带有包层模抑制的光纤布拉格光栅制造技术

一种光波导光纤具有光敏性纤芯和包层，包层包括邻近纤芯的光敏性内包层区域和外包层区域。内包层区域和外包层区域的折射率基本相等。当暴露于紫外光中时，内包层区域的光敏性足以引起内包层的折射率调制。在本发明专利技术的另一方面，光纤包括纤芯中的光栅，光栅径向地延伸到内包层区域。光纤的纤芯和内包层区域掺有Ｇｅ和Ｂ浓度，足以赋予光敏性于内包层区域，并导致内包层区域中的折射率与外包层区域中的折射率基本相等。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及光纤布拉格光栅，尤其涉及包括光纤布拉格光栅在内光纤中包层模的抑制。2.
技术介绍
光纤布拉格光栅是沿光波导光纤长度上周期性的折射率调制。在波分复用(WDM)系统和光纤系统的其它应用中光纤布拉格光栅变得越来越重要。它们已经成为实现各种装置的技术平台，这些装置包括加/减滤光器、增益平坦化滤光器、频带分离器和色散补偿器。光纤布拉格光栅一般显示出高度合乎需要的光学特征，但容易制造。制造光纤布拉格光栅最常用的技术是通过将纤芯暴露于期望图形的紫外光中以产生折射率调制的图形。通过两束紫外光(UV)之间的干涉或其它公知的方式，可以产生该图形。通过暴露于紫外光中经过公知的光敏性效果，使纤芯的折射率得以永久改变。该技术通常称为“写”光栅折射率调制，它作为写过程中产生的折射率峰间变化之半加以测量，是光纤光栅的关键特征。折射率调制直接关系到其中被写入光栅的材料的光敏性。光纤布拉格光栅将反射中心位于布拉格波长λBragg处的窄带中的光，布拉格波长λBragg由相位匹配条件的等式确定2β01(λBragg)=2πΛ----(1)]]>其中Λ是光栅周期，β01是基模LP01的传播系数，基模有时也称为纤芯模。在包括纤芯、包围纤芯的包层和可以是空气或聚合物覆盖层的外层在内的光波导光纤中，光纤结构可以支撑大量的包层模。它们根据外层或纤芯覆盖层的折射率是比包层高还是低而可以是导模或漏模。这些模通常被表示为LPnm包层模，其中nm是模数。在以下等式给出的相位匹配条件下，光纤布拉格光栅上，处于导基模LP01的传播光可以耦合入包层模β01(λnm)+βnm(λnm)=2πΛ----(2)]]>其中Λ是光栅周期，βnm是包层模LPnm在波长λnm处的传播常数，β01是基模LP01在波长λnm处的传播常数。如果满足等式(2)，那么其上LP01将耦合入包层模的波长λnm总是小于布拉格波长λBragg，因为βnm总是小于β01。通常，对应于一系列包层模，将有一系列波长符合该条件。当包层模传播时，通过光纤覆盖层的吸收或散射，耦合入包层模的功率通常有损耗。因此，如图1所示，耦合入包层模在布拉格波长损耗峰值14的短波一侧引起一系列的损耗峰值(一般表示为标号12)，限制了光栅的自由光谱范围。如图1所示，在布拉格波长峰值14和包层模峰值12的始端之间有一波长带A-A。通过包层模抑制加宽该频带A-A，以增加光栅的自由光谱范围将是所期望的。已有一种采用带有大约为2％高Δ(其中Δ是纤芯和包层之间归一化的折射率差)的光纤以实现包层模抑制的方法。虽然这提供了λBragg短波长一侧多至大约为10nm的自由光谱范围，但是对多种应用这仍然是不够的。该方法的另一问题是当将这种高Δ光纤与诸如由Corning公司出售的商标为SMF-28TM的标准光纤相接时，由于模式点的尺寸不匹配，其接头损耗大到无法接受。所需要的是这样一种光波导光纤，它具有将使光纤布拉格光栅中耦合入的包层模受到抑制的性质，从而增加由光纤布拉格光栅构成的滤光器的自由光谱范围，而不产生对光纤或光栅的其它光学性质的不利影响。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是具有光敏性纤芯和包层的光波导光纤，所述包层包括邻近纤芯的光敏性内包层区域和外包层区域。内包层区域和外包层区域具有基本相等的折射率。纤芯和内包层区域掺有Ge。纤芯和内包层区域中的至少一个还掺有至少一种额外的掺杂剂。纤芯中的Ge、包层中的Ge和额外掺杂剂的浓度如此调整，使内包层区域中的折射率调制是在纤芯中折射率调制的50％以内，纤芯中的折射率调制是通过暴露于如紫外光的光化辐射中而引起的。