用于低損耗耦合至多芯光纖的技術(shù)和裝置制造方法
【專利摘要】一種基座光纖，被構(gòu)造為可錐化以形成錐形光纖，該錐形光纖在錐形端部處具有與非錐形端部處的模場(chǎng)直徑不同的模場(chǎng)直徑，該模場(chǎng)直徑的差異跟錐形端部處的包層直徑與非錐形端部處的包層直徑之間的差異一致?？梢允褂枚鄠€(gè)這種基座光纖來構(gòu)造錐形光纖束耦合器，該耦合器在多個(gè)輸入光纖與一多芯光纖的各個(gè)纖芯之間提供了纖芯間距和模場(chǎng)直徑兩者的匹配。進(jìn)一步地，該錐形光纖束耦合器可以利用多個(gè)光纖來構(gòu)造，其中各個(gè)光纖被設(shè)置成具有不同的有效折射率，由此抑制它們之間的串?dāng)_。
【專利說明】用于低損耗耦合至多芯光纖的技術(shù)和裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年6月20日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/498988的優(yōu)先權(quán)，其由本申請(qǐng)的受讓人擁有，并且其全部?jī)?nèi)容通過引用而并入于此。
[0003]本申請(qǐng)是2011年3月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/049597的部分繼續(xù)申請(qǐng)，其由本申請(qǐng)的受讓人擁有，并且其全部?jī)?nèi)容通過引用而并入于此。
[0004]2011年3月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/049597要求2010年3月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/314182的優(yōu)先權(quán)，其由本申請(qǐng)的受讓人擁有，并且其全部?jī)?nèi)容通過引用而并入于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明總體上涉及光纖光學(xué)領(lǐng)域，并且具體地說，涉及用于耦合至多芯光纖的各個(gè)單獨(dú)纖芯并且進(jìn)一步地用于在耦合至多芯光纖的各個(gè)單獨(dú)纖芯時(shí)保持低的光損耗的技術(shù)和裝置。
【背景技術(shù)】
[0006]由于對(duì)大容量光網(wǎng)絡(luò)的需求不斷擴(kuò)展，所以在設(shè)計(jì)和制造采用多芯光纖(MCF)作為用于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量的手段的系統(tǒng)方面具有日益增加的興趣。完全開發(fā)MCF的潛力需要開發(fā)具有大量緊密排布的纖芯(例如，7個(gè)或更多)的光纖，以及對(duì)應(yīng)的基于光纖的放大器，和其它基于光纖的組件，包括用于放大由多芯光纖(MCF)傳輸系統(tǒng)中的相應(yīng)各個(gè)單獨(dú)纖芯所承載的信號(hào)的多個(gè)纖芯。
[0007]為利用多芯光纖放大器來實(shí)現(xiàn)放大，必須使信號(hào)從多個(gè)輸入光纖分別注入到相應(yīng)的各個(gè)單獨(dú)放大器纖芯中。另外，希望能夠分別泵浦每一個(gè)纖芯，以便在輸入信號(hào)的各種狀態(tài)下保持恒定或預(yù)定增益，而與輸入功率波動(dòng)和其它參數(shù)無關(guān)。
[0008]必須解決的一個(gè)技術(shù)問題源自典型輸入光纖和多芯放大器光纖的根本上不同的幾何結(jié)構(gòu)。例如，可能希望在7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單芯單模光纖(SSMF)輸入與7芯放大器多芯光纖(A-MCF)的相應(yīng)各個(gè)單獨(dú)纖芯之間提供耦合，其中，7個(gè)SSMF和該A-MCF皆具有基本相同的外徑，例如，?125 μ m。耦合器必須按允許每一個(gè)SSMF纖芯連接至相應(yīng)的單個(gè)A-MCF纖芯的方式，在7個(gè)SSMF的截面積與單個(gè)SSMF的截面積之間提供過渡。
[0009]另外，成功的耦合解決方案還必須解決模場(chǎng)直徑的問題。在耦合器的每一個(gè)輸入端的模場(chǎng)直徑應(yīng)當(dāng)匹配每一個(gè)相應(yīng)的輸入SSMF的模場(chǎng)直徑,并且在稱合器輸出端的每一個(gè)纖芯的模場(chǎng)直徑應(yīng)當(dāng)匹配每一個(gè)相應(yīng)A-MCF纖芯的模場(chǎng)直徑。模場(chǎng)直徑的顯著失配將導(dǎo)致無法接受的高損耗。由此，將SSMF段進(jìn)行錐化(tapering)以實(shí)現(xiàn)希望的輸出幾何結(jié)構(gòu)的耦合方法由于典型地由錐化引起的模場(chǎng)直徑增加而不令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一些方面提供了用于具有相異幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑的光纖的低損耗耦合的新穎結(jié)構(gòu)和技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，這些新穎結(jié)構(gòu)和技術(shù)在提供多個(gè)輸入光纖與多芯光纖的相應(yīng)各個(gè)單獨(dú)纖芯之間的低損耗耦合的上下文中應(yīng)用。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明一方面的一種技術(shù)中，第一和第二相異光纖的低損耗耦合通過將具有一折射率分布的基座(pedestal)光纖錐化來實(shí)現(xiàn)，該折射率分布被構(gòu)造成使得將該光纖錐化到預(yù)定錐形比會(huì)得到具有第一端部和第二端部的結(jié)構(gòu)，其中第一端部具有被構(gòu)造用于低損耗連接至第一光纖的幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑，并且第二端部具有被構(gòu)造用于低損耗連接至第二光纖的幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑。
[0012]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)踐中，上述光纖被構(gòu)造成使得將光纖錐化到選定錐形比引起模場(chǎng)直徑的選定減小。該光纖例如可以被用于例如提供標(biāo)準(zhǔn)單芯輸入光纖與稀土摻雜增益光纖之間的耦合。
[0013]在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)踐中，多個(gè)上述基座光纖被熔融在一起以形成錐形光纖束(TFB),該TFB提供在多個(gè)TFB輸入端與多芯TFB輸出端之間的低損耗過渡。各TFB輸入端分別具有被構(gòu)造用于低損耗連接至相應(yīng)的多個(gè)輸入光纖的相應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑；該多芯TFB輸出端包括多個(gè)纖芯，所述多個(gè)纖芯具有被構(gòu)造用于低損耗連接至一多芯光纖的相應(yīng)纖芯的幾何結(jié)構(gòu)和相應(yīng)模場(chǎng)直徑。
