耗效應(yīng)是與包層模耦合損耗的兩倍。
按照第一個(gè)實(shí)施例描述的第一種QSFBG或第二種QSFBG有普通FBG與現(xiàn)有技術(shù)SFBG之間的中間特性，并通過普通FBG功能與現(xiàn)有技術(shù)SFBG功能的組合，能夠保持高的阻塞量，其中普通FBG的功能是把基模傳播的入射光轉(zhuǎn)變(或反射)成沿反向傳播的基模，而現(xiàn)有技術(shù)SFBG的功能是把反射光耦合到包層模。特別是，第二種QSFBG比FBG或SFBG有較高的阻塞特性，因?yàn)樗哂薪M合耦合到基模和耦合到包層模的作用。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)FBG和SFBG與按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例第二種QSFBG透射譜之間的關(guān)系，即，輸入波長(zhǎng)(nm)與透射系數(shù)(dB)之間的關(guān)系。在圖2中，細(xì)線W1指出現(xiàn)有技術(shù)FBG中傾斜角(θ)為0°的特性；粗線W2指出本發(fā)明第二種QSFBG中傾斜角(θ)為2°的特性；和虛線W3指出現(xiàn)有技術(shù)SFBG中傾斜角(θ)為4°的特性。從圖2中可以看出，本發(fā)明第二種QSFBG能夠阻塞頻帶1550至1565nm中約40至80dB范圍內(nèi)的光信號(hào)。
圖3是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的縱向剖面圖。在圖3中，我們?cè)诿枋鰰r(shí)省略與圖1中共同的部分，并用相同的參考字符表示這些部分。在圖3中，本發(fā)明的復(fù)聯(lián)FBG包括光纖4，它包含主要由石英玻璃構(gòu)成的纖芯41和形成在纖芯41外周邊并有小于纖芯41折射率的包層42。在這個(gè)纖芯41中，第一種和第二種的上述QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a或第二折射率光柵部分41b)按照以下的方式形成串聯(lián)。具體地說，它類似于第一個(gè)實(shí)施例，相位掩模安排在光纖4的外側(cè)并相對(duì)于光纖4的軸傾斜，利用紫外線從外側(cè)照射這個(gè)相位掩模。因此，第一種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a)形成在纖芯41的預(yù)定部分。其次，第二種QSFBG(即，第二折射率光柵部分41b)的形成是沿軸的方向移動(dòng)這種狀態(tài)下的光纖4，并按照上述方式利用紫外線照射這個(gè)部分。
如同在第一個(gè)實(shí)施例中，第一種QSFBG和第二種的QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a或第二折射率光柵部分41b)制作成這樣，光柵間隙是沿光的傳輸方向從長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍到短波長(zhǎng)范圍逐漸地變化，且在第一種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a)與第二種QSFBG(即，第二折射率光柵部分41b)之間形成約1mm的平坦區(qū)(即，其中沒有寫入光柵的區(qū)域)。
具體地說，按照以下的具體過程制作第二個(gè)實(shí)施例中描述的復(fù)聯(lián)FBG。
