專利名稱：光纖耦合器及其中的光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于光信息通信或光學測量等領域中的光纖耦合器，更具體地，涉及多路復用/多路分解不同波長的WDM(波分復用)耦合器及用于這種耦合器的光纖。
背景技術：
近年來，EDFA(摻鉺光纖放大器)是光信息通信領域中所采用的主要類型放大器。在EDFA中，入射具有1.48μm或0.98μm附近波長的泵浦光來激發(fā)增益介質，即EDF(摻鉺光纖)或其中的合成元素(鉺)。在WDM耦合器(以下稱作“光纖耦合器”)中，將具有0.98μm附近波長的光波射向增益介質(EDF)，同時并不消弱具有1.55μm附近波長的信號光。
光纖耦合器包括熔合拉伸型光纖耦合器或采用介質薄膜濾光器的光纖耦合器。傳統(tǒng)上用來分別多路復用/多路分解在0.98μm和1.55μm附近的兩個波長的熔合拉伸型光纖耦合器(以下稱作“0.98μm/1.55μm波段光纖耦合器”)可以包括兩根結合在一起、被設計且被制作用在0.98μm附近波長處的光纖(以下稱作“0.98μm波段光纖”)，或者結合在一起的一根0.98μm波段光纖和一根被設計且被制作用在1.55μm附近波長處的光纖(以下稱作“1.55μm波段光纖”)。然而，并不采用兩根1.55μm波段光纖的結合，這是因為具有0.98μm波長的泵浦光不能以單模在1.55μm波段光纖內傳播，從而不能獲得穩(wěn)定的性質。
在USP4,834,481、USP4,556,279和USP4,869,570中披露了傳統(tǒng)的光纖耦合器。
在結合有兩根0.98μm波段光纖(參看圖1和圖2，設想用0.98μm波段光纖代替1.55μm波段光纖11)的光纖耦合器的情形中，用于光纖耦合器的一根1.55μm波段光纖21和一根0.98μm波段光纖在接合部分A處連接。由于在接合部分A處的MFD(模場直徑)失配，就會出現相對大的接頭損耗。
對于大多數光纖，在光纖中傳播的光波(電磁場)的強度分布很近似于高斯分布。MFD是決定接頭損耗的一個重要參數，它等于該強度分布最大值1/e2的兩點之間的長度(其中“e”表示自然對數的底數)。當具有相等MFD的光纖被接合時，能夠獲得極低的接頭損耗(在理想情況下，沒有損耗)，但是當具有完全不同的MFD的光纖被接合時，兩光纖各自MFD的量級差越大，接頭損耗的量級就會越大。由于接頭損耗是0.2dB-0.3dB大，因此從傳輸質量的角度看，這就會極大的損害使用光學部件的光學通信系統(tǒng)的傳輸質量。
因此，為了減小接頭損耗，優(yōu)選的是如圖1和圖2所示，1.55μm波段光纖被用作光纖11來作為具有1.55μm波長的端口輸入光波的光纖(在后向泵浦系統(tǒng)的情形下，該端口是具有1.55μm波長的光波輸出的端口)。
圖1示出了這種光纖耦合器第一種結構的一個例子。圖2示出了這種光纖耦合器第二種結構的例子。圖1中該第一種結構的例子描述了一種采用后向泵浦系統(tǒng)的連接方法，即一種將來自信號流上游側的泵浦光沿與信號光相同方向輸入至增益介質例如EDF的方法。
圖1示出的光纖耦合器設有一個熔合拉伸部分15，其中1.55μm波段光纖11和0.98μm波段光纖13熔合在一起并被拉伸。信號光從提供了信號通道的1.55μm波段光纖21經由接合部分A射向上游側，并射進1.55μm波段光纖11一端處的端口內。泵浦光從提供了泵浦光源的0.98μm波段光纖23經由接合部分B入射，并射入0.98μm波段光纖13一端處的端口內，進一步地，具有0.98μm波長的泵浦光和具有1.55μm波長的信號光耦合成的光波從0.98μm波段光纖13另一端處的端口通過接合部分C射進EDF(摻鉺光纖25，用于激發(fā)具有0.98μm附近波長的光波)內。也就是說，在這種前向泵浦系統(tǒng)中，泵浦光從信號通道的上游側沿與信號光相同的方向入射進EDF25內，該方向在圖1中用箭頭表示。處于1.55μm波段光纖11另一側的端口11p并未使用。
示出在圖2中的第二種結構的例子描繪了一種采用后向泵浦系統(tǒng)的連接方法。如圖2中用箭頭方向所示的，在后向泵浦系統(tǒng)中，泵浦光從信號通道的下游側朝信號光的相反方向射向EDF25。
