專(zhuān)利名稱(chēng)：分布式諧振環(huán)狀光纖濾光器的制作方法
本申請(qǐng)要求1999年1月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/117,080的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及光纖放大器，該光纖放大器包括用于衰減或去除某些指定波長(zhǎng)的濾光器裝置。本發(fā)明還涉及用于這類(lèi)放大器中的諧振環(huán)狀光纖濾光器。
摻雜的光纖放大器由一根增益光纖構(gòu)成，其纖芯含有諸如稀土離子等摻雜劑。增益光纖接收波長(zhǎng)為λS的光信號(hào)和波長(zhǎng)為λP的泵激信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)位于增益光纖一端或兩端的諸如一個(gè)或多個(gè)耦合器等裝置疊加在一起。在整個(gè)發(fā)射帶上，光纖放大器的光譜增益是不均勻的。例如，摻鉺增益光纖的增益帶與基于石英的光纖的1550nm電信窗口相重疊，它的增益譜不均勻，在1536nm周?chē)幸惠^窄的峰。為了使增益平坦并變窄，已在光纖放大器中使用了改進(jìn)的光纖放大器增益譜。
已知增益光纖可以包括一根分布式濾光器，用以提高光纖放大器的效率和/或輸出定制的光譜。這種分布式濾光器/增益光纖沿光纖軸具有一根有源的、摻離子的纖芯，并且還包括第二個(gè)離軸纖芯，其中所述第二纖芯平行于所述有源的摻離子纖芯延伸。兩根纖芯在諸如纖芯直徑和/或折射率分布曲線等方面具有不同的特征。這種結(jié)構(gòu)可以支持至少兩種纖芯模式，并且通過(guò)適當(dāng)選擇上述特征可以單獨(dú)控制這兩種纖芯模式的傳播常數(shù)。因此，可以將這兩根纖芯設(shè)計(jì)成它們的傳播常數(shù)在某個(gè)諧振波長(zhǎng)λ0處是相等的。在波長(zhǎng)λ0處，該結(jié)構(gòu)的基諧模式可以從一根纖芯變到另一根纖芯。僅在中心位于諧振波長(zhǎng)附近的窄波長(zhǎng)帶處，才會(huì)在兩根纖芯之間發(fā)生高功率轉(zhuǎn)移。如果第二纖芯含有吸光材料，那么它將至少吸收一部分中心位于波長(zhǎng)λ0附近的光，以提供一種可改變光纖放大器之增益譜的濾光功能。
由于缺乏圓對(duì)稱(chēng)性，所以很難制造具有兩個(gè)平行纖芯的光纖。另外，具有兩個(gè)平行纖芯的濾光器依賴(lài)于偏振。
通過(guò)為放大器配備一個(gè)現(xiàn)有的同軸耦合器就可以避免這些缺點(diǎn)，在所述這類(lèi)同軸耦合器中，環(huán)狀纖芯與中心有源纖芯同心但被徑向隔開(kāi)，本文將由此形成的器件稱(chēng)為諧振環(huán)狀光纖(RRF)。RRF中至少存在兩個(gè)模式。大部分功率處于纖芯中的模式稱(chēng)為纖芯模式，大部分功率處于環(huán)中的模式稱(chēng)為環(huán)模式。通過(guò)改變纖芯和環(huán)的參數(shù)，可以獨(dú)立控制RRF中一個(gè)纖芯模式和一個(gè)環(huán)模式的傳播常數(shù)。RRF結(jié)構(gòu)中兩個(gè)模式的行為與上述纖芯平行的光纖耦合器/濾光器中兩個(gè)模式的行為相同，但是用常規(guī)的、基于汽相沉積法的光纖制造技術(shù)就很容易制造RRF。另外，由于RRF是圓對(duì)稱(chēng)的，所以基本上不依賴(lài)偏振。
在上述纖芯平行的耦合器/濾光器中，離軸纖芯根據(jù)其所含吸光摻雜材料的濃度可以衰減不同的光功率。因此，在制作了纖芯平行的濾光器后，每單位長(zhǎng)度的衰減量就固定了。如果制造公差使得預(yù)定長(zhǎng)度的光纖不能提供所需的衰減，那么會(huì)希望能夠?qū)⑺p調(diào)諧到所需的值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提高光纖放大器的效率，和/或特制光纖放大器的光譜輸出。另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的光纖濾光器。再一個(gè)目的是提供一種分布式光纖濾光器，它的峰值濾光器波長(zhǎng)和峰值衰減很容易調(diào)節(jié)。又一個(gè)目的是提供一種溫度穩(wěn)定的光纖濾光器。