具體地說，添加Ge到纖芯直徑為8μm和相對(duì)折射率差為0.3％的纖芯41中，制成包層直徑為125μm的光纖4，利用KrF準(zhǔn)分子激光(λ＝248nm)的相位掩模方法，在光纖4中形成傾斜角(θ)為2°的串聯(lián)第一種QSFBG和第二種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b)。此處，線性調(diào)頻光柵的等離子體掩模中心周期(2A)是1140nm，周期的碼片率(C)是1.2nm/mm，第一種QSFBG和第二種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b)的長(zhǎng)度是8mm，第一種QSFBG和第二種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b)的有效折射率(N)是1.447，和折射率調(diào)制是3×10-3。在上述實(shí)施例中，第一種QSFBG與第二種QSFBG(即，第一折射率光柵部分41a與第二折射率光柵部分41b)之間的間隙設(shè)定為1mm，但可以改變成等于或小于200mm，例如，幾個(gè)毫米或幾十毫米。
按照以上描述的第二個(gè)實(shí)施例，復(fù)聯(lián)FBG比現(xiàn)有技術(shù)FBG或SFBG有較高的阻塞特性，因此，它能夠保持高的反射系數(shù)。此外，復(fù)聯(lián)FBG可以把多路反射光高效率轉(zhuǎn)變成包層模，從而抑制拍的產(chǎn)生。復(fù)聯(lián)FBG可以有較高的阻塞特性，特別是在兩段連接兩個(gè)第二種QSFBG的情況下，如以下所描述的。
圖4表示按照第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的關(guān)系，即，輸入波長(zhǎng)(nm)與反射系數(shù)(dB)之間的關(guān)系。
在圖4中，細(xì)線指出現(xiàn)有技術(shù)的FBG(即，一段FBG)，而粗線指出按照第二個(gè)實(shí)施例的復(fù)聯(lián)FBG。從圖4中可以看出，在本發(fā)明的復(fù)聯(lián)FBG中，頻帶1540至1560nm內(nèi)的信號(hào)幾乎100％被反射，而布拉格波長(zhǎng)附近頻帶之外的反射是很低的。
上述的實(shí)施例描述這樣的情況，其中傾斜角(θ)為2°的兩個(gè)QSFBG是兩段連接成的。然而，這種兩段連接還可以通過FBG，SFBG和第一種QSFBG和第二種QSFBG的組合形成，如以下所描述的。
表1列舉兩段連接FBG，SFBG和QSFBG的組合模式及它們的功能。



從表1中可以看出，樣本號(hào)2至16可以耦合多路反射到包層模，它不同于發(fā)生在兩段連接FBG的情況，特別是，樣本號(hào)3，7和9至12比其他的樣本號(hào)有較高的阻塞量和較高的反射系數(shù)。
現(xiàn)在，我們研究?jī)啥芜B接主FBG的特性。在樣本號(hào)1的第一種情況，其中串聯(lián)形成兩個(gè)相同設(shè)計(jì)的FBG，阻塞量是中等，而反射系數(shù)是高的。然而，樣本號(hào)1有這樣的缺點(diǎn)，它接收前段FBG與后段FBG之間的多路反射，從而造成Fabry-Perot諧振，在頻譜特性中出現(xiàn)波紋。在樣本號(hào)16的情況下，其中串聯(lián)形成兩個(gè)的相同結(jié)構(gòu)SFBG，阻塞量是中等，而兩個(gè)SFBG不接收多路反射。然而，SFBG本身有把基模轉(zhuǎn)變成包層模的作用，因此，很難形成與基模的耦合以降低反射系數(shù)。這種低反射系數(shù)對(duì)于不需要反射的傳輸系統(tǒng)是有利的，但對(duì)于光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中利用線路監(jiān)測(cè)光反射的傳輸系統(tǒng)是不利的。在利用普通單模光纖制成SFBG的情況下，很難提高與包層的耦合效率，從而保持高的阻塞量。
其次，在樣本號(hào)4的情況下，其中前段和后段分別形成串聯(lián)的FBG和SFBG，可以得到高的反射系數(shù)，因此，它可用于要求反射光的傳輸系統(tǒng)中。然而，后段的SFBG有窄的頻帶，從而限制可以全部使用的頻帶。