除了上述兩種泵浦光系統(tǒng)外，還存在有雙向泵浦光系統(tǒng)，其中泵浦光既從EDF的信號上游側又從EDF的信號下游側入射。因此，在這種雙向結構中，光纖耦合器既設置在EDF的信號上游側又設置在EDF的信號下游側。從而，信號上游側系統(tǒng)就以與前向泵浦系統(tǒng)相同的方式來操作，同時信號下游側系統(tǒng)以與后向泵浦系統(tǒng)相同的方式來操作。

發(fā)明內容
然而，如上所述結合有0.98μm波段光纖和1.55μm波段光纖的光纖耦合器是一種非對稱耦合器，在其中對于各個光纖11和13，具有1.55μm附近波長的光波在熔合拉伸部分15內的傳播常數是不同的。相應地，具有1.55μm附近波長的光波的光強就不能完全從1.55μm波段的光纖傳遞到0.98μm波段的光纖，換句話說，也就不可能獲得完全的耦合。因此，在圖1的接合部分A和C之間具有1.55μm附近波長的光波就存在著很大的插入損耗。
而且，在結合有兩個0.98μm波段光纖的光纖耦合器中，在用于0.98μm的光纖和1.55μm波段光纖的端口(信號光端口)之間存在著不良的連接性。
為了解決上述的問題，本發(fā)明提供一種用于光纖耦合器的光纖和一種熔合拉伸型光纖耦合器，其能獲得極好的光學特性(對于具有1.55μm附近波長的光波具有良好的耦合特性)和與輸入/輸出光纖極好的連接性(低的接頭損耗)。
依照本發(fā)明的第一方面，提供一種光纖耦合器，它具有一個通過熔合拉伸若干個用于各個不同波長的光波的光纖形成的熔合拉伸部分，其中光纖間的傳播常數差是10-4rad/μm或更小。
依照本發(fā)明的第二方面，提供一種光纖耦合器，它具有一個通過熔合拉伸若干個用于各個不同波長的光波的光纖形成的熔合拉伸部分，其中所述若干光纖的至少一個是用于光纖耦合器的光纖，用來單模傳播具有0.98μm附近波長的光波，其中用于光纖耦合器的光纖包括第一芯、圍繞第一芯設置且具有10μm和更大半徑范圍內的第二芯及圍繞第二芯設置的包層，所述第二芯和所述包層的相對折射率差是0.1％或更小。
依照本發(fā)明的第三方面，提供一種用于光纖耦合器的光纖，包括第一芯；圍繞所述第一芯且具有10μm或更大半徑范圍內的第二芯；和圍繞第二芯的包層；其中所述第二芯和所述包層的相對折射率差是0.1％或更小；所述用于光纖耦合器的光纖是位于0.98μm附近波長處的單模光波。


圖1示出第一種傳統(tǒng)光纖耦合器結構的一個例子；圖2示出第二種傳統(tǒng)光纖耦合器結構的一個例子；圖3示意性示出依照本發(fā)明一個實施例、由不同種類光纖構成的光纖耦合器；圖4A和4B示出階躍折射率型光纖的折射率分布；圖5A和5B示出具有第二芯的光纖的折射率分布；圖6是各種不同類型光纖細節(jié)的數據表；圖7的曲線圖示出采用1.55μm波段的光纖和可被熔合并拉伸作為一根光纖的0.98μm波段光纖，為x偏振和y偏振所計算的、波長為1.55μm的導模的傳播常數β的計算結果；圖8的曲線圖示出對于圖7中為x偏振和y偏振所計算的兩個波長通道的傳播常數差Δβ；圖9示出采用1.55μm波段的單模光纖(等同于SMF28的產品)和類似的另一種光纖，對導模傳播常數β計算的結果，其中的兩種光纖都被拉伸；圖10示出采用0.98μm波段的單模光纖(等同于CS980的產品)和類似的另一種光纖，對導模傳播常數β計算的結果，其中的兩種光纖都被拉伸；圖11示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例1)，對導模傳播常數β計算的結果；圖12示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例2)，對導模傳播常數β計算的結果；圖13示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例3)，對導模傳播常數β計算的結果；圖14示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖10中示出的0