本發(fā)明涉及一種分布式濾光器，它由一光纖構(gòu)成，所述光纖具有中央纖芯、與中央纖芯同心且內(nèi)半徑為rR的環(huán)狀纖芯、位于中央纖芯和環(huán)狀纖芯之間且折射率為ni的內(nèi)包層區(qū)，以及包圍環(huán)狀纖芯且折射率為nc的包層。中央纖芯的最大折射率n1和環(huán)狀纖芯的最大折射率n2都大于nc和ni。當(dāng)將光纖繞在一卷軸上時(shí)，光纖中至少會(huì)有一部分被連續(xù)彎曲。在非λ0的其它波長(zhǎng)處，一個(gè)纖芯模式和一個(gè)環(huán)模式的傳播常數(shù)是不同的。由此，一個(gè)包括λ0的窄波長(zhǎng)帶會(huì)在中央纖芯和環(huán)狀纖芯之間耦合，并且至少被部分輻射，從而衰減了該窄的波長(zhǎng)帶。
此技術(shù)特別適于在某些光纖放大器和激光器設(shè)計(jì)中使用的增益光纖中實(shí)施分布式損耗濾光器，在這些設(shè)計(jì)中，除了使用傳統(tǒng)的有源摻離子中央纖芯外還使用一合適的環(huán)狀纖芯，以獲得光譜增益成形?？梢栽O(shè)計(jì)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在光纖放大器呈現(xiàn)自發(fā)發(fā)射放大的那些波長(zhǎng)處就某個(gè)光纖卷軸尺寸提供適當(dāng)?shù)膿p耗。
對(duì)具有給定外直徑的光纖，可以測(cè)量其峰值衰減波長(zhǎng)λ0，并且可以確定以下事實(shí)，即具有不同值rR(乃至外直徑不同)的光纖將產(chǎn)生波長(zhǎng)λ0的校正值。然后，將拉絲坯棒拉成外直徑不同于給定外直徑的光纖。較為有利的是，在對(duì)經(jīng)修正的諧振環(huán)狀光纖拉絲之前，將更多的包層材料加入初始拉絲坯棒中或者對(duì)初始拉絲坯棒刻蝕一些包層材料；這些步驟會(huì)使光纖具有不同的rR值，并且仍然保持給定的外直徑。另外，可以拉伸拉絲光纖，以減小其外直徑。
光纖的包層部分由諸如SiO2等基質(zhì)玻璃組成，并且中央和環(huán)狀纖芯可以包括SiO2，其中摻雜了不同量的、能夠增加折射率的摻雜劑，諸如GeO2或Al2O3，摻雜的目的是為了增大折射率。將諸如B2O3等合適的共摻物與增加折射率的摻雜劑一起使用，可以抵消中央和環(huán)狀纖芯之傳播常數(shù)對(duì)熱的依賴(lài)，從而使濾光器非熱化。
附圖概述

圖1是一示意圖，示出了使用諧振環(huán)增益光纖的光放大器。
圖2是一放大的、不連續(xù)的示意圖，示出了在兩個(gè)單芯光纖和一個(gè)諧振環(huán)增益光纖之間的熔接接頭。
圖3是一示意圖，示出了另一個(gè)實(shí)施例中成卷的諧振環(huán)增益光纖。
圖4和圖5示出了兩種使諧振環(huán)增益光纖各部分具有連續(xù)彎曲的結(jié)構(gòu)。
圖6是一曲線圖，示出了光纖放大器的增益譜。
圖7和圖8例示了本發(fā)明諧振環(huán)狀光纖的折射率分布曲線。
圖9是一曲線圖，示出了諧振環(huán)狀光纖中LP01和LP02模式之歸一化傳播常數(shù)的變化。
圖10是一曲線圖，示出了LP01模式中模場(chǎng)分布對(duì)波長(zhǎng)的依賴(lài)關(guān)系。
圖11是一曲線圖，該圖將諧振時(shí)LP01和LP02模式的歸一化場(chǎng)繪制成半徑的函數(shù)。
圖12是對(duì)諧振環(huán)狀光纖測(cè)量得到的折射率分布曲線。
圖13示出了由同一光纖拉絲坯棒拉絲得到的多個(gè)光纖中諧振波長(zhǎng)對(duì)光纖直徑的依賴(lài)關(guān)系。
圖14示出了用于確定彎曲對(duì)衰減之影響的實(shí)驗(yàn)。