[0014]本發(fā)明的進(jìn)一步的方面旨在減小上述TFB中的串?dāng)_。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1A和IB分別示出了示例性七芯多芯光纖的端面和立體圖。
[0016]圖2不出了包括七個(gè)輸入光纖和圖1A和IB所不多芯光纖的光學(xué)鏈路的圖。
[0017]圖3不出了例不圖2所不輸入光纖和圖1A與IB的多芯光纖的相應(yīng)纖芯幾何結(jié)構(gòu)的一對(duì)端面圖。
[0018]圖4示出了示例性錐形光纖束耦合器的圖。
[0019]圖5示出了例示圖4所示錐形光纖束耦合器的輸出端和圖1A與IB所示的多芯光纖的相應(yīng)纖芯幾何結(jié)構(gòu)的一對(duì)端面圖。
[0020]圖6A-6D是例示用于制造錐形光纖束耦合器的示例性技術(shù)的一系列圖。
[0021]圖7示出了例示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的作為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的纖芯直徑的函數(shù)的、按波長(zhǎng)980nm和1550nm計(jì)算的模場(chǎng)直徑的曲線圖。
[0022]圖8A和SB示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、針對(duì)一示例性基座光纖在錐化之前和之后的相應(yīng)折射率分布。
[0023]圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的針對(duì)示例性基座光纖的折射率分布，而圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、針對(duì)一定范圍內(nèi)的不同錐形比計(jì)算的相關(guān)的模場(chǎng)直徑。
[0024]圖1OA示出了例示根據(jù)本發(fā)明一方面的針對(duì)第二基座光纖的折射率分布的曲線圖，而圖1OB示出了例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、對(duì)于一定范圍內(nèi)的不同錐形比計(jì)算的相關(guān)的模場(chǎng)直徑的曲線圖。
[0025]圖11示出了比較圖9A-9B (光纖I)與10A-10B (光纖II)中所示光纖的有效折射率的曲線圖。
[0026]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、7光纖錐形光纖束耦合器的示例性構(gòu)造，其中，相鄰纖芯被構(gòu)造成具有不同的有效折射率。[0027]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、19光纖錐形光纖束耦合器的示例性構(gòu)造，其中，相鄰纖芯被構(gòu)造成具有不同的有效折射率。
[0028]圖14示出了例示根據(jù)本發(fā)明一方面的、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖和基座光纖的錐形因子與模場(chǎng)直徑之間的關(guān)系的曲線圖。
[0029]圖15不出了根據(jù)本發(fā)明一方面的、用于將多個(gè)輸入光纖f禹合至多芯光纖的各個(gè)單獨(dú)纖芯的一般工藝的流程圖。
[0030]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的、采用錐形光纖束耦合器的實(shí)驗(yàn)設(shè)置的圖。
[0031]圖17示出了例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、在圖16所示實(shí)驗(yàn)設(shè)置中使用的錐形光纖束耦合器的損耗和串?dāng)_特性的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明的一些方面旨在用于提供具有相異幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑的光纖的低損耗耦合的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，這些新穎結(jié)構(gòu)和技術(shù)在提供多個(gè)輸入光纖與多芯光纖的相應(yīng)各個(gè)單獨(dú)纖芯之間的低損耗耦合的上下文中應(yīng)用。
[0033]具體來說，如下所述，本發(fā)明的一些方面在錐形光纖束(TFB)耦合器的上下文中應(yīng)用，TFB耦合器可以被用于在多個(gè)輸入光纖(例如，在泵浦/信號(hào)合路器的公共端口上使用的尾纖)與多芯增益光纖或具有與輸入光纖的模場(chǎng)直徑(MFD)不同的模場(chǎng)直徑的其它光纖之間提供低損耗、低串?dāng)_的接口。
[0034]應(yīng)注意到，所描述的創(chuàng)新性的TFB從根本上不同于美國(guó)專利N0.5864644(“’ 644TFB”)中所述的結(jié)構(gòu)。在本申請(qǐng)中描述的TFB中，光纖束兩個(gè)端部處的各個(gè)單獨(dú)纖芯都保持在物理上彼此區(qū)分開。這些單獨(dú)纖芯中的每一個(gè)被設(shè)計(jì)成在非錐形端部處具有規(guī)定的模場(chǎng)直徑，而在具有給定錐形比的錐形端部處具有一不同的規(guī)定的模場(chǎng)直徑。另外，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，TFB纖芯還被構(gòu)造成減小其間的串?dāng)_。
[0035]在’ 644TFB中，TFB輸入端處的各個(gè)單獨(dú)纖芯合并成一個(gè)單一纖芯，以使進(jìn)入非錐形端部處的各個(gè)單獨(dú)纖芯中的光在錐形端部處將組合在一起。因此，在’ 644TFB中，纖芯之間的高度串?dāng)_是所希望的。
[0036]本發(fā)明的其它方面包括以下:
[0037](a)基座光纖被描述為具有一折射率分布，其被構(gòu)造成針對(duì)選定錐形比實(shí)現(xiàn)希望的MFD。更具體地，一段基座光纖的非錐形端部具有與尾纖的MFD (可以是單模)相匹配的MFD。該基座光纖段的錐形端部具有與單芯(或多芯)光纖的MFD相匹配的MFD，該單芯(或多芯)光纖的纖芯(或多個(gè)纖芯)具有不同的MFD，諸如小纖芯增益光纖。
[0038](b)利用段落(a)中描述的類型的基座光纖制造的TFB耦合器被描述，用于將光從多個(gè)輸入光纖高效耦合至多芯增益光纖或具有不同MFD的其它多芯光纖的相應(yīng)多個(gè)單獨(dú)纖芯。
[0039](C)段落(a)中描述的類型的基座光纖被構(gòu)造成，在TFB耦合器或相似裝置內(nèi)抑制沿錐形的每一個(gè)位置處的串?dāng)_。