其中，在樣本號(hào)2的情況下，其中前段和后段分別形成串聯(lián)的FBG和第一種QSFBG，如圖5所示，可以得到類似于上述樣本號(hào)4中的高反射系數(shù)，因此，它可用于要求反射光的傳輸系統(tǒng)。此外，第一種QSFBG連接在后段，因此，可以把多路反射光高效率轉(zhuǎn)變成包層模，從而獲得抑制拍產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。具體地說，與FBG中布拉格波長(zhǎng)相同的大部分光被前段的FBG沿反向耦合到基模中，如圖5所示。然而，部分的光傳輸通過前段的FBG，而這種傳輸?shù)墓馐潜缓蠖蔚牡谝环NQSFBG反射。這種反射光是沿(π-2θ)角(其中θ是傾斜角)的方向反射，并被前段的FBG高效率轉(zhuǎn)變成包層模，從而抑制拍的產(chǎn)生。在樣本號(hào)6的情況下，其中形成串聯(lián)的兩個(gè)相同設(shè)計(jì)第一種QSFBG，如同在上述的樣本號(hào)4，可以得到高的反射系數(shù)，它可用于要求高反射光的傳輸系統(tǒng)。
在樣本號(hào)11的情況下，其中兩段中連接兩個(gè)相同設(shè)計(jì)的第二種QSFBG，如同在上述樣本號(hào)6的情況，可以得到高的反射系數(shù)，從而抑制拍的產(chǎn)生。通過布拉格反射和耦合到包層模的組合作用，可以得到比兩段連接其他FBG有較大的阻塞量。
在樣本號(hào)11中，若前段第二種QSFBG與后段第二種QSFBG之間傾斜角(θ)的關(guān)系是優(yōu)化的，即，若前段第二種QSFBG的傾斜角(θ)設(shè)定為約2°，而后段第二種QSFBG的傾斜角(θ)設(shè)定成相反的符號(hào)(約-2°)，則多路反射光可以高效率耦合到包層模，因此，可以協(xié)同地提高阻塞特性到較好的水平。
此處，上述的第二個(gè)實(shí)施例描述成兩段FBG的連接，如果需要，還可以連接三段或多段FBG。
圖7是按照第二個(gè)實(shí)施例利用復(fù)聯(lián)FBG的光纖型耦合器示意圖。在圖7中，我們?cè)诿枋鰰r(shí)省略與圖3中共同的部分，并用相同的參考字符表示這些部分。
在圖7中，本發(fā)明的光纖型耦合器5包括耦合器體51，用于組合/分解上升信號(hào)(1260至1360nm)和下降信號(hào)(1480至1580nm)的波；耦合器體51輸入端上安裝的COM端口52；以及耦合器體51輸出端上安裝的第一OUT端口53和第二OUT端口54。此處，第一連接器56連接到構(gòu)成COM端口52的光纖芯前端部分。與以下描述PD(光電二極管)連接的第二連接器57連接到構(gòu)成第一OUT端口53(以下稱之為“1.55端口”)的光纖包層前端部分。與以下描述LD(激光二極管)連接的第三連接器58連接到構(gòu)成第二OUT端口54(以下稱之為“1.3端口”)的光纖芯前端部分。
可以制作如此構(gòu)造的光纖型耦合器5，如圖8所示。在圖8中，我們用相同的字符表示與圖3和圖7中共同的部分。
首先，制備兩個(gè)樹脂涂敷的光纖4a和4b，其中利用樹脂涂敷在單模光纖的周圍，如圖8(a)所示。利用與上述類似的方法，在一個(gè)樹脂涂敷光纖4a的纖芯上形成串聯(lián)的第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b。然后，去除兩個(gè)樹脂涂敷光纖4a和4b的中間部分涂敷的樹脂，從而暴露光纖4a′和4b′。
其次，利用微燃燒器裝置熔融兩個(gè)光纖4a′和4b′使它們?nèi)劢雍脱由欤疫@種延伸是在預(yù)定的分支比下停止。因此，得到一個(gè)光分支耦合器6和從耦合器6兩端延伸的第一光纖部分6a至第四光纖部分6d，如圖8(b)所示。此處，切割需要連接到第二光纖部分6b的另一條光纖4b′，如圖8(c)所示。
其次，光分支耦合器6和第一光纖部分6a至第四光纖部分6d裝入到純石英封裝基片61中形成的槽61a，如圖8(d)和8(e)所示。與此同時(shí)，第一光纖部分6a至第四光纖部分6d借助于粘合劑62a和62b固定到封裝基片61并裝入到不銹鋼管63。如果需要，在這種不銹鋼管63的周邊上有保護(hù)管64，例如，可收縮管。因此，可以制造有COM端口52，1.55端口54和1.3端口54的光纖型耦合器5。
圖9(a)表示現(xiàn)有技術(shù)光纖型耦合器的阻塞特性，而圖9(b)表示本發(fā)明光纖型耦合器的阻塞特性。在圖9(a)和圖9(b)中，細(xì)線指出1.3端口的阻塞特性，而粗線指出1.55端口的阻塞特性。