圖15是一曲線圖，示出了濾光器性能對(duì)卷盤(pán)直徑的依賴(lài)關(guān)系。
對(duì)較佳實(shí)施例的描述在光纖放大器中，輻射的受激發(fā)射可以提供有用的增益，故可以用來(lái)放大在光傳輸系統(tǒng)之光纖傳輸線中傳播的信號(hào)。圖1示意地示出了光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)。波長(zhǎng)為λS的信號(hào)在傳播經(jīng)過(guò)一段光纖傳輸線14后衰減。然后，信號(hào)加于與波長(zhǎng)有關(guān)的多路復(fù)用器耦合器11，并在單個(gè)輸出光纖12上將該信號(hào)與源13產(chǎn)生的波長(zhǎng)為λP的泵能量合并。熔接接頭16將光纖12與增益光纖10的第一端相連，增益光纖10的中央纖芯含有有源摻雜離子。經(jīng)放大器信號(hào)從增益光纖10傳播到單纖芯的光纖傳輸線15中，而光纖傳輸線15通過(guò)熔接接頭17與光纖10的第二端相連。
圖2示出了光纖10、12和15中與熔接接頭16和17相鄰的部分。光纖12和15是常規(guī)的單纖芯光纖。光纖12包括纖芯23，纖芯23之外包圍著包層24，而光纖15包括纖芯25，纖芯25之外包圍著包層26。接頭16和17用虛線表示。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，未示出保護(hù)涂層。光纖10是諧振環(huán)狀光纖，它具有中央纖芯19和環(huán)狀纖芯20，兩根纖芯被內(nèi)包層材料21隔開(kāi)。光纖10還包括一層外包層材料22。以下討論諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的意義。
盡管光纖10與光纖12和15的端對(duì)端鄰接部分被圖示為熔接接頭，但也可以使用機(jī)械連接器。
圖1示出光纖10繞在卷軸18上，接頭16和17的位置離開(kāi)卷軸一段距離。另一方面，也可以將接頭16和17中的一個(gè)或兩個(gè)安排在卷軸上。圖3示出了這樣一個(gè)實(shí)施例，與圖1類(lèi)似的元件用帶撇的標(biāo)號(hào)表示。在圖3中，接頭16′和17′沿卷軸18′的表面放置，因此諧振環(huán)增益光纖10′的整個(gè)長(zhǎng)度受卷軸曲率的影響。光纖12′和15′中短短的端部也位于卷軸18′上。
諧振環(huán)增益光纖受非圓彎曲的影響。例如，如圖4所示，可以將諧振環(huán)狀光纖30按S形圖案繞在兩個(gè)圓形支撐件31和32上。在圖5的實(shí)施例中，按“跑道”圖案將諧振環(huán)狀光纖35繞在兩個(gè)圓形支撐件36和37上。
盡管本發(fā)明可用于各種光纖放大器，但由于摻鉺光纖放大器在通信系統(tǒng)中有用，所以下面結(jié)合摻鉺光纖放大器進(jìn)行描述。如圖6的曲線40所示，摻鉺光纖放大器的增益譜在1536nm附近有一窄峰，而寬帶到了約1560nm處增益減小。必須減小1536nm處的峰值，以免發(fā)生諸如增益與波長(zhǎng)有關(guān)或者在不希望的波長(zhǎng)上發(fā)生增益(伴有噪聲)等不利情況。如以下將更全面描述的，增益光纖10在成卷和諧振環(huán)方面的特性使其具有分布式濾光器的功能，它經(jīng)設(shè)計(jì)可以衰減光纖放大器的峰值增益。通過(guò)抑制峰值增益，除了能夠在波分復(fù)用系統(tǒng)中獲得需要的平坦增益譜之外，還可以通過(guò)減小自發(fā)-自發(fā)的差拍噪聲來(lái)減小放大器噪聲。由于因峰值增益引起發(fā)射激光的機(jī)會(huì)減少，所以還可以將放大器設(shè)計(jì)成在具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)大得多的情況下工作；這對(duì)減小噪聲有附加作用。這會(huì)產(chǎn)生由圖6中曲線42表示的均勻的增益譜。