[0040]Cd)描述了一組成束的基座光纖,其中,各個(gè)單獨(dú)光纖被構(gòu)造成對(duì)于最低階模式具有不同的各自的傳播常數(shù)，并且具有近似相同的未錐化MFD。這些光纖被進(jìn)一步構(gòu)造成，使得在該束光纖都被錐化到預(yù)定錐形比時(shí)，它們?nèi)烤哂薪葡嗤慕?jīng)錐化MFD。該特征通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)每一個(gè)基座光纖的纖芯和基座區(qū)的折射率和半徑來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明一另選實(shí)踐中，各個(gè)單獨(dú)光纖被構(gòu)造成具有相同的經(jīng)錐化MFD但具有不同的未錐化MFD。而且，各個(gè)單獨(dú)光纖可以被構(gòu)造成使得它們各自的MFD可被構(gòu)造為彼此相差大約I μ m-2 μ m。
[0041](e) TFB耦合器被描述為包括由段落(d)中描述的類型的具有至少三種相異光纖的光纖束，其中，這些光纖被排列成抑制串?dāng)_。
[0042]下面的描述被組織成以下部分:
[0043]1、示例性7芯構(gòu)造
[0044]2、示例性TFB耦合器
[0045]2.1模場(chǎng)直徑
[0046]2.2模式耦合(串?dāng)_)
[0047]3、特別設(shè)計(jì)的供在TFB耦合器中使用的基座光纖
[0048]4、其它應(yīng)用
[0049]5、一般工藝
[0050]6、TFB耦合器的實(shí)驗(yàn)使用的示例
[0051]結(jié)論
[0052]1、示例性7芯構(gòu)造
[0053]本發(fā)明的一些方面在示例性7芯MCF與一組7個(gè)單芯單模輸入尾纖之間提供接口的上下文中進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)清楚，在此描述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)可以被修改，以供與和在此具體描繪并描述的那些相比具有不同幾何結(jié)構(gòu)和纖芯構(gòu)造的其它類型的MCF和輸入光纖一起使用。
[0054]例如，所描述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)可以結(jié)合包括單模纖芯、多模纖芯、或其某一組合的光纖，以及具有其它輪廓、其它截面纖芯構(gòu)造、或與在此描述的不同的纖芯數(shù)量的光纖來使用。另外，在下面的描述和附圖中，在輸入光纖與MCF纖芯之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)當(dāng)清楚，在本發(fā)明的某些實(shí)踐中，可能不必或不希望具有這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0055]圖1A示出了要連接至多個(gè)輸入光纖的示例性MCF20的截面圖。MCF20包括七個(gè)上升或階躍折射率單模纖芯21-27，其如圖1B所示通過一公共包層28延伸。一般而言，對(duì)于MCF設(shè)計(jì)來說，希望其外徑等于典型單芯光纖外徑，以便允許MCF和輸入光纖占用與單芯光纖相同量的物理空間。例如，MCF20具有外徑為125μπι的圓形外輪廓，其是用于常見單芯光纖的標(biāo)準(zhǔn)直徑。
[0056]MCF纖芯21-27在端面29處具有六邊形截面構(gòu)造，具有一中央纖芯21和處于規(guī)則六邊形30的頂點(diǎn)處的六個(gè)外圍纖芯22-27?？梢钥闯觯恳粚?duì)相鄰?fù)鈬w芯22/23、23/24、24/25、25/26、26/27、27/22與中央纖芯21形成了等邊三角形31。由此，可以看出，每一個(gè)纖芯與緊鄰纖芯之間的纖芯至纖芯間隔(即，纖芯“間距”)對(duì)于全部7個(gè)纖芯來說相同。在本示例中，纖芯間距大約為40 μ m,其為常見125 μ m單模尾纖的直徑的大約三分之一。
[0057]圖2示出了包括七個(gè)輸入光纖41-47和一段如圖1A和IB所示的MCF20的光學(xué)鏈路的圖。每一個(gè)輸入光纖41-47都具有單個(gè)居中定位的單模纖芯410-470和圓形外輪廓，該圓形外輪廓具有標(biāo)稱上等于MCF20的直徑的直徑，即，125 μ m。每一個(gè)輸入光纖纖芯41-47要連接至MCF端面29處的相應(yīng)的單個(gè)MCF纖芯21-27。
[0058]根據(jù)本描述將會(huì)清楚，可以在與圖2的光學(xué)鏈路具有不同的構(gòu)造和拓?fù)涞墓鈱W(xué)鏈路中實(shí)踐本發(fā)明的方面，這些不同的構(gòu)造和拓?fù)浒ú粚?duì)稱構(gòu)造、非六邊形纖芯圖案、采用多于一個(gè)MCF的構(gòu)造、以及采用具有不同數(shù)量或布置的纖芯的MCF的構(gòu)造。另外，還可以在包括具有與MCF的外徑不同的外徑的輸入光纖的光學(xué)鏈路中實(shí)踐本發(fā)明的方面。
[0059]圖3提供輸入光纖41-47與MCF20的相應(yīng)截面的并排比較。輸入光纖41_47已經(jīng)被匯集成具有125 μ m纖芯間距的緊密堆垛，該纖芯間距顯著大于MCF20的40 μ m間距。由此，將七個(gè)單芯光纖耦合至MCF20的各個(gè)單獨(dú)纖芯需要諸如扇出(fanout)的結(jié)構(gòu)，以在MCF20的緊密間隔纖芯與輸入光纖41-47的更寬間隔纖芯之間提供接口。
[0060]根據(jù)本發(fā)明一方面，錐形光纖束(TFB )耦合器被用于實(shí)現(xiàn)所需扇出。TFB耦合器先前已經(jīng)在其它情形下使用，諸如向包層泵浦裝置的纖芯和包層兩者提供輸入。然而，由于本發(fā)明的各方面所致力于解決的若干問題，TFB耦合器的用途迄今為止尚未成功地?cái)U(kuò)展至多芯光纖和裝置。
[0061]在簡(jiǎn)要描述用于構(gòu)造TFB耦合器的示例性技術(shù)之后，跟著描述致力于解決模場(chǎng)直徑和串?dāng)_問題的技術(shù)和光纖。
[0062]2、示例性TFB耦合器
[0063]根據(jù)本發(fā)明一方面，錐形光纖束(TFB)稱合器被用于在多個(gè)輸入光纖與多芯光纖的端面處的各個(gè)單獨(dú)纖芯之間提供錐形接口。TFB耦合器已經(jīng)在其它情形下被采用，如通過引用全部?jī)?nèi)容而并入于此的美國(guó)專利公開N0.2008-0267560中所述。如下所述，出于許多理由，TFB稱合器迄今為止尚未成功地結(jié)合多芯光纖和裝置而被米用。
[0064]圖4示出了示例性TFB耦合器60的圖(未按比例繪制)，其包括具有相應(yīng)單獨(dú)纖芯62的多個(gè)輸入尾纖61，這些尾纖61在終止于輸出端面64的熔融錐形塊63中被捆束在一起。圖5示出了提供TFB耦合器端面64與MCF端面29之間的并排比較的截面圖(未按比例繪制)，例示了 TFB端面64處的各個(gè)單獨(dú)纖芯62與MCF端面29之間的——對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0065]如圖5所示，TFB端面64處的纖芯62在物理尺寸上可能與MCF端面29的纖芯不匹配。當(dāng)錐化TFB耦合器60時(shí)，輸出纖芯62可能相對(duì)于MCF端面29處的纖芯較小。然而，如下所述，因錐化而造成TFB纖芯尺寸的減小伴隨著模場(chǎng)直徑(MFD)的增加。如下進(jìn)一步所述，TFB輸出纖芯62被構(gòu)造成具有與MCF纖芯的MFD相似的MFD。