.98μm波段光纖，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖15示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖11中示出的改進0.98μm波段光纖(例1)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖16示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖12中示出的改進0.98μm波段光纖(例2)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖17示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖13中示出的改進0.98μm波段光纖(例3)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖18示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖10中示出的0.98μm波段光纖，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖19示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖11中示出的改進0.98μm波段光纖(例1)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖20示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖12中示出的改進0.98μm波段光纖(例2)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖21示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖13中示出的改進0.98μm波段光纖(例3)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性；圖22示出對于熔合拉伸部分的橫截面視圖、長軸長度和短軸長度之比的寬高比；圖23示出寬高比和強熔合及弱熔合間的關系。
具體實施例方式
通過改進光纖的相對折射率分布，本發(fā)明提供一種光纖，其在保持0.98μm波段光纖的性質(對于0.98μm附近的波長是單模的，且具有0.98μm波段光纖極好的連接性)的同時，能夠借助于熔合拉伸與1.55μm波段光纖足夠充分地耦合。
接下來，將描述這種光纖耦合器和用于這種光纖耦合器的光纖的理論背景，并參考附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
<背景理論>
(a)對稱耦合器和非對稱耦合器的耦合強度本說明僅討論涉及同向類型耦合器的理論基礎。
在兩個波導11和13被拉伸彼此接近處，每個波導的模相互耦合。決定這種耦合最大值的參數F被描述為F=11+(δ12/κ12),---(1)]]>δ12=β2-β12,---(2)]]>κ12=ωϵ0∫-∞∞∫-∞∞(N12-N22)E1*·E2dxdy∫-∞∞∫-∞∞μ2·(E1*×H1+E1×H1*)dxdy,---(3)]]>其中，δ12是波導11和13本征模傳播常數差的1/2。K12表示波導11和13的耦合常數。更具體地，β1和β2分別是波導11和13的傳播常數，ω表示光波的頻率，ε0表示真空的介電常數。uz是z方向的單位矢量，E1*和H1*是波導11的電場矢量E1和磁場矢量H1的復共軛。E2是波導13的電場矢量。N1和N2分別表示每個波導的折射率分布。此外，符號“·”和“×”分別是內積和矢量積。