如果將光纖10彎曲的諧振環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成在1536nm處基本上衰減掉所有功率，那么所得的濾光效果實(shí)質(zhì)上是從鉺光譜增益曲線中消除了較短的波長(zhǎng)，從而得到圖6中曲線42所表示的光譜增益。
如圖2所示，分布式諧振環(huán)濾光器/增益光纖10除了包括中央纖芯19之外還包括同心的環(huán)狀纖芯20。在圖7例示的理想化折射率Δ分布中，內(nèi)包層49將中央纖芯48與環(huán)狀纖芯50分開(kāi)，并且內(nèi)包層49具有與外包層51相同的折射率。中央纖芯的折射率n1小于環(huán)狀纖芯的的折射率，因此Δ1＜Δ2。術(shù)語(yǔ)Δ用于表示纖芯和光纖外包層之間的相對(duì)折射率的差。于是，Δ1等于(n12-nc2)/2n12，而Δ2等于(n22-nc2)/2n22，其中n1、n2和nc分別是中央纖芯、環(huán)狀纖芯和外包層的折射率。另外，環(huán)狀纖芯的徑向厚度w小于中央纖芯的半徑rC。環(huán)狀纖芯的內(nèi)半徑rR也影響濾光器特性。
可以用折射率Δ和半徑的其它各種組合來(lái)制作分布式諧振環(huán)濾光器。在圖8的實(shí)施例中，Δ1＞Δ2，并且w＞rC。直線59表現(xiàn)出內(nèi)包層的折射率Δ可以與外包層的折射率Δ(直線58)相同；但是，如直線56和60所示，它可以小于或大于外包層的折射率Δ。
諧振環(huán)光纖的中央纖芯可以支持大部分功率處于纖芯中的模式。環(huán)狀纖芯的特性使得它可以支持大部分功率處于環(huán)中的其它附加模式(LP0n)。在某個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)，兩種模式在諧振波長(zhǎng)λ0處調(diào)換位置；一種模式(LP0m)從纖芯模式變換成環(huán)模式，同時(shí)一種模式(LP0n)從環(huán)模式變換成纖芯模式。在該諧振下，兩種模式的功率都基本上在纖芯和環(huán)中。該結(jié)構(gòu)的這種諧振特性為L(zhǎng)P0n和PL0m模式在諧振波長(zhǎng)附近建立了一個(gè)高度依賴(lài)波長(zhǎng)的模場(chǎng)圖案，因此諧振環(huán)光纖可以用作光譜濾光器。
考慮具有如圖7所示折射率分布曲線的結(jié)構(gòu)。通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)的基本模式可以是唯一的環(huán)模式，傳統(tǒng)的纖芯模式是LP02模式。當(dāng)波長(zhǎng)增大時(shí)，環(huán)模式(在該波長(zhǎng)處為L(zhǎng)P01)傳播常數(shù)的減小比纖芯模式(在該波長(zhǎng)處為L(zhǎng)P02模式)快得多。在λ0處，兩模式之間存在過(guò)渡，并且對(duì)于λ＞λ0，基本模式(LP01模式)變成纖芯模式，并具有較高的傳播常數(shù)。
為了更全面地理解本發(fā)明諧振環(huán)濾光器的工作原理，考慮以下數(shù)學(xué)推導(dǎo)的例子。假設(shè)光纖具有圖7所示的折射率分布曲線，其中Δ1為0.54％，Δ2為2.5％，rC為3.84μm，rR為15μm，w為0.53μm。
圖9給出了LP01和LP02模式的歸一化傳播常數(shù)的變化。實(shí)線曲線65示出了β1-βavg的關(guān)系，虛線曲線66示出了β2-βavg的關(guān)系，其中βavg為(β1-β2)/2。
圖10給出了LP01模式分布在λ0處的諧振附近從環(huán)模式變換成纖芯模式。曲線70、71、72、73和74分別示出了在波長(zhǎng)1150nm、1175nm、1200nm、1225nm和1250nm處LP01模式之歸一化場(chǎng)對(duì)波長(zhǎng)的依賴(lài)。
