可以抵抗弯曲的影响的光纤制造技术

一种可以抵抗弯曲的影响的光纤。通过在制造过程中适当地定义光纤的折射率分布而形成的一种光纤，在光纤弯曲时表现出减小的模失真。将制造分布定义为将由弯曲光纤引入的梯度考虑在内的“预失真”分布。抛物型折射率分布为表现出二次形式的范例抗弯曲分布。突起的锥形折射率为可以用作“制造”分布的另一个分布。由于随着引入弯曲分布受到大致常数梯度的偏移，而在任何适当配置的形式中，显著地缩减了诸如弯曲损耗和模失真的因数。对于在安装中受到弯曲的光纤，发明专利技术性的光纤相对于现有技术光纤显著地改进了得到的有效区域。制造分布可以引入到各种类型的光纤中，例如双折射光纤，光子带隙光纤等等，并且特别适合在光纤放大器结构中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大模场光纤，更特别的是涉及表现出特别设计(以将弯曲引起的光纤 有效区域缩减的效应最小化)的折射率分布的大模式区光纤。
技术介绍
本专利技术在由国家标准和技术学院(NIST)授予的授予号为70NANB4H3035的NIST ATP程序下，以美国政府支持作出。美国政府在本专利技术中具有特定权利。在光纤通信领域，由于已知大模场(large mode area)光纤可以克服例如拉曼和 布里渊散射的各种非线性损失，越来越多的兴趣集中到大模场光纤的使用，特别是关于基 于光纤的光放大器之类的制造。然而，已经发现大模场光纤的使用会增加诸如宏弯损耗的 其他光纤相关灵敏度，模间耦合和对于光纤折射率分布中的非均勻性的灵敏度的存在。现有技术中至少有两种方案来将光纤中的弯曲引起的损耗最小化。在一种方案中 (实质上为机械解决方案)，是使用特别抗弯曲的类似棒状光纤。通过迫使光纤基本上保持 线性，可以显著减少弯曲引起的损耗。然而，在这种光纤的大部分“场(field)”应用中，存 在弯曲，甚至将光纤进行缠绕的需求。因此，认为限制光纤弯曲的物理能力是不切实际的解 决方案。另一个解决方案与通过定义要使用的特定“缠绕”来确定先天的(a priori)固定 的弯曲损耗，然后总是根据特定的缠绕半径(以及匝数)来使用光纤。再次地，认为这种解 决方案限制了大模场光纤的各种应用，以及场应用中的修改和这种光纤的使用中的变型。尽管这些和其他设计考虑了光纤模式的弯曲引起的损耗，仍然忽略了弯曲引起的 失真的问题，特别的，包括弯曲引起的有效区域缩减的失真。在使用更传统的核心尺度的之 前的传统应用中，这种模式失真影响最小。然而，在大模式光纤应用中，弯曲引起的模失真 的存在导致有效区域的显著减少。从而，技术中存在提供这样一种大模场光纤的需求，这种光纤在各种应用中经受 弯曲的时候有效区域不会严重的失真。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的需求，其涉及大模场光纤，更特别的是涉及表现出 特别设计(以将弯曲引起的光纤有效区域缩减的效应最小化)的折射率分布的大模式区光纤。根据本专利技术，大模场光纤的折射率分布特征是基于传统的弯曲引起的损耗参数， 以及影响光纤的有效区域的弯曲引起的失真这两者。根据本专利技术的大模场光纤的折射率 分布将从根本上对弯曲引起的失真进行补偿，这些失真是随着信号沿着大模场光纤传播所 “经历的”。以类似于信号“预失真”的方式，以“预弯曲”方式特别地定义本专利技术的大模场光 纤的折射率分布，从而在光纤弯曲的时候，等效的折射率分布将具有“平”和“宽”的引导区 域。本专利技术的一个方面是可以以各种不同类型的光纤(包括基于光纤的放大器，光子带隙 光纤，双折射光纤之类)使用提供折射率分布“预失真”的能力。在本专利技术的一个实施例中，形成表现出基本抛物型折射率分布的大模场光纤，其 中光纤的任何弯曲作用仅仅是以保持其抛物型形状的方式偏移折射率分布。结果，光纤的 特性变得对于弯曲相关的变化相对不变。在替代的实施例中，发现突起的锥形折射率分布即使在光纤弯曲时也产生具有平 的折射率峰值的相对大的引导区域。在下面的讨论的过程中以及通过参考附图，本专利技术其他的和进一步的方面和实施 例将变得明显。附图说明现在参考附图，图1示例说明了包括光纤形状中的特定“弯曲”的大模场光纤的典型剖面图2包括示例说明了图1的折射率的一对曲线图，图2(a)示例说明了传统的“直” 光纤的折射率，而图2(b)示例说明了如图1所示的弯曲的光纤的等效折射率；图3示例说明了作为光纤核心直径和弯曲半径的函数的计算的模场；其中图3(a) 显示了具有30 μ m核心区域的“直的”光纤部分的基本模强度，图3 (b)显示了具有30 μ m核 心区域的具有7. 