由于在具有0.98μm附近波長的耦合光波足夠小的情況下本發(fā)明的一個目標是以很低的損耗(即降低插入損耗)來耦合具有1.55μm附近的波長的信號光，因此在1.55μm附近的波長處，最大耦合率優(yōu)選地盡可能接近于1。換句話說，方程(1)中的參數F優(yōu)選盡可能接近于1。從而很明顯，在各個波導11和13拉伸后的情形下，方程(1)中等于波導11和13傳播常數差1/2的δ12優(yōu)選與耦合常數相比K12足夠小。
在熔合拉伸型光纖耦合器的例子中，強熔合情形下的耦合常數K12介于10-4rad/μm至10-2rad/μm的范圍、弱熔合情形下的耦合常數K12介于10-7rad/μm至10-5rad/μm的范圍。
相應地，假定在強熔合的情形下，為了實現低損耗地耦合具有1.55μm附近波長的信號波，則表示光纖耦合器中0.98μm波段光纖和1.55μm波段光纖其傳播常數差1/2的δ12介于10-5rad/μm至10-3rad/μm的范圍就可以。
(b)在0.98μm波段光纖和1.55μm波段光纖熔合和拉伸處傳播常數的差異圖7的曲線圖示出采用1.55μm波段的光纖(康寧公司，SMF28及等同物)和可被簡單拉伸(即被加熱和延展)作為一個光纖的0.98μm波段光纖(康寧公司，CS980及等同物)，為x偏振和y偏振所計算的、波長為1.55μm的導模的傳播常數β的計算結果。水平軸表示拉伸比，它描繪了被拉伸時光纖的粗細與原始狀態(tài)之間的關系。100％的拉伸比意味著光纖并未被拉伸。而50％的拉伸比意味著作為拉伸的結果，光纖的外徑已經減至其原始直徑(62.5μm)的一半。在圖7中，對于1.55μm波段的光纖，為x偏振(線β1.55x(SMF28))和y偏振(線β1.55y(SMF28))所計算的傳播常數β的值接近重疊。同時，對于0.98μm波段的光纖，為x偏振(線β1.55x(CS980))和y偏振(線β1.55y(CS980))所計算的傳播常數β的值完全重疊。
圖8的曲線圖示出對于圖7中為x偏振和y偏振所計算的兩個波長通道的傳播常數差Δβ(＝2δ)。如從圖8可以看出的，在75％的拉伸比處，δ的值變?yōu)?，但在拉伸比的值小于或大于75％處，δ的值不為0。從而，可以理解，對于1.55μm波段的光纖(SMF28及等同物)和0.98μm波段的光纖(CS980及等同物)，僅僅在拉伸比為75％處δ的值才等于0，也即，總耦合的條件出現在這種情形下。在圖8中，對于為x偏振(線β1.55x)和y偏振(線β1.55y)所計算的兩個波長通道，其傳播常數差Δβ的值完全重疊。
但正因為僅有δ值等于0這一個點，所以很顯然，在制作過程中僅存在有很小的偏差。而且，定性地，光纖很細的小拉伸比對應著較長的波長，而光纖較粗的大拉伸比對應著較短的波長。相應地，可以理解，隨著在較長波長側兩波導間模式耦合的增強，插入損耗就會高度地取決于波長。因此，在WDM耦合器中，這是一個不期望有的特性，因為如果在整個1.55μm附近波長處的波長曲線不平坦而且耦合強度并不充分地接近于1的話，1.55μm附近處波長的插入損耗就不會足夠地小，波長依賴性(wavelength dependence)也不會平坦。也就是說，在制作過程中處于熔合拉伸的狀態(tài)下，兩類光纖傳播常數β的拉伸比依賴性(或者波長關系)理論上應當具有相同的絕對值，而且它們應當具有相同的梯度(即，在圖8中，曲線圖上繪出的、代表每一類光纖的各條線應當是接觸的)。
<依照本發(fā)明實施例的例舉光纖耦合器>
基于上述的理論背景，現在將描述一種本發(fā)明的例舉光纖耦合器，通過改進0.98μm波段光纖的相對折射率分布，這種光纖耦合器能夠提高將0.98μm波段光纖與1.55μm波段光纖耦合的耦合強度。
圖3示意性地示出了一種依照本發(fā)明的實施例、由不同類型的光纖構成的光纖耦合器。圖3示出的0.98μm/1.55μm波段光纖耦合器包括有0.98μm波段光纖和1.55μm波段光纖(SMF 28及等同物)。在圖3中，輸入入射光和輸出光的方向與前向泵浦系統(tǒng)中相同。在后向泵浦系統(tǒng)的情形中，1.55μm的信號光流與圖3中示出的相反。
盡管熔合條件會出現差別，但除了極強熔合的情形，可以說具有0.98μm附近波長的光波不會通過端口來耦合(因為在寬高比介于1.1至1.2范圍內的情況下，具有0.98μm附近波長的光波的耦合常數要比具有1.55μm附近波長的光波的耦合常數小幾百倍或幾千倍)。因此在此處，沒有描述0.98μm附近波長的耦合，相反，集中描述了具有1.55附近波長的光波其耦合常數的最優(yōu)化。