圖11繪制了在λ0(1205nm)處的LP01和LP02模式，該圖顯示出每個(gè)模式都在纖芯和環(huán)上具有相當(dāng)大的功率。事實(shí)上，場(chǎng)在纖芯和環(huán)上的振幅分布是相同的，并且LP01模式在兩個(gè)區(qū)域保持同相，而LP02模式在兩個(gè)區(qū)域上保持反相。
諧振時(shí)的模場(chǎng)直徑比其他地方大得多，因此該模式更容易發(fā)生因彎曲所致的損耗。如上所述對(duì)諧振環(huán)光纖進(jìn)行連續(xù)彎曲可以為λ0附近(而不是在其它波長(zhǎng))的窄波長(zhǎng)帶內(nèi)的光產(chǎn)生較高的彎曲損耗。用這種方式可以制造幾十米長(zhǎng)的連續(xù)光譜損耗濾光器。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓饫w設(shè)計(jì)，可以制造出帶寬從幾個(gè)納米到100納米以上的濾光器。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以制作光纖拉絲坯棒；可以將坯棒拉絲成具有一給定直徑的諧振環(huán)光纖；并且可以測(cè)量在拉絲所得光纖之損耗曲線峰值處的諧振波長(zhǎng)。如果必要，通過(guò)改變光纖直徑但其相對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，來(lái)精調(diào)或改變諧振波長(zhǎng)，致使λ0(新)＝R×λ0，其中R是光纖直徑變化率。通過(guò)將相同的光纖預(yù)制棒拉絲成具有新外直徑的光纖，便可以在光纖拉絲塔上完成此直徑的改變。在對(duì)初始拉絲坯棒拉出改進(jìn)的諧振環(huán)光纖之前，可以對(duì)初始拉絲坯棒添加更多的包層材料，或者從初始拉絲坯棒上刻蝕掉一些包層材料。
可以用光纖耦合器制造鉆機(jī)之類(lèi)的裝置來(lái)拉伸光纖，減小一段光纖的恒定直徑，從而改變拉絲光纖的直徑。
利用圖7和圖8所示的折射率分布曲線類(lèi)型制造了一些諧振環(huán)光纖。圖8類(lèi)型的光纖還包括摻鉺中央纖芯。
在一種特定諧振環(huán)光纖中，Δ1為0.38％，Δ2為1.4％。當(dāng)把光纖拉絲到125μm外直徑時(shí)，rC為4.85μm，rR為16μm，w為1.02μm；當(dāng)從同一拉絲坯棒分別拉出外直徑較小或較大的光纖時(shí)，這些半徑和厚度w為較小或較大。內(nèi)外包層都由純SiO2構(gòu)成，中央纖芯由摻大約6.1wt.％GeO2的SiO2構(gòu)成，而環(huán)纖芯由摻大約21wt.％GeO2的SiO2構(gòu)成。光纖用眾所周知的微粉體沉積技術(shù)制備。中央纖芯預(yù)制棒由用來(lái)制造傳統(tǒng)的階躍型電信光纖的技術(shù)來(lái)制備。例如，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,486,212。具體地說(shuō)，將玻璃顆粒沉積圓柱形的芯棒上，形成一個(gè)包括纖芯區(qū)和包層玻璃薄層的多孔纖芯預(yù)制棒。去除芯棒，然后干燥和熔凝所得的管狀預(yù)制棒。加熱并拉伸所得的管狀玻璃制品，以閉合軸向孔，減小其直徑。將多層附加的石英包層顆粒沉積到所需的厚度，然后沉積摻GeO2的SiO2環(huán)纖芯顆粒，再后是一層薄石英。在對(duì)此預(yù)制棒干燥和熔凝后，施加并熔凝剩余的外包層石英顆粒，從而形成可以拉出諧振環(huán)光纖的拉絲坯棒。
由于在光纖制造期間GeO2在預(yù)制棒內(nèi)擴(kuò)散，所以實(shí)際的折射率分布不同于圖7和圖8所示的情況。如圖12中的曲線所示，中央纖芯區(qū)在光纖軸上存在一折射率凹陷，并且纖芯的外邊緣存在一折射率梯度。另外，環(huán)纖芯的折射率曲線可以是帶圓角的，如果環(huán)的厚度w非常小，折射率曲線甚至?xí)兗狻?br> 將上述拉絲坯棒拉絲成具有不同外直徑的光纖，以說(shuō)明纖芯尺寸對(duì)濾光器諧振波長(zhǎng)的影響。圖13將諧振波長(zhǎng)位置繪制成光纖直徑的函數(shù)；該曲線說(shuō)明由單個(gè)拉絲坯棒制成的濾光器具有較寬的光譜范圍。被拉絲成外直徑為135μm的濾光器在大約1620nm波長(zhǎng)處具有峰值衰減。如果在制造拉絲坯棒期間施加附加包層材料，那么在標(biāo)準(zhǔn)的、外直徑為125μm的情況下可以獲得相同的諧振波長(zhǎng)。對(duì)于一給定的外直徑，此附加包層厚度將使所有纖芯尺寸略小。