5cm弯曲半径的光纤部分的基本模强度，图3(c)显示了具有50 μ m核心区 域的“直的”光纤部分的基本模强度，图3(d)显示了具有50 μ m核心区域的具有7. 5cm弯 曲半径的光纤部分的基本模强度；图4包括一对示意性光强和折射率曲线图，其中图4 (a)示例说明了对于“直”光 纤的光强和折射率分布曲线图，而图4(b)示例说明了对于“弯曲”光纤的光强和折射率分 布曲线图5是作为弯曲半径的函数的光纤有效区域的变化的曲线图6包括与一光纤相关的一对折射率分布，其中图6(a)示例说明了 “理想的”制 造的分布，图6(b)显示了光纤弯曲后表现出的“理想的”平的和宽的分布；图7是抛物型折射率分布光纤的曲线图，其中图7 (a)示例说明了与“直的”光纤 相关的分布，图7(b)示例说明了与“弯曲的”光纤相关的分布；图8包括验证本专利技术的范例抛物型折射率分布抗弯曲光纤的稳定性的仿真结果；图9是本专利技术的抛物型折射率分布光纤的范例分段常数结构；图10是对于图9的光纤作为弯曲半径的函数的有效区域的曲线图11包括对于本专利技术的抗弯曲光纤作为有效区域的函数的损耗率的曲线图12是为了比较的目的的，由忽略有效区域中弯曲引起的变化得到的不正确的 性能比较的曲线图13是本专利技术的替代实施例的“突起的锥形”折射率分布的曲线图14包括对于直的光纤和弯曲的光纤这两者的“突起的锥形”折射率分布的等价 图15是有效区域相对于弯曲半径的曲线图，将传统的阶跃型折射率核心光纤与 本专利技术的弯曲不变光纤的突起的锥形折射率分布进行比较。具体实施方式图1示例说明了经过弯曲表现出定义的弯曲半径的大核心直径光纤的范例部分 10。如同所示，将弯曲光纤10定义为在如同所示的x-y方向具有弯曲半径Rhmi。如上所 述，已经发现大核心直径光纤的弯曲将以缩减的有效区域的形式引起失真。特别是，可以确 定弯曲光纤10的等效折射率模型，并接着如下地进行分析来将前进的光信号传播绕过半 径Rhmd的弯曲时，它在不同的横向位置X上“看到”的不同光程长度考虑在内权利要求1.一种可以抵抗弯曲的影响的光纤，该光纤包括核心区域，用于引导基本模的传播光信号，该基本模表现出大模场，所述核心区域具有 在引导基本模的区域中由期望的弯曲引起的折射率梯度所偏移的大和平的折射率分布，其 中所述折射率分布减小弯曲对基本模强度分布的影响，其中所述核心区域折射率分布是折 射率梯度与光纤弯曲的期望方向对齐的不对称分布；以及包围所述核心区域的覆层区域。2.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述核心区域的折射率分布被定义为n{x,y) = ncore-(ncore-nclad)(x2 + y2)/R2core, τ < Rcore其中n。。re被定义为在所述核心区域的中心处的折射率，n。lad被定义为围绕覆层区域的 折射率，χ和1定义弯曲光纤的x_y平面上的位移，r被定义为距所述核心区域的中心的径 向距离，并且R。_被定义为所述核心区域的半径。3.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述核心区域的折射率分布被定义为n(x，y) = ncore-Ar, r < Rcore,其中n。_被定义为在所述核心区域的中心处的折射率，r被定义为距所述核心区域的 中心的径向距离，A是预期的弯曲引起的梯度，并且! 。_被定义为所述核心区域的半径。4.一种可以抵抗弯曲的影响的光纤，该光纤包括近似于由预期的弯曲引起的折射率梯 度缩减的阶跃式折射率分布的不对称折射率分布，其中所述不对称折射率分布减小弯曲对 基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以抵抗弯曲的影响的光纤，该光纤包括：核心区域，用于引导基本模的传播光信号，该基本模表现出大模场，所述核心区域具有在引导基本模的区域中由期望的弯曲引起的折射率梯度所偏移的大和平的折射率分布，其中所述折射率分布减小弯曲对基本模强度分布的影响，其中所述核心区域折射率分布是折射率梯度与光纤弯曲的期望方向对齐的不对称分布；以及包围所述核心区域的覆层区域。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰菲尼，
申请(专利权)人：美国飞泰尔有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]