在現(xiàn)有技術(shù)光纖型耦合器中，從圖9(a)中可以看出，1.3端口幾乎100％傳輸頻帶為1.3nm的信號(hào)而不傳輸頻帶為1.55nm的信號(hào)，和1.55端口幾乎100％傳輸頻帶為1.55nm的信號(hào)而幾乎不傳輸頻帶為1.3nm的信號(hào)。
與此相反，在本發(fā)明的光纖型耦合器中，從圖9(b)中可以看出，1.3端口的阻塞特性與現(xiàn)有技術(shù)光纖型耦合器的阻塞特性類似，和1.55端口幾乎不傳輸頻帶為1.3nm的信號(hào)，而1.55頻帶中的信號(hào)被切去。
此處，上述實(shí)施例的描述是針對(duì)利用第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)FBG的情況，但是，也可以利用第一個(gè)實(shí)施例的第一種QSFBG或第二種QSFBG。
圖10是WDM傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)配置圖，其中本發(fā)明的光纖型耦合器應(yīng)用于FTTB(光纖到樓)的光用戶接入系統(tǒng)。在圖10和圖11中，我們?cè)谠敿?xì)描述時(shí)省略與圖3，圖7和圖8中共同的部分，并用相同的參考字符表示這些部分。
在圖10中，WDM傳輸系統(tǒng)包括安裝在站端的光線路終端(以下稱之為“OLT”)；和安裝在用戶端的多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(以下稱之為“ONU”)。OTL1和每個(gè)ONU2通過單模光纖芯制成的光傳輸線3連接。在圖10和圖11中，為了簡(jiǎn)化描述僅畫出一個(gè)ONU2。
OTL1包括接收PD(以下稱之為“站端PD”)11，用于接收頻帶為1.3μm的上升信號(hào)；發(fā)射LD(以下稱之為“第一站端LD”)12，用于發(fā)射頻帶為1.49μm的下降信號(hào)；發(fā)射LD(以下稱之為“第二站端LD”)15，用于發(fā)射頻帶為1.55μm的下降信號(hào)；WDM耦合器(以下稱之為“站端WDM耦合器”)13，用于組合/分解兩個(gè)上升/下降波長(zhǎng)；PLC(普通光載波)分束器14；和耦合器16。另一方面，ONU2包括接收PD(以下稱之為“第一用戶端PD”)21，用于接收頻帶為1.49μm的下降信號(hào)；發(fā)射LD(以下稱之為“用戶端LD”)22，用于發(fā)射頻帶為1.3μm的上升信號(hào)；和本發(fā)明光纖型耦合器(以下稱之為“用戶端WDM耦合器”)5。
此處，第一站端LD12和第二站端LD15與耦合器16連接，而站端WDM耦合器13連接到耦合器16。此外，站端PD11與站端WDM耦合器13連接，而PLC分束器14連接到WDM耦合器13。其次，用戶端WDM耦合器5的第二連接器57和第三連接器58分別與用戶端PD21和用戶端LD22連接。此外，用戶端WDM耦合器5的第一連接器56與適配器26連接，而第四連接器24連接到適配器26。此外，PLC分束器14通過光傳輸線3與第四連接器24連接。
在如此配置的WDM傳輸系統(tǒng)中，傳輸線中的光纖布拉格光柵與耦合器集成整體，即，第一折射率光柵部分41a與第二折射率光柵部分41b串聯(lián)形成在構(gòu)成用戶端WDM耦合器5的COM端口的光纖芯中，因此，可以阻塞頻帶為1.55nm的下降信號(hào)。另一方面，從長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)入射的信號(hào)光在傾斜型光柵中被反射，而反射光不沿纖芯41傳播，因此，可以抑制阻塞區(qū)中的反射。
按照本發(fā)明的WDM傳輸系統(tǒng)，通過可拆卸地連接光纖型耦合器5與配置當(dāng)前FTTB系統(tǒng)的光傳輸線中適配器或連接器，可以簡(jiǎn)單和廉價(jià)配置不要求“圖像傳遞”的FTTH(光纖到家)系統(tǒng)。
