專利名稱：光纖器件和控制光信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖器件和控制光信號(hào)強(qiáng)度的方法以及使用這類器件和方法的系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于改變光信息傳播性能的全纖維光學(xué)器件、方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可以改變光信號(hào)性能的光學(xué)器件包括像調(diào)制器和衰減器這樣的器件。這些器件利用各種手段改變?cè)撈骷幸换蚨鄠€(gè)區(qū)域的折光性能，以此來(lái)改變通過(guò)該器件傳播的信號(hào)的振幅/相位。這類常規(guī)器件利用鈮酸鹽、電吸收和/或其它的結(jié)構(gòu)來(lái)影響光纖或其它波導(dǎo)裝置的傳播性質(zhì)。一般，常規(guī)的調(diào)制器和類似的器件都是既引入不合要求的損耗量又造價(jià)相對(duì)高并且笨重的器件。然而常規(guī)的全纖維調(diào)制器試圖建立起同其它纖維的相容性，并提供較低的插入損耗和相對(duì)小的尺寸。
許多常規(guī)的全纖維調(diào)制器和衰減器都包括基于光纖配置的器件，該光纖配置具有一段易被電光聚合物損害的芯段。這些器件包括例如由KVH Industries公司生產(chǎn)的D-fiber。參見(jiàn)例如美國(guó)專利No.5,768,462，6,041，149和6,134,356，其中一或多個(gè)用來(lái)定位其中的電極的槽被形成在圍繞光纖的芯和包層區(qū)的保護(hù)(緩沖)層內(nèi)。但是，這些器件的結(jié)構(gòu)使其相對(duì)地難于制造。同時(shí)，這些器件是不對(duì)稱的，從而產(chǎn)生不合要求的相關(guān)偏振性能。
其它常規(guī)的調(diào)制器件，例如可變光學(xué)衰減器，使用了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)常是不可靠的。而且許多常規(guī)的衰減器使用了平面波導(dǎo)技術(shù)和/或聚合物。然而，這類常規(guī)器件在尺寸上是相對(duì)大的，并且向光學(xué)系統(tǒng)引入了相對(duì)大的損耗量，且顯示了相對(duì)明顯的偏振依賴性。
因此，需要使可用的全纖維光學(xué)器件例如光調(diào)制器或可變光衰減器具有比常規(guī)調(diào)制器和衰減器更高的使用效率、更容易制造以及更小的尺寸。
發(fā)明概要本發(fā)明具體化為一種光纖器件，諸如調(diào)制器、可變光衰減器或可調(diào)濾光器。該光學(xué)器件包括一定長(zhǎng)度的光纖，該光纖具有一芯區(qū)和一圍繞該芯區(qū)形成的包層。該包層包含有設(shè)置在其中的可控的活性材料，例如設(shè)置在包層內(nèi)形成的毛細(xì)管、空穴或環(huán)內(nèi)。該活性材料包括，例如電光材料、磁光材料、光致折射材料、熱光材料，和/或可提供可調(diào)增益或損耗的材料(例如，激光染料或復(fù)合材料像分散有鉺顆粒的聚合物)。例如溫度、光(光場(chǎng))或電場(chǎng)或磁場(chǎng)的施加會(huì)改變此活性材料像折射率、損耗、散射或雙折射這樣的光學(xué)性質(zhì)，而這反過(guò)來(lái)又改變或影響該器件中光信號(hào)的傳播性質(zhì)。
該光學(xué)器件還包括一錐形區(qū)，該錐形區(qū)具有減小的光纖器件直徑，但同非錐形區(qū)一樣保持著相對(duì)的尺寸比例。在該錐形區(qū)內(nèi)，模式場(chǎng)不受摻雜的光纖芯支持而擴(kuò)展進(jìn)入包層區(qū)，且在包層區(qū)內(nèi)模式場(chǎng)與活性材料相互作用。同時(shí)，與常規(guī)的設(shè)置相比，該錐形區(qū)允許活性材料實(shí)際上更加的接近傳播的模式，從而允許活性材料和傳播模式之間的相互作用。該錐形區(qū)同時(shí)也被設(shè)計(jì)成能很容易地與常規(guī)的光纖連接。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在附圖中

圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施例的光纖器件的側(cè)面局部剖視圖；圖2a是沿圖1中線2a-2a截取的該光纖器件的剖視圖；圖2b是沿圖1中線2b-2b截取的該光纖器件的剖視圖；圖3是跨過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的光纖對(duì)于具有折射率比硅石小的活性材料的模式場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖4是跨過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的光纖對(duì)于具有折射率比硅石大的活性材料的模式場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖5是跨過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的光纖對(duì)于聚合物活性材料的模式場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；
圖6a是依照本發(fā)明一可供選擇實(shí)施例的光纖的非錐形區(qū)的剖視圖；圖6b是圖6a的可供選擇光纖的錐形區(qū)的剖視圖；圖7是依照本發(fā)明一實(shí)施例的具有熱光活性材料的光纖器件的簡(jiǎn)化示意圖；圖8是圖7的光纖器件作為溫度函數(shù)的光纖傳輸曲線圖；圖9是依照本發(fā)明一實(shí)施例的具有電光活性材料的光纖器件的簡(jiǎn)化示意圖；圖10是依照本發(fā)明一實(shí)施例的活性材料是染料激光增益介質(zhì)的光纖器件的簡(jiǎn)化示意圖；圖11a是本發(fā)明實(shí)施例可用的一光學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖11b是本發(fā)明實(shí)施例可用的另一光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖；圖12是制造本發(fā)明實(shí)施例的光纖器件的方法的簡(jiǎn)化方框圖。
詳細(xì)描述在下面的描述中，類似的部件歸屬于相同的附圖標(biāo)記，以通過(guò)對(duì)附圖的描述增進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解。同時(shí)，除非在其中特別說(shuō)明，附圖并不是按比例繪制的。
雖然下面討論了特定的特征、結(jié)構(gòu)和配置，但應(yīng)當(dāng)理解這僅僅是為了說(shuō)明的目的。在不脫離本發(fā)明精神和范圍下相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員會(huì)認(rèn)識(shí)到其它的步驟、結(jié)構(gòu)和配置也是有效的。
現(xiàn)在參看圖1，示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的一光纖器件10的側(cè)面局部剖視圖。該光纖器件10包括一光纖，該光纖包含一被包層區(qū)或包層14包圍的芯或芯區(qū)12。芯區(qū)12例如可由摻雜鍺或其它合適材料的硅石(即二氧化硅，SiO2)制成。包層14具有比芯區(qū)12低的折射率，通常是由硅石或摻雜有氟或其它合適材料的硅石制成。該光纖例如是一種空氣-硅石(air-silica)微觀結(jié)構(gòu)(MF)光纖。
多模光纖支持特定波長(zhǎng)的多個(gè)不同的模(光路)，但是單模光纖卻被設(shè)計(jì)成僅支持特定波長(zhǎng)的基模(LP01)。對(duì)于多模光纖，芯區(qū)的直徑一般是大約50或62.5μm；而對(duì)于單模光纖，芯區(qū)的直徑一般是小于大約10微米(μm)，例如，5-8μm。對(duì)于單模光纖和多模光纖，包圍芯區(qū)12的包層14的總直徑一般都是大約125μm。通常，為了進(jìn)行保護(hù)和加強(qiáng)，包層14被一層或多層涂覆或緩沖層(未示出)覆蓋著，結(jié)果總的外徑大約是250-1000μm。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，光纖器件10包含形成在或按其它方式設(shè)置在包層14中的活性材料。例如，包層14包含一或多個(gè)毛細(xì)管、空隙或空穴16，其中注入或按其它方式設(shè)置有活性材料(圖示如18)?？晒┻x擇的是，活性材料可以設(shè)置在形成于包層14內(nèi)的一或多個(gè)環(huán)或?qū)?未示出)中。如下面將要詳細(xì)論述的，活性材料18能改變通過(guò)光纖器件10傳播的光信號(hào)的光學(xué)性能。例如，該活性材料18是一種可控的材料，其折射率可被改變以影響例如通過(guò)光纖器件10傳播的光學(xué)信息的信號(hào)強(qiáng)度。