圖14示出了用于確定諧振環(huán)光纖81受不同彎曲作用的實(shí)驗(yàn)裝置。光纖81是一根結(jié)合圖13所述的長(zhǎng)為90mm，直徑為135μm的光纖，它通過(guò)熔接接頭s與單纖芯光纖82和83相連。將光纖81-83的結(jié)合部卷繞在直徑D在6cm至15cm范圍內(nèi)的不同卷軸84上。因此，諧振環(huán)光纖81的整個(gè)長(zhǎng)度受卷軸84之曲率的影響，并且起分布式損耗濾光器的作用。
圖15示出了對(duì)不同卷盤(pán)直徑的濾光器響應(yīng)，其中，曲線91、92、93和94表示光纖81在D直徑分別等于6cm、6.5cm、7cm和15cm時(shí)所呈現(xiàn)的光譜損耗。曲線95表示當(dāng)光纖81沒(méi)有任何彎曲時(shí)的損耗。曲線91-94都相對(duì)其下方的曲線偏置10dB，因此將這些曲線都繪制在一張圖上進(jìn)行比較。
請(qǐng)注意，在不同D值情況下，λ0略有變化。一般來(lái)說(shuō)，可以用數(shù)字設(shè)計(jì)諧振環(huán)光纖，并且僅僅微小地改變D就可以進(jìn)行調(diào)諧，λ0的不同被忽略。但是，如果衰減調(diào)諧要求D偏離設(shè)計(jì)值產(chǎn)生足夠大的變化，致使對(duì)λ0產(chǎn)生不利影響，那么需要適當(dāng)修正光纖設(shè)計(jì)參數(shù)，將λ0移到校正值。在如此修正光纖設(shè)計(jì)之后，通過(guò)簡(jiǎn)單地從初始拉絲坯棒拉出具有不同外直徑的的光纖，就可能解決該問(wèn)題。如果此修正沒(méi)有校正該問(wèn)題，那么可以制作一根中央纖芯和環(huán)狀纖芯略有不同的新的光纖拉絲坯棒。
由此可見(jiàn)，很容易實(shí)現(xiàn)諧振環(huán)濾光器，提供所需衰減和所需中心波長(zhǎng)。
中央纖芯和環(huán)狀纖芯由諸如石英等基質(zhì)玻璃和一種或多個(gè)添加到基質(zhì)玻璃中的摻雜劑構(gòu)成，產(chǎn)生所需的折射率。存在許多已知的摻雜劑，包括氧化鍺和氧化鋁。當(dāng)這些摻雜劑與石英結(jié)合時(shí)，可以形成折射率大于石英折射率的玻璃。可以用諸如硼等降低折射率的摻雜劑與上述增加折射率的摻雜劑結(jié)合，改變諸如熱膨脹系統(tǒng)等各種玻璃特性。
諸如GeO2等增加折射率的摻雜劑增大了光纖中被使用的部分的熱膨脹。這導(dǎo)致兩個(gè)傳播常數(shù)對(duì)熱的依賴(lài)。通過(guò)均衡兩個(gè)所含模式之傳播常數(shù)對(duì)熱的依賴(lài)，可以獲得濾光器的非熱性。達(dá)到此目的的一個(gè)方法是將一種合適的共摻物與增大折射率的摻雜劑一起使用，以便使兩個(gè)傳播常數(shù)對(duì)熱的依賴(lài)性相互抵消。例如，如果用GeO2增加SiO2的折射率以形成中央纖芯和環(huán)狀纖芯兩者，那么可以將B2O3到合適的纖芯中，以抵消GeO2的作用。例如，如果中央纖芯含8wt.％GeO2，并且環(huán)狀纖芯含20wt.％GeO2，那么可以將4wt.％的B2O3添加到環(huán)中，以抵消熱膨脹。
為了使器件非熱化，可以將BsO3加入中央纖芯和環(huán)狀纖芯中。最好，含較多GeO2成份的纖芯也具有較多的BsO3成份。
權(quán)利要求