在不要求“圖像傳遞”的FTTH系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成要求“圖像傳遞”的FTTH系統(tǒng)情況下，如圖11所示，連接光纖型耦合器23代替本發(fā)明的光纖型耦合器5，通過第二適配器26′和第五連接器24′連接第一連接器56與濾波器(或耦合器)28，連接用于接收頻帶為1.55μm下降信號(hào)的第二用戶端PD27與該濾波器(或耦合器)28，和通過第六連接器25′連接濾波器(或耦合器)28與適配器26，就足以完成這種轉(zhuǎn)變。
因此，不要求“圖像傳遞”的FTTH系統(tǒng)可以容易和廉價(jià)轉(zhuǎn)變到要求“圖像傳遞”的FTTH系統(tǒng)。
此處，上述實(shí)施例的描述是針對(duì)第一折射率光柵部分41a和第二折射率光柵部分41b形成在COM端口側(cè)，但是光柵部分41a和41b也可以形成在1.55端口側(cè)。
圖12是利用按照第一個(gè)實(shí)施例第一種QSFBG或第二種QSFBG或按照第二個(gè)實(shí)施例復(fù)聯(lián)型FBG的SC型PAD連接器縱向剖面圖。在圖12中，SC型PAD連接器有外殼7，套圈8安排在外殼7中一個(gè)端部的中心部分。此外，在這個(gè)套圈8中，安裝以上描述的第一種QSFBG，第二種QSFBG和復(fù)聯(lián)FBG中任何一個(gè)。這個(gè)實(shí)施例是安裝復(fù)聯(lián)FBG9。此處，這個(gè)光連接器形成一個(gè)端部上的插頭結(jié)構(gòu)和另一個(gè)端部上的插座結(jié)構(gòu)。
按照這個(gè)實(shí)施例，復(fù)聯(lián)FBG9安裝在套圈中，因此，它制成插頭型結(jié)構(gòu)。所以，光連接器能夠可拆卸地連接到光傳輸線上安排的另一個(gè)連接器。此外，可以簡(jiǎn)單和廉價(jià)配置WDM傳輸系統(tǒng)。此外，在光連接器連接到COM端口中前端部分的情況下，它能夠可拆卸地連接到光傳輸線中光網(wǎng)絡(luò)裝置端上安排的連接器。
工業(yè)應(yīng)用按照本發(fā)明的QSFBG，從以上描述的內(nèi)容中可以看出，一段FBG能夠有FBG與SFBG之間的中間特性，并通過FBG功能與SFBG功能的組合，能夠保持高的阻塞量。另一方面，按照本發(fā)明的復(fù)聯(lián)FBG，可以減小布拉格波長(zhǎng)附近頻帶之外的反射而使多路反射轉(zhuǎn)變成包層模，從而抑制拍的產(chǎn)生。此外，按照本發(fā)明的光纖型耦合器，配置光纖型耦合器的COM端口有本發(fā)明的QSFBG或復(fù)聯(lián)FBG。所以，能夠保持高的阻塞量以及簡(jiǎn)單和廉價(jià)配置WDM傳輸系統(tǒng)。另一方面，按照本發(fā)明的光連接器，本發(fā)明的QSFBG或復(fù)聯(lián)FBG封裝在套圈中以制成插頭型。所以，能夠保持高的阻塞量以及能夠可拆卸連接光連接器到光傳輸線中安排的另一個(gè)連接器，從而可以簡(jiǎn)單和廉價(jià)配置WDM傳輸系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成的第一折射率光柵部分，它有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，從而以90％或大于90％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗小于5dB。
2.一種準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成的第二折射率光柵部分，它有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，從而以10％或大于10％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗等于或大于5dB。