[0066]TFB稱合器60被構(gòu)造成使得輸入尾纖61具有與輸入光纖41_47的端面幾何結(jié)構(gòu)相匹配的端面幾何結(jié)構(gòu)，并且使得TFB輸出端面64具有與MCF端面29的纖芯構(gòu)造相匹配的纖芯構(gòu)造。應(yīng)注意到，TFB輸出端面64的外周和MCF端面29的外周可以具有不同形狀，只要可以將這兩個(gè)端面連接在一起，并且它們的相應(yīng)纖芯彼此恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)即可。錐形塊63在TFB輸入幾何結(jié)構(gòu)與輸出幾何結(jié)構(gòu)之間提供了錐形過渡。
[0067]圖6A-6D是例示用于制造TFB耦合器的示例性技術(shù)的一系列圖。
[0068]圖6A:首先，一組合適的光纖61被匯集。在本示例中，這些光纖是標(biāo)準(zhǔn)單模尾纖。然而，應(yīng)當(dāng)清楚，還可以利用其它類型光纖來采用所描述的技術(shù)。
[0069]圖6B:光纖61的端部被聚集在一起，并且根據(jù)希望的纖芯最終布置，它們各自的纖芯62相對(duì)于彼此被精確定位。
[0070]圖6C:接著，光纖的端部被加熱并且熔融在一起以形成塊63。這也可以通過合適的粘合材料來進(jìn)行。
[0071]圖6D:接著，塊63被錐化到一希望的錐形比，并接著被修整以得到TFB耦合器端面64。
[0072]盡管使用TFB耦合器結(jié)構(gòu)來解決纖芯間距的問題，但必須處理許多其它問題，包括模場(chǎng)直徑和串?dāng)_。
[0073]2.1模場(chǎng)直徑
[0074]一個(gè)問題是，與尾纖的模場(chǎng)直徑(MFD)相比，多芯增益光纖典型地具有相對(duì)較小的MFD。常規(guī)的錐形光纖束(TFB)耦合器通常被設(shè)計(jì)成，在錐形端部和非錐形端部?jī)烧咛幎季哂袑?duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)尾纖模場(chǎng)直徑的模場(chǎng)直徑(典型為8 μ m-9 μ m)。增益光纖的纖芯的模場(chǎng)直徑(典型為5 μ m-6 μ m,具有大約3 μ m的纖芯尺寸)通常顯著小于尾纖的模場(chǎng)直徑，這可能導(dǎo)致大的拼接損耗。
[0075]應(yīng)注意到，如在此使用的，當(dāng)說到第一光纖的MFD “對(duì)應(yīng)”于第二光纖的MFD時(shí)，使用單詞“對(duì)應(yīng)”意指兩個(gè)MFD彼此足夠接近以允許光纖以可接受的低損耗彼此連接。由此，“對(duì)應(yīng)”與“相同”不同義。例如，可以使用少量的熱擴(kuò)散來改進(jìn)模場(chǎng)匹配。
[0076]將嚴(yán)重相異的纖芯進(jìn)行拼接的常規(guī)方法通常不適于多芯光纖的情況。如上提至|J，尾纖典型地具有8μπι-9μπι的MFD，而諸如摻鉺光纖(EDF)的增益光纖典型地具有5μπι-6μπι的MFD。該差異太大。例如，利用熱擴(kuò)散的拼接是有問題的，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間加熱可能使纖芯布置的對(duì)稱性以及纖芯的形狀畸變。而且，熱擴(kuò)散對(duì)中央纖芯的模場(chǎng)直徑的影響與對(duì)外圍纖芯的模場(chǎng)直徑的影響可能不同。因此，雖然一定量的熱擴(kuò)散對(duì)于完善對(duì)應(yīng)纖芯之間的模場(chǎng)匹配可能是合乎需要的，但在模場(chǎng)直徑如此嚴(yán)重相異時(shí)是不合需要的。
[0077]—般而言，彼此大約I μ m內(nèi)的MFD可經(jīng)受利用熱擴(kuò)散的微調(diào)。因此，關(guān)于在此描述的示例性耦合器，應(yīng)當(dāng)明白，雖然MFD的精確匹配是所希望的，但在MFD在大約± I μ m的范圍內(nèi)彼此匹配的情況下可以實(shí)現(xiàn)可接受的低程度損耗。
[0078]2.2模式耦合(串?dāng)_)
[0079]—般而言，作為隨機(jī)模式稱合的結(jié)果，串?dāng)_隨著光纖長(zhǎng)度的增加而減小。在I禹合器的錐形區(qū)域中，纖芯直徑在短長(zhǎng)度光纖(即，其中隨機(jī)模式耦合對(duì)串?dāng)_具有相對(duì)不顯著影響的光纖長(zhǎng)度)上連續(xù)或近乎連續(xù)地改變，纖芯之間的串?dāng)_可能由于公知的諧振和倏逝耦合機(jī)制而在沿錐形的任何點(diǎn)處形成。對(duì)于在TFB中的光纖幾乎相同并由此具有幾乎相同的傳播常數(shù)β的情況尤其如此。另外，對(duì)于某些纖芯設(shè)計(jì)，諸如具有小于大約1.8的V數(shù)(V-number)的階躍折射率光纖，錐化將會(huì)擴(kuò)大模場(chǎng)，可能造成纖芯之間的顯著交疊。由此，即使在錐形光纖的輸入端與輸出端處的模式交疊足夠小以便局部抑制串?dāng)_，但作為模式交疊增加的結(jié)果，在該輸入端與輸出端之間可能出現(xiàn)串?dāng)_。
[0080]3、特別設(shè)計(jì)的供在TFB耦合器中使用的基座光纖
[0081]根據(jù)本發(fā)明一方面，上述問題通過使用為了在構(gòu)造TFB耦合器時(shí)使用而特別設(shè)計(jì)的光纖來解決。為了理解這些設(shè)計(jì)背后的基本原理，首先描述了對(duì)示例性多芯光纖和多芯光纖裝置的要求。
[0082]對(duì)于示例性多芯光纖中的高效空分復(fù)用，將多個(gè)纖芯(例如，7或19個(gè))優(yōu)選地按六邊形圖案排列并且嵌入具有與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑相似的直徑(例如，125 μ m)的包層中。如上所述，示例性7芯MCF具有大約40 μ m的纖芯至纖芯間距。
[0083]對(duì)于采用1.55 μ m頻帶的光學(xué)放大中的基于MCF的應(yīng)用，每一個(gè)MCF纖芯典型地?fù)诫s有一種或多種稀土元素，諸如鉺或或鉺和鐿的混合物。在諸如拉曼或參量放大的其它應(yīng)用中，可以使用非稀土摻雜劑。對(duì)于這些以及其它類型的光纖放大器，希望每一個(gè)MCF纖芯具有小的直徑，例如，3 μ m，以實(shí)現(xiàn)低泵浦功率下的良好放大。對(duì)于利用非線性效應(yīng)的裝置，纖芯直徑可以顯著更小。另選的是，對(duì)于被設(shè)計(jì)成以高輸出功率操作的裝置，纖芯直徑可以顯著更大，以避免有害的非線性效應(yīng)和諸如激發(fā)態(tài)吸收的功率耗盡效應(yīng)。