毛細(xì)管一般是在預(yù)制階段形成。例如，依照通常被稱作“疊拉(stackand draw)”法的方法，硅石管、棒和芯棒被捆束成緊緊包裹的結(jié)構(gòu)，并且該組件再被包上包層以獲得所需的尺寸。然后，該預(yù)制棒(preform)被以這樣的方式拉制成光纖，使毛細(xì)管被其內(nèi)的空氣壓力保持張開，同時(shí)不需要的孔被保持排空張開(purged open)以使表面張力促使其破裂。其它用來(lái)在預(yù)制棒中形成毛細(xì)管的方法也是可行的，例如溶膠-凝膠法。其它拉制帶有毛細(xì)管的預(yù)制棒的方法同樣也是可行的，例如“手杖(cane)”法，其中預(yù)制棒在兩個(gè)高張力的步驟中被拉制成光纖；如果拉制張力大大高于表面張力，就可防止孔的破裂。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，該光纖器件10還包含一錐形區(qū)或部分22，其直徑小于光纖器件10的并非錐形部分的直徑。例如，與通常包層直徑大約是125μm相比，錐形區(qū)內(nèi)包層14的直徑大約是10μm。該錐形區(qū)22可提高活性材料18和通過(guò)光纖器件10傳播的模式之間相互作用的效率，從而可增進(jìn)光纖器件10的調(diào)制、衰減、抑制、濾波等操作。
活性材料18優(yōu)選被作為一種液體被引入器件10的毛細(xì)管16內(nèi)。將活性材料18引入毛細(xì)管16的一種方法是將光纖器件10的一端浸在該液體中，并在光纖器件10的另一端抽真空。作為另一選擇，也可使用正壓力來(lái)迫使活性材料18進(jìn)入毛細(xì)管16內(nèi)。一旦活性材料18位于毛細(xì)管內(nèi)，通過(guò)用密封膠來(lái)塞住毛細(xì)管16或用熱來(lái)使毛細(xì)管16塌陷，一般該活性材料18就作為液體(例如，在液晶的情形下)被永久的密封在光纖器件10內(nèi)。
可供選擇地是，該活性材料18也可作為一種包含可聚合單體單元的液體被引入。這些單體單元在毛細(xì)管16內(nèi)發(fā)生聚合并通過(guò)例如紫外或可見(jiàn)光、熱或在室溫下作為混合兩種或多種反應(yīng)成分的結(jié)果來(lái)被激活。一旦被聚合，該活性材料18就永久存在毛細(xì)管16內(nèi)。還有另一種可供選擇的方法，是按照一定方式將隨一種在適當(dāng)溶劑中的液體溶液引入固態(tài)活性材料(例如聚合物)，以使該固態(tài)材料沉積在毛細(xì)管16的壁內(nèi)。然后該溶劑被通過(guò)例如蒸發(fā)除去，從而就在毛細(xì)管16中沉積留下了一層固態(tài)活性材料18。
可供選擇地是，活性材料18也可在光纖器件10被拉制(即在預(yù)制階段)之前被引入光纖器件10內(nèi)。
盡管依照本發(fā)明實(shí)施例的光纖器件帶有一錐形區(qū)22，但是該光纖器件10在其他方面的尺寸是與常規(guī)的光纖例如標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖相一致的。例如，依照本發(fā)明實(shí)施例的光纖器件被限定尺寸以與常規(guī)的光纖例如標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖相連接。
參看圖2a-b并繼續(xù)參看圖1，示出了在不是錐形部分處該光纖器件的剖視圖(圖2a)和在錐形的部分處該光纖器件的剖視圖(圖2b)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，毛細(xì)管或空穴16是在包層14中設(shè)置的縱向結(jié)構(gòu)(formations)，例如被徑向設(shè)置在芯區(qū)12的周圍，如圖所示。同時(shí)，空穴16的構(gòu)造一般是關(guān)于芯區(qū)12對(duì)稱的，于是就改進(jìn)了通常為非對(duì)稱且伴隨不良偏振性能的設(shè)置。然而，依照本發(fā)明的其它實(shí)施例，在包層14內(nèi)可供選擇的空穴16結(jié)構(gòu)設(shè)置也是適宜的。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，一種或多種活性材料18被設(shè)置在空穴16內(nèi)。該活性材料18例如通過(guò)與傳播模式的漸逝場(chǎng)的相互作用，來(lái)改變通過(guò)光纖器件10傳播的光信號(hào)的光學(xué)性能。