3.一種復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成的第三折射率光柵部分，它有平行于光纖主軸的光柵矢量，從而以幾乎100％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗小于5dB；和與第三折射率光柵部分串聯(lián)的這種第四折射率光柵部分，權(quán)利要求1的第一折射率光柵部分和權(quán)利要求2的第二折射率光柵部分中至少任何一個(gè)，其中第四折射率光柵部分有相對(duì)于光纖主軸傾斜的光柵矢量，從而以小于10％的反射系數(shù)有選擇地反射入射光并使與包層模的耦合損耗等于或大于5dB。
4.一種復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成權(quán)利要求3中的第四折射率光柵部分；和與第四折射率光柵部分串聯(lián)的權(quán)利要求1的第一折射率光柵部分，權(quán)利要求2的第二折射率光柵部分，權(quán)利要求3的第三折射率光柵部分和權(quán)利要求3的第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
5.一種復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成權(quán)利要求1中的第一折射率光柵部分；和與第一折射率光柵部分串聯(lián)的權(quán)利要求1的第一折射率光柵部分，權(quán)利要求2的第二折射率光柵部分，權(quán)利要求3的第三折射率光柵部分和權(quán)利要求3的第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
6.一種復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，其特征是，包括光纖芯上形成權(quán)利要求2中的第二折射率光柵部分；和與第二折射率光柵部分串聯(lián)的權(quán)利要求1的第一折射率光柵部分，權(quán)利要求2的第二折射率光柵部分，權(quán)利要求3的第三折射率光柵部分和權(quán)利要求3的第四折射率光柵部分中至少任何一個(gè)。
7.一種復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵，其特征是，包括有預(yù)定傾斜角并在光纖芯上形成的權(quán)利要求1的第一折射率光柵部分或權(quán)利要求2的第二折射率光柵部分；和有與首先命名的傾斜角相反符號(hào)傾斜角并與第一折射率光柵部分或第二折射率光柵部分串聯(lián)的第一折射率光柵部分或第二折射率光柵部分。
8.一種包含端口的光纖型耦合器，其特征是，所述端口包含權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，或權(quán)利要求3至權(quán)利要求7的復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵中的任何一個(gè)。
9.一種光連接器，其特征是，其中封裝包含權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的準(zhǔn)傾斜光纖布拉格光柵，或權(quán)利要求3至權(quán)利要求7的復(fù)聯(lián)光纖布拉格光柵中的任何一個(gè)。
全文摘要
包層直徑為125μm的光纖4是通過添加Ge到纖芯直徑為8μm和相對(duì)折射率差為0.3％的纖芯41中制成的，和利用KrF準(zhǔn)分子激光器(λ=248μm)的相位掩模方法，在光纖4中制成傾斜角為2°的兩個(gè)折射率光纖部分41a和41b。線性調(diào)頻光柵的相位掩模中心周期(2Λ)是1,140nm，周期的碼片率(C)是1.2nm/mm，第一折射率光纖部分41a和第二折射率光纖部分41b的有效折射率是1.447，折射率調(diào)制是3×10
文檔編號(hào)G02B6/42GK1675570SQ0381978
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者宍戶寬治, 石川宏, 中村雅弘, 森田和章 申請(qǐng)人:昭和電線電纜株式會(huì)社