上述的熔合條件指的是在光纖耦合器的熔合拉伸部分處拉伸比、拉伸長度(熔合拉伸部分的長度)、拉伸部的錐形及寬高比(即比率b/a，其中b和a分別是在如圖22所示的熔合拉伸部分15的橫截面圖中長軸的長度和短軸的長度)等各種條件。
若彼此接觸的兩根光纖被加熱至玻璃開始熔化的溫度，則這兩根光纖就在各自包層外表面相接觸的部分處熔合(圖23中的熔合拉伸部分15a)。如果繼續(xù)加熱，則由于像包層表面的表面張力等這些作用，兩光纖間的間隙就會繼續(xù)變窄，從而使得光纖各芯間的距離進一步減小(圖23中的熔合拉伸部分15b和15c)。最終，兩根光纖間的間隙完全消失，從而形成橫截面大體為圓形的形狀(圖23中的熔合拉伸部分15d)。這種效應的充分運用稱作強熔合，而弱熔合指的是這種效應并不充分的情形。相應地，如圖23中所示，弱熔合情形下的寬高比就高(最大的b/a＝2)，而強熔合情形下的寬高比就低(最小的b/a＝1)。而且，如圖23所示，當以相同的拉伸比來比較時，在弱熔合情形下耦合強度的波長依賴性就很高，而在強熔合情形下耦合強度的波長依賴性就很小。如用圖23所進一步示出地，在弱熔合的情形下，當以相同的拉伸比來比較時，耦合強度很小(絕對值)，而在強熔合情形下，耦合強度就較大。
當實際地制作光纖時，能夠通過調節(jié)制作條件像加熱溫度、施加的拉力和拉伸速度等來得到最佳形式的光纖。
圖3中示出的光纖耦合器包括一個熔合拉伸部分15，其中1.55μm波段光纖11和0.98μm波段光纖12被熔合和拉伸。信號光從設為信號通道的1.55μm波段光纖21入射至上游側并經由接合部分A進入位于1.55μm波段光纖11一端處的端口內。泵浦光從設為泵浦光源的0.98μm波段光纖23經由接合部分B入射進位于0.98μm波段光纖12一端處的端口內。具有在0.98μm附近波長的耦合光和具有在1.55μm附近波長的信號光從位于0.98μm波段光纖12另一端處的端口經由接合部分C入射進入EDF 25內。處于1.55μm波段光纖11另一端處的端口11p并未使用。
如圖4A所示，1.55μm波段光纖11是一種具有階躍折射率型相對折射率分布的光纖，如圖4B所示。光纖11包括第一芯11a和圍繞第一芯11a設置的包層11b。如圖5B中所示，0.98μm波段光纖12包括第一芯12a、圍繞第一芯12a設置的第二芯12b和圍繞第二芯12b設置的包層12c。
在圖4A和5A中，nclad表示包層11b和12c的折射率，n(1)表示第一芯11a和12a的折射率，n(2)表示第二芯12b的折射率。rclad表示包層11b和12c的半徑，r(1)表示第一芯11a和12a的半徑，r(2)表示第二芯12b的半徑。Δ(1)表示相對折射率差，描述第一芯11a、12a和包層11b、12c的相對折射率的差，Δ(2)表示相對折射率差，描述第二芯12b和包層12c的相對折射率的差。這里，相對折射率差Δ由下式得到Δ(i)=n(i)2-nclad22n(i)2≈n(i)-ncladn(i),---(4)]]>其中的i表示第i個芯，i＝1或2。因為該相對折射率的差與1相比一般都是極小的值，因此通常將該值乘以100用百分數來表示。
通過設置第二芯12b，該0.98μm波段光纖12具有改進的(變化的)分布，從而減小了光纖12和光纖11的傳播常數差。
(a)通過改進光纖分布來減小傳播常數差現在將描述由于0.98μm波段光纖12分布的改進而引起的傳播常數差的減小。
首先，圖9至13示出了當每個都被拉伸的多種不同光纖其中的每一個都被使用時，對導模傳播常數β計算的結果。此外，圖6的表格示出了被用來計算傳播常數β的不同類型光纖的各個方面的數據。
圖9示出了采用1.55μm波段的單模光纖(等同于SMF28的產品)和類似的另一種光纖，對導模傳播常數β計算的結果，其中的兩種光纖都被拉伸。在此例中，第一芯的半徑r(1)是4.4μm，第一芯11a和包層11b的相對折射率差Δ(1)介于0.3％至0.55％的范圍內。