[0084]在多芯放大器中，信號(hào)和泵浦輻射都需要高效地注入MCF纖芯中。如上所述，似乎可能的解決方案是，將與MCF纖芯的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)單模光纖捆束成密集形態(tài)，并且將該光纖束錐化到其纖芯至纖芯間距匹配多芯增益光纖的纖芯至纖芯間距的直徑。假定輸入光纖是具有125 μ m外包層直徑的單模光纖，該光纖束必須按因子3.0來錐化，以實(shí)現(xiàn)匹配該多芯光纖的纖芯間距的纖芯間距。
[0085]當(dāng)將一光纖錐化時(shí)，每一個(gè)光纖區(qū)域的相應(yīng)直徑的尺寸的百分比變化基本相同。由此，當(dāng)單模光纖經(jīng)歷因子為3.0的錐化時(shí)，不僅光纖的外徑減小，而且纖芯直徑也按大約
3.0的因子減小。在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中，纖芯直徑按因子3.0的減小導(dǎo)致模場(chǎng)直徑的顯著增加。
[0086]圖7示出了例示作為單模石英光纖中的纖芯直徑的函數(shù)的、在波長(zhǎng)980nm(虛曲線71)和1550nm (實(shí)曲線72)處計(jì)算的模場(chǎng)直徑的曲線圖70，其中假定該單模石英光纖具有大約0.32%的恒定折射率差增量(Δ )。
[0087]在單模光纖中，光線以LPtll基導(dǎo)波模傳播，其具有高斯型橫向能量分布，該分布具有位于芯區(qū)中央的峰值且具有延伸到包層中的陡降。在SMF中，模場(chǎng)直徑可以被定義為橫向能量分布下降至峰值的Ι/e處的光纖直徑值。如曲線圖70所示，在較大的纖芯直徑處，模場(chǎng)直徑典型地小于纖芯直徑。在較小的纖芯直徑處，模場(chǎng)直徑典型地大于纖芯直徑。
[0088]在較小纖芯直徑處MFD急劇增加的原因在于在這些較小的直徑處，纖芯-包層邊界喪失了其限制除了相對(duì)小百分比的傳播光以外的所有傳播光的能力。由此，在這些較小纖芯直徑處，橫向能量分布相對(duì)寬，從而導(dǎo)致大的模場(chǎng)直徑。
[0089]一般而言，希望光纖具有盡可能小的模場(chǎng)直徑。由此，在本示例中，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖典型地具有大約8μπι的纖芯半徑。如圖7所示，該纖芯半徑對(duì)應(yīng)于1550nm下的最小或接近最小的MFD。
[0090]當(dāng)圖7的單模光纖從初始系統(tǒng)纖芯半徑8 μ m起按因子3錐化時(shí)，所得纖芯直徑約為2.67 μ m。如曲線72所示，在該纖芯直徑處，1550nm下的模場(chǎng)直徑增加至超過22 μ m，因此，錐形光纖端部無法在沒有顯著損耗的情況下拼接至多芯增益光纖的相對(duì)較小纖芯。
[0091]在單芯情況下，相異纖芯(舉例來說，諸如單模光纖和摻鉺光纖的纖芯)的各自模場(chǎng)直徑的匹配可以利用熱擴(kuò)散方法來實(shí)現(xiàn)。遺憾的是，由于大的模場(chǎng)直徑變化，該技術(shù)不適于多芯光纖或多芯基座光纖。盡管典型地希望具有一定量的熱擴(kuò)散，但對(duì)于多芯光纖的情況，熱擴(kuò)散還可能使纖芯的布置畸變。
[0092]本發(fā)明一方面提供了一種特別設(shè)計(jì)的基座光纖，其可以被錐化到較小直徑并同時(shí)具有模場(chǎng)直徑的變化。這種基座光纖可以被用于解決在構(gòu)造適于將光從多個(gè)光纖耦合至多芯增益光纖的相對(duì)較小纖芯的TFB耦合器方面的模場(chǎng)直徑問題。
[0093]圖8A和8B示出了示例性基座光纖在錐化之前(圖8A)和錐化之后(圖8B)的相應(yīng)折射率分布80a和80b。
[0094]未錐化折射率分布80a包括具有第一折射率的芯區(qū)81a和包圍芯區(qū)81的、具有比第一折射率低的第二折射率的基座區(qū)82a。該基座區(qū)82a被具有比第二折射率低的第三折射率的包層區(qū)83a包圍。
[0095]在該未錐化光纖中，光由纖芯81a導(dǎo)弓丨，基座82a充當(dāng)包層。傳播模式主要由纖芯-基座邊界來限制。因?yàn)榛?2a的半徑與由纖芯81a導(dǎo)引的光的MFD相比相對(duì)更大，所以基座-包層邊界對(duì)于總體模式限制來說貢獻(xiàn)相對(duì)很小。
[0096]隨著光纖被錐化，纖芯半徑減小，導(dǎo)致由纖芯限制的光的百分比相應(yīng)減小。同時(shí)，基座半徑的尺寸接近未錐化光纖的芯區(qū)的尺寸。由此，在經(jīng)錐化折射率分布80b中，芯區(qū)81b太小以至于只能限制傳播模式的很小的百分比。確切地說，模式主要由基座82b與包層83b之間的邊界來導(dǎo)引。因此，通過利用基座光纖來構(gòu)造TFB耦合器，可以使用熱錐化來實(shí)現(xiàn)纖芯間距的所希望的減小，同時(shí)還管理光纖的錐形端部處的模場(chǎng)直徑的尺寸。
[0097]圖出了根據(jù)本發(fā)明一方面的不例性基座光纖(光纖I)的折射率分布，而圖9B示出了針對(duì)一定范圍內(nèi)的不同錐形比計(jì)算的模場(chǎng)直徑。其示出了，對(duì)于光纖I，模場(chǎng)直徑隨著錐形比增加而穩(wěn)定地減小。
[0098]根據(jù)本發(fā)明一方面，光纖I具有這樣的基座折射率分布，即，其被構(gòu)造成使得根據(jù)選定錐形比錐化光纖將同時(shí)實(shí)現(xiàn)纖芯間距的所希望的減小和模場(chǎng)直徑的所希望的減小這兩者。
[0099]由此，如圖9B中所示，可以看出，隨著光纖按因子3.0錐化，模場(chǎng)直徑同時(shí)從大約
8.5 μ m減小至6 μ m,后者等于數(shù)值孔徑(NA)為0.23且纖芯直徑為3.2 μ m的摻鉺纖芯的模場(chǎng)直徑。
[0100]圖1OA示出了例示第二基座光纖(光纖II)的折射率分布的曲線圖100，而圖1OB示出了例示針對(duì)一定范圍內(nèi)的不同錐形比計(jì)算的模場(chǎng)直徑的曲線圖101。可以看到，光纖I和光纖II具有不同的相應(yīng)折射率分布，但在未錐化時(shí)和在按比率3錐化之后均具有相同的模場(chǎng)直徑。
[0101]根據(jù)本發(fā)明另一方面，TFB耦合器或類似的裝置利用在按選定錐形比錐化時(shí)具有相同的未錐化和經(jīng)錐化模場(chǎng)直徑但具有不同折射率分布的多個(gè)光纖來構(gòu)造。該技術(shù)可以被用于抑制相鄰纖芯之間的串?dāng)_。
[0102]折射率分布的差異導(dǎo)致兩個(gè)光纖的有效折射率的差異。圖11示出了比較作為錐形比的函數(shù)的針對(duì)兩個(gè)光纖的有效折射率的曲線圖110。針對(duì)光纖I和光纖II計(jì)算的有效折射率在整個(gè)錐化范圍內(nèi)彼此不同，盡管這兩個(gè)光纖的MFD在錐化之前和按比率3錐化之后都相同。因此，通過首先恰當(dāng)?shù)剡x擇纖芯和基座的折射率值以及相應(yīng)半徑，其次選擇特定錐形比，可以設(shè)計(jì)在錐化之前和之后表現(xiàn)出相同模場(chǎng)直徑的多個(gè)光纖，每一個(gè)光纖具有不同的有效折射率neff。通過在TFB耦合器中使用這樣的光纖，光纖之間的傳播常數(shù)不同，從而抑制了其間的串?dāng)_。