另一方面，本专利技术包括一种具有光敏性纤芯以及邻近纤芯的光敏性内包层区域和折射率基本相等的外包层区域的光纤，其中当暴露于紫外光中时，内包层区域的光敏性足以引起内包层的折射率调制。在本专利技术的又一方面中，光纤包括纤芯中的光栅，光栅径向延伸到内包层区域。在本专利技术的又一方面中，光纤的纤芯和内包层区域掺有所述Ge和B掺杂剂的浓度，足以将光敏性赋予内包层区域，并导致内包层区域的折射率基本等于外包层区域的折射率，或者内包层区域的折射率减去剩余包层的折射率在-0.003到0.001的范围之内。在以下详细描述中将给出本专利技术的额外特征和优点，而其中的部分通过该描述对于本领域熟练的技术人员而言将是显而易见的，或者通过实施这里所述的专利技术，包括以下的详细描述、权利要求以及附图在内而加以理解。要知道以上一般描述和以下详细描述都仅仅是本专利技术的示范例，且旨在提供概要或框架用于理解如权利要求所述本专利技术的本质和特征。所包括的附图用于提供对本专利技术进一步的理解，并结合构成在说明书的一部分。附图说明了本专利技术的各种实施例，它和描述一起用于解释本专利技术的原理和操作。附图说明图1是典型光纤布拉格光栅的透射对波长的曲线图；图2是根据本专利技术典型实施例的光纤的透视图；图3是根据本专利技术的典型实施例，显示模场分布和归一化折射率调制作为光纤半径的函数的曲线图；图4是根据本专利技术的典型实施例，显示归一化折射率调制和折射率作为光纤半径的函数的曲线图；图5是根据本专利技术的典型实施例，成分(重量百分比)对光纤半径的曲线图；和图6是根据本专利技术的典型实施例，光纤布拉格光栅中透射对波长的曲线图。图7是显示最大重叠积分值的曲线图。较佳实施例的详细描述现将详细引用本专利技术的较佳实施例，在附图中说明了它的实例。附图中尽可能地用相同的标号指出相同或类似的部分。图2中示出本专利技术光波导光纤的典型实施例，并且一般被表示为标号10。根据专利技术，本专利技术的光波导光纤包括光敏性纤芯16和包层18。如这里实施的和图2中所述的，纤芯16包括诸如在光波导光纤纤芯中常用的石英玻璃混合物，并添加Ge和B作为掺杂剂。在一个实施例中，以GeO2的形式提供Ge掺杂剂。掺入纤芯16中的GeO2的量可以在大约3wt％到大约40wt％的范围内，或者较佳的是，从大约5wt％到大约25wt％。在典型实施例中，以B2O3的形式提供掺杂剂硼。掺入纤芯16中的B2O3的量可以在大约0wt％到大约40wt％的范围内，或者较佳的是，从大约0wt％到大约20wt％。这些重量百分比是纤芯总重量的百分比，也就是纤芯上有效的平均重量百分比。在图2所示的实施例中，包层18可以由石英玻璃混合物构成，如同通常在光波导纤芯中对包层所用的那样。包层18包括在邻近纤芯16区域内的内包层区域20。内包层区域20还包括掺杂剂Ge和B。在典型实施例中，以GeO2的形式提供Ge。掺入内包层区域20中的GeO2的量可以在大约1wt％到大约30wt％的范围内，或者较佳的是，从大约5wt％到大约20wt％。在典型实施例中，以B2O3的形式提供B。掺入内包层区域20中的B2O3的量可以在大约1wt％到大约40wt％的范围内。这些重量百分比是包层掺杂部分总重量的百分比，也就是内包层区域20上有效的平均重量百分比。图3显示根据本专利技术的典型实施例，各种模式的归一化折射率调制和归一化场强作为光纤半径的函数的曲线图。图3所示曲线的光纤的纤芯半径为从大约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导光纤，其特征在于，它包括：掺有Ｇｅ的光敏性纤芯；包层，包括邻近所述纤芯、掺有Ｇｅ的光敏性内包层区域和外包层区域，内包层区域和外包层区域具有基本相等的折射率。纤芯和内包层中的至少一个包括至少一种与Ｇｅ掺杂剂组合的额外 掺杂剂，纤芯中的Ｇｅ、包层中的Ｇｅ和额外掺杂剂的浓度使得光纤暴露于紫外光之后，内包层区域的折射率调制是在由所述暴露引起的纤芯中折射率调制的５０％以内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：V巴蒂亚，AK科利尔，董亮，MA马罗，戚钢，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]