圖10示出了采用0.98μm波段的單模光纖(等同于CS980的產品)和類似的另一種光纖，對導模傳播常數β計算的結果，其中的兩種光纖都被拉伸。在此例中，第一芯的半徑r(1)是2.4μm，第一芯12a和包層12c的相對折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范圍內。
圖11示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例1)，對導模傳播常數β計算的結果。在此例中，第一芯的半徑r(1)是2.4μm，第一芯12a和包層12c的相對折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范圍內，同時第二芯的半徑r(2)是20μm，第二芯12b和包層12c的相對折射率差Δ(2)是0.1％。
圖12示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例2)，對導模傳播常數β計算的結果。在此例中，第一芯的半徑r(1)是2.4μm，第一芯12a和包層12c的相對折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范圍內，同時第二芯的半徑r(2)是20μm，第二芯12b和包層12c的相對折射率差Δ(2)是0.02％。
圖13示出了采用拉伸的改進0.98μm波段光纖(例3)，對導模傳播常數β計算的結果。在此例中，第一芯的半徑r(1)是2.4μm，第一芯12a和包層12c的相對折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范圍內，同時第二芯的半徑r(2)是10μm，第二芯12b和包層12c的相對折射率差Δ(2)是0.02％。
在圖9至13中，相對于每種光纖來考慮拉伸時由加熱引起的光纖分布的變化(即分布的凹陷、元件的熱擴散等)，計算了幾種具有相對折射率差Δ的光纖。
此處，對于0.98μm波段的光纖和1.55μm波段的光纖，其絕對值在拉伸比處的差別介于50％至10％的范圍附近(對于0.98μm波段的光纖，絕對值稍微小些)，但是由各個數據曲線所示的梯度很相似。因此，按照上文理論背景所提供的說明，0.98μm波段光纖和1.55μm波段光纖的相對傳播常數差Δβ可以通過將這些曲線垂直方向地變換(沿改變傳播常數β的方向)來減小。在這里，通過研究光纖分布的改變來獲得這些曲線沿垂直方向的變換。
因此，可以充分地來提高光纖整體的折射率，尤其是包層的折射率，以增大傳播常數β。但在考慮到光纖的耐環(huán)境性能和機械可靠性時，優(yōu)選的是光纖的最外層是純SiO2(石英)。如果添加另一種元素來調節(jié)相對折射率，則通常會導致光纖耐環(huán)境性能和機械可靠性的惡化。因此，該0.98μm波段光纖的第二芯12b設有一個折射率高于包層12c且圍繞第一芯12a的區(qū)域。
(b)減小傳播常數差Δβ的第一實施例圖14至17示出在圖10至13中示出的0.98μm波段光纖和圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)的傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
圖14示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖10中示出的0.98μm波段光纖，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。圖15示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖11中示出的改進0.98μm波段光纖(例1)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