[0103]在具有六邊形纖芯構(gòu)造的示例性7芯TFB耦合器中，需要至少三種上述類型的基座光纖A、B和C (分別具有不同的有效折射率)，以在錐化之前和之后將串?dāng)_抑制或最小化至可接受水平。圖12示出了例示該設(shè)計(jì)的構(gòu)造120。圖13示出了針對(duì)19芯TFB耦合器的類似構(gòu)造130。
[0104]可以看到，在兩個(gè)構(gòu)造120和130中，因?yàn)槔w芯按規(guī)則六邊形陣列排列，所以可以使用最少三種不同光纖A、B和C。在圖12所示7芯構(gòu)造120中，外圍纖芯121-126被布置為規(guī)則六邊形，而纖芯127位于該六邊形中央。由此，中央纖芯127與外圍纖芯121-126中的每一個(gè)都等距，外圍纖芯本身彼此等距。通過將C類型纖芯用作中央纖芯127，并且將A類型和B類型纖芯交替用作外圍纖芯121-126，可以看到，這七個(gè)纖芯121-127都沒有相同類型的緊鄰纖芯。
[0105]還可看到，在構(gòu)造130中獲得了類似結(jié)果。在該情況下，將A類型纖芯用作中央纖芯131。由纖芯132構(gòu)成的包圍纖芯131的第一六邊形環(huán)包括一系列交替的B類型和C類型纖芯。由纖芯133構(gòu)成的包圍纖芯131和第一環(huán)132的第二六邊形環(huán)包括一系列交替的纖芯類型=A-B-A-C-A-B-A-C-A-B-A-C。同樣，這19個(gè)纖芯都沒有類型相同的緊鄰纖芯。
[0106]應(yīng)注意到，在圖12和13的上述描述中，字母A、B和C的指配是任意的，并且除了標(biāo)識(shí)彼此相同或彼此不同的纖芯以外，沒有其它意義。
[0107]一個(gè)附加的考慮是模場(chǎng)沿錐形的演變。圖14示出了例示錐形因子與模場(chǎng)直徑之間的關(guān)系的曲線圖140。在圖14中，錐形因子是圖11的錐形比的倒數(shù)。曲線141和142分別例示了針對(duì)示例性單模光纖和示例性基座光纖的這種關(guān)系。
[0108]如所示的，基座光纖曲線142表現(xiàn)出比階躍折射率纖芯141的MFD演變更復(fù)雜的MFD演變。如圖14所示，未錐化基座光纖(錐形因子=1.0)具有大約12μπι的MFD。出于討論的原因，假定一給定應(yīng)用需要大約ΙΟμπι的輸出MFD。在曲線圖140中可以看到，IOymMFD可以通過利用大約0.17的錐形因子(即，大約6的錐形比)來實(shí)現(xiàn)。
[0109]然而，在曲線圖140中，可以看到，基座光纖曲線142具有復(fù)雜的形狀，其包括位于輸入MFD (錐形因子=1.0)與輸出MFD (錐形因子=0.17)之間的“駝峰(hump)”142a。駝峰142a在錐形因子為大約0.3 (即，大約3.33的錐形比)處具有大約12 μ m的峰值。在錐形的該區(qū)域中，纖芯的間距可能足夠小(即，〈~1.2 μ m),以使得這種大的模式(MFD ^ 12 μ m)在足夠長(zhǎng)的軸向長(zhǎng)度上具有足夠的空間交疊從而導(dǎo)致不希望的程度的串?dāng)_。
[0110]在合適纖芯輪廓的設(shè)計(jì)中，必須注意避免錐形內(nèi)的這種串?dāng)_。一般而言，串?dāng)_應(yīng)當(dāng)小于-20dB。優(yōu)選的是，串?dāng)_要小于_30dB，或者對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸更優(yōu)選地小于_40dB。
[0111]4、其它應(yīng)用
[0112]和上述類似的考慮可以被用于其它應(yīng)用和設(shè)計(jì)。例如，這些概念可以被擴(kuò)展成增大而非減小從各個(gè)單獨(dú)輸入光纖至多芯輸出光纖的MFD。而且，模式轉(zhuǎn)換錐可以被應(yīng)用至其它裝置，諸如無源光學(xué)組件(如，隔離器、濾波器、耦合器等)和有源光電組件(諸如發(fā)送器、接收器、調(diào)制器等)。
[0113]在這些其它應(yīng)用中，各個(gè)單獨(dú)光纖的模式可以被設(shè)計(jì)成匹配上面列出的組件中的一個(gè)或更多個(gè)的模式，而多芯光纖的模式可以被設(shè)計(jì)成最優(yōu)化多芯光纖中的傳播。對(duì)多芯組件來說，應(yīng)用相反的布置，在該情況下，各個(gè)單獨(dú)光纖可以是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，或者是針對(duì)某一特征最優(yōu)化的光纖。
[0114]5、一般工藝
[0115]如上所述，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種錐形光纖束耦合器，其用于將信號(hào)和泵浦輻射注入多芯增益光纖，以使得纖芯至纖芯間距和模場(chǎng)直徑與多芯增益光纖相匹配。
[0116]本發(fā)明的另一方面涉及具有針對(duì)這樣的應(yīng)用特別設(shè)計(jì)的折射率分布的基座光纖。所描述的光纖可以便利地按~3.33這樣大的因子而被錐化，同時(shí)將MFD調(diào)節(jié)成匹配尾纖的MFD (MFD ^ 8-9 μ m)和摻鉺纖芯的 MFD (MFD ~6 μ m)。[0117]本發(fā)明的另一方面涉及具有相似的錐化和MFD特征但具有不同傳播常數(shù)的基座光纖。這些光纖被用于形成錐形光纖束耦合器。這些光纖被布置為具有相同傳播常數(shù)的光纖彼此不緊鄰定位，以抑制其間的串?dāng)_，如圖12和13中所示的設(shè)計(jì)。
[0118]圖15不出了根據(jù)本發(fā)明一方面的、用于將多個(gè)輸入光纖f禹合至多芯光纖的不例性一般工藝150的流程圖。
[0119]工藝150包括以下步驟:
[0120]151:提供多個(gè)具有各自折射率分布的輸入基座光纖，折射率分布被構(gòu)造為使得所述多個(gè)輸入基座光纖的組合體可錐化到與多芯光纖的纖芯間距相匹配的纖芯間距，并且其中，每一個(gè)基座光纖具有可錐化到與多芯光纖的模場(chǎng)直徑尺寸相匹配的尺寸的模場(chǎng)直徑。
[0121]152:將輸入基座光纖的前端排列成具有與多芯光纖的幾何構(gòu)造相匹配的幾何構(gòu)造的組合體。
[0122]153:熔融、錐化和修整基座光纖的組合體，以形成纖芯間距和各模場(chǎng)直徑與多芯光纖的纖芯間距和各模場(chǎng)直徑相匹配的端面。
[0123]如上所述，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)踐，TFB耦合器中的光纖被設(shè)置成具有不同的有效折射率，以抑制其間的串?dāng)_。
[0124]6、TFB耦合器的實(shí)驗(yàn)使用的示例
[0125]在此描述的TFB耦合器已經(jīng)被用于研究在全部7個(gè)纖芯中提供同時(shí)放大的7芯多芯摻鉺光纖(MC-EDF)放大器的放大和噪聲特性。泵浦和信號(hào)輻射利用兩個(gè)上述TFB耦合器耦合至MC-EDF的各個(gè)單獨(dú)纖芯。