1.一種光纖濾光器，其特征在于，包括光纖，它具有中央纖芯、與所述中央纖芯同心的環(huán)狀纖芯、位于所述中央纖芯和環(huán)狀纖芯之間且折射率為ni的內(nèi)包層區(qū)，以及包圍所述環(huán)狀纖芯且折射率為nc的包層，所述中央纖芯的最大折射率n1和所述環(huán)狀纖芯的最大折射率n2都大于nc和ni，在除了至少一個(gè)波長(zhǎng)λ0以外的其它波長(zhǎng)處，一個(gè)纖芯模式和一個(gè)環(huán)模式的傳播常數(shù)不同，所述光纖中至少有一部分被連續(xù)彎曲。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，所述光纖所經(jīng)受的彎曲基本上為圓形。
3.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，所述光纖被繞在一圓柱形構(gòu)件上。
4.如權(quán)利要求3所述的濾光器，其特征在于，還包括第一和第二單纖芯光纖，每個(gè)所述單纖芯光纖的一端分別與所述光纖的相應(yīng)端熔接。
5.如權(quán)利要求4所述的濾光器，其特征在于，所述光纖的長(zhǎng)度小于所述構(gòu)件的周長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求4所述的濾光器，其特征在于，所述光纖的長(zhǎng)度大于所述構(gòu)件的周長(zhǎng)。
7.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，所述光纖所經(jīng)受的彎曲為S形。
8.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，Δ1大于Δ2，其中Δ1等于(n12-nc2)/2n12，而Δ2等于(n22-nc2)/2n22。
9.如權(quán)利要求8所述的濾光器，其特征在于，所述環(huán)狀纖芯的徑向厚度大于所述中央纖芯的半徑。
10.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，Δ2大于Δ1，其中Δ1等于(n12-nc2)/2n12，而Δ2等于(n22-nc2)/2n22。
11.如權(quán)利要求10所述的濾光器，其特征在于，所述中央纖芯的徑向厚度大于所述環(huán)狀纖芯的半徑。
12.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，ni基本上等于nc。
13.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，所述中央纖芯是含有源摻雜離子的增益纖芯，其中所述摻雜離子能夠產(chǎn)生光的自發(fā)發(fā)射，由此可以在包括所述波長(zhǎng)λ0的一個(gè)給定波長(zhǎng)帶上獲得增益。
14.如權(quán)利要求13所述的濾光器，其特征在于，所述摻雜離子是鉺離子，并且所述波長(zhǎng)λ0在1530nm和1540nm之間。
15.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，所述中央纖芯和所述環(huán)狀纖芯都至少包含一種增大折射率的摻雜劑，所述一種或多種摻雜劑的濃度使得所述中央和環(huán)狀纖芯的折射率不同。
16.如權(quán)利要求15所述的濾光器，其特征在于，所述中央和環(huán)狀纖芯中至少有一個(gè)還包含B2O3。
17.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其特征在于，所述中央和環(huán)狀纖芯包含不同濃度的GeO2，含有最大濃度GeO2的纖芯還包含B2O3。
18.一種光纖放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一根光纖，該光纖具有包含有源摻雜離子的中央增益纖芯，其中有源摻雜離子能夠產(chǎn)生光的自發(fā)發(fā)射，由此在一給定波長(zhǎng)帶上獲得增益，所述光纖還包括與所述中央纖芯同心的環(huán)狀纖芯、位于所述中央和環(huán)狀纖芯之間且折射率為ni的內(nèi)包層區(qū)，以及包圍所述環(huán)狀纖芯且折射率為nc的包層，所述中央纖芯的最大折射率n1和所述環(huán)狀纖芯的最大折射率n2都大于nc和ni，在所述光纖中至少有一部分被彎曲，在除了波長(zhǎng)λ0以外的其它波長(zhǎng)處，一個(gè)纖芯模式和一個(gè)環(huán)模式的傳播常數(shù)不同，由此一個(gè)包括λ0的窄波長(zhǎng)帶可以在所述中央纖芯和所述環(huán)狀纖芯之間耦合，并且至少會(huì)被部分輻射，使該窄波長(zhǎng)帶衰減。