圖16示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖12中示出的改進0.98μm波段光纖(例2)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。圖17示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.35％)和圖13中示出的改進0.98μm波段光纖(例3)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
如圖16中所示，對于改進的0.98μm波段光纖(例2)，第一芯12a具有相對于包層12c為0.8％的相對折射率差Δ(1)，第二芯半徑r(2)的半徑為20μm，第二芯12b具有相對于包層12c為0.02％的相對折射率差Δ(2)，在拉伸比為50％或更小的區(qū)域內，傳播常數差Δβ最大是10-4rad/μm。在這些條件下，就可以減小1.55μm的總端口插入損耗。
此外，實驗表明，在拉伸比是50％或更小的區(qū)域內，為了使傳播常數差Δβ等于10-4rad/μm或更小，第二芯的半徑r(2)優(yōu)選是10μm或更大，第二芯12b和包層12c的相對折射率差Δ(2)優(yōu)選是0.1％或更小。而且，已經表明，當用于與0.98μm波段光纖12結合的1.55μm波段光纖11的第一芯12a的相對折射率差Δ(1)是0.35％時，0.98μm波段光纖12的第一芯12a和包層12c的相對折射率差Δ(1)優(yōu)選是介于0.7％至0.9％的范圍內。
(c)減小傳播常數差Δβ的第二實施例圖18至21示出在圖10至13中示出的0.98μm波段光纖和圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)的傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
圖18示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖10中示出的0.98μm波段光纖，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。圖19示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖11中示出的改進0.98μm波段光纖(例1)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
圖20示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖12中示出的改進0.98μm波段光纖(例2)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。圖21示出對于圖9中示出的1.55μm波段單模光纖(Δ＝0.3％)和圖13中示出的改進0.98μm波段光纖(例3)，傳播常數差Δβ的拉伸比依賴性。
如圖20中所示，對于改進的0.98μm波段光纖(例2)，第一芯12a具有相對于包層12c為0.7％的相對折射率差Δ(1)，在拉伸比為50％或更小的區(qū)域內，傳播常數差Δβ是10-4rad/μm或更小。此處，在拉伸比為50％或更小以使傳播常數差Δβ等于10-4rad/μm或更小的區(qū)域內，第二芯的半徑r(2)優(yōu)選是10μm或更大，第二芯12b和包層12c的相對折射率差Δ(2)優(yōu)選是0.1％或更小。而且，已經表明，當用于與0.98μm波段光纖12結合的1.55μm波段光纖11的第一芯12a的相對折射率差Δ(1)是0.3％時，0.98μm波段光纖12的第一芯12a的相對折射率差Δ(1)優(yōu)選是介于0.6％至0.8％的范圍內。
如上所述，具有低損耗且由1.55μm波段單模光纖和改進的0.98μm波段光纖形成的0.98μm/1.55μm波段光纖耦合器就能夠實現。也即，本發(fā)明提供一種用于光纖耦合器的光纖，和一種低插入損耗、熔合拉伸型光纖耦合器，其中該光纖耦合器能夠獲得優(yōu)良的光學特性(對于在1.55μm附近波長的光波是耦合特性)和與輸入/輸出光纖連接的優(yōu)良連接性(低耦合損耗)。