[0126]該工作的結(jié)果在K.S.Abedin 等人的 “Amplification and Noise Propertiesof an Erbium-Doped Multicore Fiber Amplifier，，，Optics Express, Vol.19, Issuel7,PP.16715-16721 (2011)中進(jìn)行了闡述，其全部?jī)?nèi)容作為本申請(qǐng)要求其優(yōu)先權(quán)的臨時(shí)專利申請(qǐng)的一部分而復(fù)制，并且其全部?jī)?nèi)容通過引用而并入于此。
[0127]該7芯MC-EDF由商業(yè)可獲的摻鉺芯棒制造。纖芯按間距為40.9 μ m的六邊形陣列排列。纖芯直徑和數(shù)值孔徑分別等于3.2 μ m和0.23。該光纖具有148 μ m的包層直徑，和直徑250 μ m的丙烯酸酯涂層。1550nm下的模場(chǎng)直徑被估算為大約6μπι。摻鉺纖芯在1550nm下的吸收損耗為?2.3dB/m。
[0128]該TFB通過捆束7個(gè)特別設(shè)計(jì)的光纖以在錐形端部處獲得匹配MC-EDF的纖芯至纖芯間距、并且按大約3的錐形比來錐化該光纖束而實(shí)現(xiàn)。這允許使用常規(guī)PM熔接機(jī)。在TFB中，為了在MCF與單模光纖之間提供接口，模場(chǎng)直徑在錐化之前和之后保持恒定。因?yàn)楦咝阅蹺DF具有較小的MFD，所以TFB被設(shè)計(jì)成允許模場(chǎng)直徑從9.04 μ m至6.1 μ m的絕熱轉(zhuǎn)化。TFB的非錐形端部處的7個(gè)輸入光纖具有9.04μπι的MFD (LPtll)并且可以以最小損耗拼接至SMF光纖。
[0129]圖16示出了被用于研究EDFA的放大特性的實(shí)驗(yàn)設(shè)置160的圖。來自在1520 μ m-1580 μ m的范圍內(nèi)操作的外腔激光二極管的單頻激光輻射被用作信號(hào)，該信號(hào)通過使用WDM耦合器而與980nm下的泵浦輻射組合。為了避免雜散后向反射并且抑制ASE噪聲，在輸入端口和輸出端口都連接有隔離器，并且允許泵浦輻射沿前向傳播。出于測(cè)量目的，中央纖芯被編號(hào)為#0，而外層纖芯按順序從#1至#6編號(hào)。
[0130]利用光譜分析儀來測(cè)量不同輸入波長(zhǎng)和功率電平下經(jīng)放大的輸出和經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)噪聲的功率。隔離器和WDM中的無源損耗在范圍1520nm-1580nm上測(cè)量，而TFB-MCF-TFB組合體的輸入端口與輸出端口之間的損耗在1300nm下測(cè)量，其中，鉺具有低吸收損耗。放大器中所有其它位置處的信號(hào)和噪聲功率電平由此可以容易地估算出。
[0131]圖17示出了例示在1310nm處測(cè)量的TFB-MCEDF-TFB模塊中的損耗和串?dāng)_特性的曲線圖170。水平軸上的數(shù)字表示光進(jìn)入到的纖芯，而垂直軸示出了在第二個(gè)TFB的七個(gè)輸出端測(cè)得的信號(hào)的衰減。由此，對(duì)應(yīng)纖芯之間的衰減表示插入損耗。對(duì)應(yīng)且不同纖芯之間的衰減差異(按dB)可以被視為串?dāng)_測(cè)量結(jié)果。增益組合體的輸入端與對(duì)應(yīng)輸出纖芯之間的損耗保持在2.5dB-4.9dB內(nèi)。對(duì)于七個(gè)信道，將六個(gè)纖芯平均化的串?dāng)_在30.2dB與36.6dB之間改變。在1546nm的信號(hào)波長(zhǎng)下執(zhí)行類似的測(cè)量(輸入功率:0.36dBm)，在15m長(zhǎng)的MC-EDF中產(chǎn)生33.7dB的平均吸收。
[0132]TFB耦合器的低損耗耦合允許獲得大約25dB的凈增益(毛增益?30dB)、小于4dB的噪聲系數(shù)以及超過IOdBm的3dB飽和輸出。來自相鄰信道的ASE水平低于25dB。
[0133]結(jié)論
[0134]雖然前述描述包括了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明的細(xì)節(jié)，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，該描述本質(zhì)上是例示性的，并且從這些教導(dǎo)獲益的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到許多修改例和變型例。因此，本發(fā)明在此旨在完全通過權(quán)利要求來限定，并且權(quán)利要求盡可能以現(xiàn)有技術(shù)所準(zhǔn)許的廣泛程度來解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖耦合器，用于在多個(gè)輸入光纖與一多芯光纖的多個(gè)單獨(dú)纖芯之間提供接口，該光纖稱合器包括: 多個(gè)光纖，所述多個(gè)光纖被捆束在一起并且被錐化，以形成具有多個(gè)輸入端和一個(gè)多芯輸出端的錐形光纖束(TFB)， 其中，所述多個(gè)TFB輸入端中的每一個(gè)具有被構(gòu)造用于與所述多個(gè)輸入光纖的低損耗連接的相應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)和模場(chǎng)直徑，并且 其中，所述多個(gè)光纖段具有相應(yīng)的基座折射率分布，該基座折射率分布被設(shè)置成，使得將所述多個(gè)光纖段錐化到預(yù)定錐形比會(huì)得到具有幾何結(jié)構(gòu)和多個(gè)單獨(dú)纖芯的多芯TFB輸出端，各個(gè)單獨(dú)纖芯分別具有被構(gòu)造用于與一多芯光纖的低損耗連接的相應(yīng)模場(chǎng)直徑。
2.一種光纖，包括: 具有第一折射率的中央芯區(qū)，包圍該芯區(qū)并且具有比第一折射率低的第二折射率的基座區(qū)、以及包圍該基座區(qū)并且具有比第二折射率低的第三折射率的包層區(qū)， 其中，芯區(qū)、基座區(qū)和包層區(qū)被構(gòu)造成使得該光纖可錐化以形成在第一端具有非錐形外包層直徑而在第二端具有錐形外包層直徑的錐形光纖，并且 其中，該錐形光纖在非錐形端具有第一模場(chǎng)直徑，而在錐形端具有不同的第二模場(chǎng)直徑，其中，第二模場(chǎng)直徑和第一模場(chǎng)直徑的差別與第二外包層直徑和第一外包層直徑之間的差別一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖， 其中，第二外包層直徑小于第一外包層直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖， 其中，第一模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一尾纖的模場(chǎng)直徑，并且其中，第二模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一增益光纖的纖芯的模場(chǎng)直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖， 其中，第二模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一多芯增益光纖的選定單個(gè)纖芯的模場(chǎng)直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖耦合器， 其中，第二直徑大于第一直徑，并且，第二模場(chǎng)直徑大于第一模場(chǎng)直徑，使得能夠利用該錐形光纖從各個(gè)輸入光纖到多芯輸出光纖增大模場(chǎng)直徑。