19.一種用于制造光纖濾光器的方法，其中所述光纖濾光器具有預(yù)定的峰值衰減波長(zhǎng)λ0，其特征在于，所述方法包括以下步驟制造一根濾光光纖，該光纖具有中央纖芯、與所述中央纖芯同心且具有內(nèi)半徑rR的環(huán)狀纖芯、位于所述中央纖芯和環(huán)狀纖芯之間且折射率為ni的內(nèi)包層區(qū)，以及包圍所述環(huán)狀纖芯且折射率為nc的包層，其中所述中央纖芯的最大折射率n1和所述環(huán)狀纖芯的最大折射率n2都大于nc和ni，在除了至少一個(gè)波長(zhǎng)λ0以外的其它波長(zhǎng)處，一個(gè)纖芯模式和一個(gè)環(huán)模式的傳播常數(shù)不同，因此一個(gè)包括λ0的窄波長(zhǎng)帶可以在所述中央纖芯和環(huán)狀纖芯之間耦合，并且所述濾光光纖中至少有一部分被充分彎曲，以便在波長(zhǎng)λ0處獲得一預(yù)定的衰減量。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，使所述濾光光纖至少一部分充分彎曲的步驟包括選擇多個(gè)圓柱形支持件中的一個(gè)支持件，并將所述濾光光纖繞在所述支持件上。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述制造步驟包括制造一根光纖拉絲坯棒，并由所述拉絲坯棒拉出具有給定外直徑的光纖，所述方法還包括調(diào)諧峰值衰減波長(zhǎng)λ0的步驟。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述調(diào)諧步驟包括測(cè)量所述光纖的峰值衰減波長(zhǎng)，確定具有不同值rR的光纖將產(chǎn)生波長(zhǎng)λ0的校正值，以及由所述拉絲坯棒拉出外直徑不同于所述給定外直徑的光纖。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述調(diào)諧步驟包括測(cè)量所述光纖的峰值衰減波長(zhǎng)，確定具有不同值rR的光纖將產(chǎn)生波長(zhǎng)λ0的校正值，將附加包層材料到所述拉絲坯棒中以形成經(jīng)修正的拉絲坯棒，以及由所述經(jīng)修正的拉絲坯棒拉出隨后的光纖。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述調(diào)諧步驟包括測(cè)量所述光纖的峰值衰減波長(zhǎng)，確定具有不同值rR的光纖將產(chǎn)生波長(zhǎng)λ0的校正值，從所述拉絲坯棒上刻蝕掉包層材料的外區(qū)域以形成一經(jīng)修正的拉絲坯棒，以及由所述經(jīng)修正的拉絲坯棒拉出隨后的光纖。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述調(diào)諧步驟包括測(cè)量所述光纖的峰值衰減波長(zhǎng)，確定具有不同值rR的光纖將產(chǎn)生波長(zhǎng)λ0的校正值，以及拉伸所述光纖以減小其外直徑。
全文摘要
揭示了一種光纖濾光器,該濾光器包括中央纖芯(19)、與中央纖芯(19)同心的環(huán)狀纖芯(20)、折射率為ni的內(nèi)包層區(qū)(21),以及包圍環(huán)狀纖芯(20)且折射率為n
文檔編號(hào)H01S3/10GK1347511SQ00803078
公開(kāi)日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月25日
發(fā)明者G·E·伯基, 董亮 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司