而且，如上所述，當實際設計光纖并結合對熔合和拉伸后的光纖分布的計算結果時，需要考慮拉伸時由加熱引起的分布變化(折射率分布的凹陷)。此外，當改進的0.98μm波段光纖的最佳分布依照耦合(結合)在其上的1.55μm波段光纖的分布來改變時，優(yōu)選的是要在設計階段考慮這些分布變化。
應當理解，在不脫離由所附權利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍下，可以對本發(fā)明的實施例和實施方式作出多種改變。
權利要求
1.一種光纖耦合器，包括若干根光纖，包括一λ1波段光纖和一λ2波段光纖，在熔合拉伸部分處熔合在一起，其中在該熔合拉伸部分處，所述若干根光纖的每一根逐漸變細所成的外徑與所述熔合拉伸部分外的光纖外徑相比較窄；其中所述λ1波段不同于λ2波段；和所述光纖間的傳播常數差是10-4rad/μm或更小。
2.一種光纖耦合器，包括若干根光纖，包括一λ1波段光纖和一λ2波段光纖，在熔合拉伸部分處熔合在一起，其中在該熔合拉伸部分處，所述若干根光纖的每一根逐漸變細所成的外徑與所述熔合拉伸部分外的光纖外徑相比較窄；其中所述λ1波段不同于λ2波段；和至少在所述熔合拉伸部分外，所述λ1波段光纖是位于0.98μm附近波長處的單模光纖；至少在所述熔合拉伸部分外，所述λ1波段光纖包括第一芯、圍繞第一芯且具有10μm或更大半徑的第二芯、和圍繞第二芯的包層；及所述第二芯和所述包層的相對折射率差是0.1％或更小。
3.依照權利要求2的光纖耦合器，其中所述第一芯和所述包層的相對折射率差在0.7％至0.9％的范圍內。
4.依照權利要求3的光纖耦合器，其中所述λ2波段光纖是位于1.55μm附近波長處的單模光纖。
5.依照權利要求2的光纖耦合器，其中所述第一芯和所述包層的相對折射率差在0.6％至0.8％的范圍內。
6.依照權利要求5的光纖耦合器，其中所述λ2波段光纖是位于1.55μm附近波長處的單模光纖。
7.一種用于光纖耦合器的光纖，包括第一芯；圍繞所述第一芯且具有10μm或更大半徑的第二芯；和圍繞第二芯的包層；其中所述第二芯和所述包層的相對折射率差是0.1％或更??；所述用于光纖耦合器的光纖是位于0.98μm附近波長處的單模光纖。
8.依照權利要求7的用于光纖耦合器的光纖，其中所述第一芯和所述包層的相對折射率差在0.7％至0.9％的范圍內。
9.依照權利要求7的用于光纖耦合器的光纖，其中所述第一芯和所述包層的相對折射率差在0.6％至0.8％的范圍內。
10.一種光纖耦合器，包括一λ1波段光纖，具有半徑r1的第一芯，圍繞第一芯且具有半徑r2的第二芯，和圍繞第二芯的包層；一λ2波段光纖，包括具有半徑r3的芯和圍繞該芯的包層；和熔合拉伸部分，在此處所述λ1波段光纖和λ2波段光纖熔合在一起，所述光纖的每一個在該熔合拉伸部分內逐漸變細所成的外徑與所述熔合拉伸部分外的光纖外徑相比較窄；其中λ1波段在波長方面小于λ2波段，及r1＜r3≤r2。
11.依照權利要求10的光纖耦合器，其中所述λ1波段光纖和所述λ2波段光纖間的傳播常數差是10-4rad/μm或更小。
12.依照權利要求10的光纖耦合器，其中所述λ1波段光纖的第二芯和包層的相對折射率差是0.1％或更小。
13.依照權利要求10的光纖耦合器，其中所述λ1波段光纖的第一芯和包層的相對折射率差在0.7％至0.9％的范圍內。
14.依照權利要求10的光纖耦合器，其中所述λ1波段光纖是位于0.98μm附近波長處的單模光纖，所述λ2波段光纖是位于1.55μm附近波長處的單模光纖。
全文摘要
一種光纖耦合器包括一個熔合拉伸部分15，其中被設計并制作用在1.55μm附近波長處的光纖11和被設計并制作用在0.98μm附近波長處的光纖12在此處熔合且拉伸。光纖11和12的傳播常數差是10
文檔編號G02B6/28GK1517733SQ20041000244
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權日2003年1月21日
發(fā)明者石井裕, 松本亮吉, 田中大一郎, 一郎, 吉 申請人:株式會社藤倉