7.一種光纖耦合器，包括如權(quán)利要求2所述的光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖耦合器， 其中，第二外包層直徑小于第一外包層直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖耦合器， 其中，第一模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一尾纖的模場(chǎng)直徑，并且其中，第二模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一增益光纖的纖芯的模場(chǎng)直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖耦合器， 其中，第二模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)于一多芯增益光纖的選定單個(gè)纖芯的模場(chǎng)直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖耦合器，包括多個(gè)如權(quán)利要求2所述的光纖，所述多個(gè)光纖分別具有不同的傳播常數(shù)， 其中，所述多個(gè)光 纖被布置成使得具有相同傳播常數(shù)的兩個(gè)光纖沿著錐形區(qū)域不會(huì)彼此直接相鄰地定位，以抑制它們之間的模式耦合。
12.一組光纖，包括: 多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，所述多個(gè)光纖被選擇成，使得它們針對(duì)各自的最低階模式具有不同的傳播常數(shù)，但在根據(jù)預(yù)定錐形比錐化時(shí)，在它們各自的錐形端具有基本相同的模場(chǎng)直徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一組光纖， 其中，所述多個(gè)光纖被選擇成，使得它們?cè)谒鼈兏髯缘姆清F形端也具有基本相同的模場(chǎng)直徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一組光纖， 其中，通過選擇每一個(gè)基座光纖各自的芯區(qū)和基座區(qū)的折射率和半徑，來獲得對(duì)于各自的最低階模式具有不同的傳播常數(shù)但在根據(jù)預(yù)定錐形比錐化時(shí)具有基本相同的模場(chǎng)直徑的特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一組光纖， 其中，第二直徑大于第一直徑，并且，第二模場(chǎng)直徑大于第一模場(chǎng)直徑，使得能夠利用該組光纖從各個(gè)輸入光纖到多芯輸出光纖增大模場(chǎng)直徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錐形光纖束耦合器， 其中，該錐形光纖束耦合器適于將光從多個(gè)尾纖耦合至一多芯增益光纖中的相應(yīng)的各個(gè)纖芯。
17.—種錐形光纖束，包括成束的一組如權(quán)利要求2所述的光纖， 其中，每一個(gè)光纖以相應(yīng)的最低階模式和針對(duì)該相應(yīng)的最低階模式的相應(yīng)傳播常數(shù)為特征， 其中，所述多個(gè)基座光纖被選擇成，使得它們針對(duì)它們各自的最低階模式具有不同的傳播常數(shù)，但在根據(jù)預(yù)定錐形比錐化時(shí)，在它們各自的錐形端具有基本相同的模場(chǎng)直徑， 其中，所述成束的一組光纖包括最少三種相異光纖，并且其中，所述多個(gè)光纖被布置成使得具有相同傳播常數(shù)的兩個(gè)光纖沿著錐形區(qū)域不會(huì)彼此直接相鄰地定位，由此抑制沿著該錐形區(qū)域的串?dāng)_。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述錐形光纖束耦合器適于使信號(hào)和泵浦輻射從各個(gè)光纖進(jìn)入到一多芯增益光纖中，以使得所述各個(gè)光纖的纖芯至纖芯間距和各模場(chǎng)直徑被轉(zhuǎn)換成所述多芯增益光纖的相應(yīng)纖芯至纖芯間距和各纖芯的模場(chǎng)直徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述錐形光纖束耦合器適于連接至無源光學(xué)組件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述無源光學(xué)組件包括隔離器、濾波器、耦合器中的任一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述錐形光纖束耦合器適于連接至有源光學(xué)組件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述有源光學(xué)組件包括發(fā)送器、接收器、調(diào)制器中的任一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的錐形光纖束耦合器， 其中，各個(gè)光纖被構(gòu)造成具有與所述各個(gè)光纖所耦合至的相應(yīng)組件纖芯的模式相匹配的模式。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的錐形光纖束耦合器， 其中，所述錐形光纖束耦合器的多芯光纖截面的模式使得連接至該耦合器的多芯光纖中的傳播最優(yōu)化。
25.一種用于將多個(gè)輸入光纖耦合至一多芯光纖的方法，包括: 提供多個(gè)輸入基座光纖，每個(gè)輸入基座光纖具有一折射率分布，所述折射率分布被具體構(gòu)造成使得所述多個(gè)輸入基座光纖的組合體可錐化到與該多芯光纖的纖芯間距相匹配的纖芯間距，并且其中，每一個(gè)基座光纖具有可錐化到與該多芯光纖的尺寸相匹配的尺寸的模場(chǎng)直徑； 將所述多個(gè)輸入基座光纖的前端排列成具有與該多芯光纖的幾何構(gòu)造相匹配的幾何構(gòu)造的組合體；以及 熔融、錐化并修整所述多個(gè)基座光纖的組合體，以形成纖芯間距和各模場(chǎng)直徑與該多芯光纖的纖芯間距和各模場(chǎng)直徑相匹配的端面。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法， 其中，所述多個(gè)輸入基座光纖被構(gòu)造成使得相鄰光纖具有不同的折射率，由此抑制它們之間的串?dāng)_。`
【文檔編號(hào)】G02B6/38GK103827715SQ201280037028
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月20日
【發(fā)明者】K·S·阿貝丁, T·F·陶納, M·F·彥, B·朱 申請(qǐng)人:Ofs菲特爾有限責(zé)任公司