該活性材料18包括例如電光材料，如分散有聚合物的液晶和有機(jī)非線性材料；和/或磁光材料，如銪基磁性材料；和/或光致折射材料，如偶氮化合物或芪衍生物；和/或熱光材料，如液晶或具有足夠高dn/dT(n是折射率，T是溫度)的聚合物；和/或可提供可調(diào)增益或損耗的材料(例如激光染料像豆香素、含有稀土元素的物質(zhì)，和/或復(fù)合材料像分散有鉺顆粒的聚合物)，和/或其它適當(dāng)?shù)牟牧?。依?jù)本發(fā)明的實(shí)施例，向該活性材料施加一外部可控的壓力會(huì)導(dǎo)致活性材料的光學(xué)性能的改變，例如折射率、傳輸損耗(例如，通過(guò)散射)、吸收性能或者雙折射，其反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致光信號(hào)傳播性能的變化。這樣，通過(guò)施加這些外部可控場(chǎng)，通過(guò)光纖器件10傳播的光信息就可被例如調(diào)制、衰減、濾波、放大或其它操作。取決于該活性材料，像衰減這類操作就可以是可調(diào)的。
錐形部分22例如可以是通過(guò)加熱和拉伸光纖以使光纖的直徑變得較小來(lái)形成。依照本發(fā)明的實(shí)施例，其它用來(lái)形成光纖器件10錐形區(qū)的方法也是適宜的。然而，盡管錐形區(qū)22具有縮小了的尺寸，但該光纖的折射率分布仍然與光學(xué)器件10非錐形區(qū)的折射率分布是相同的。例如，在圖2a-2b所示的實(shí)施例中，在光纖器件10的非錐形區(qū)，外部直徑大約是125μm，芯區(qū)12的直徑大約是5-10μm，空穴16的平均直徑大約是40μm。在該錐形部分22，這種相對(duì)的比例也保持原樣光纖器件10的外徑大約是30μm，芯區(qū)12的直徑大約是2μm，空穴16的平均直徑大約是9μm。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，例如通過(guò)減小芯區(qū)12和含有活性材料18的區(qū)之間的間距，光纖器件10的錐形部分22可提高活性材料18和通過(guò)光纖器件10傳播的模式之間相互作用的效率。例如在圖2a-2b所示的光纖器件10的設(shè)置中，非錐形區(qū)內(nèi)芯區(qū)12和活性材料18之間的間距大約是17μm，但錐形區(qū)22內(nèi)的距離大約是4μm。在錐形區(qū)22內(nèi)，活性材料18實(shí)際上是更加接近于所傳播的光信息，從而允許活性材料18和傳播模式的消逝場(chǎng)之間更強(qiáng)的相互作用，這就在改變傳播模式的光學(xué)性能方面產(chǎn)生更大的效率。一般，光纖器件10被設(shè)計(jì)成在非錐形區(qū)內(nèi)芯區(qū)12和含有活性材料18的區(qū)之間有較小的相互作用。
為了支持模式場(chǎng)，光纖器件10的錐形區(qū)22會(huì)使芯區(qū)12相對(duì)較小。因而，依照本發(fā)明的實(shí)施例，該模式場(chǎng)在配置有活性材料18的地方擴(kuò)展進(jìn)入錐形包層14。在錐形區(qū)22內(nèi)包層14的部分允許模式場(chǎng)的所有或至少部分透入活性材料18中。如上面所論述的，該活性材料18能夠改變光學(xué)性能像折射率，這種改變反過(guò)來(lái)又改變其對(duì)模式場(chǎng)的影響。通過(guò)其消逝場(chǎng)的擴(kuò)展可以操縱模式場(chǎng)中的光，該消逝場(chǎng)則依賴于與其相互作用的活性材料18的折射率。
例如，如果活性材料18的折射率低于硅石的折射率，那么模式場(chǎng)的大部分就被局限于包層14內(nèi)，只有模式場(chǎng)相對(duì)小的一部分位于含有活性材料18的區(qū)域。例如參看圖3，其圖示表示作為光纖半徑函數(shù)的模式場(chǎng)強(qiáng)度。如圖所示，模式場(chǎng)的大部分通過(guò)光纖器件10傳播，也即，在距芯區(qū)12的中心大約2μm的半徑范圍內(nèi)。
可供選擇地是，如果材料的折射率大于硅石的折射率，那么模式場(chǎng)就擴(kuò)展進(jìn)入較高折射率的介質(zhì)內(nèi)(也即，進(jìn)入包層14內(nèi))。例如參看圖4，其圖示表示作為光纖半徑函數(shù)的模式場(chǎng)強(qiáng)度。在這種情形下，很少的模式場(chǎng)通過(guò)光纖器件10傳播。而且參看圖5，其表示作為光纖半徑函數(shù)的模式場(chǎng)強(qiáng)度，該光纖帶有一種為固有損耗的聚合物的活性材料。
在活性材料18的折射率小于硅石的折射率的情形下，這兩個(gè)折射率之差將決定模式場(chǎng)透入活性材料18中的量。而且，可控制透過(guò)的量來(lái)獲得在光學(xué)器件10輸出方面所需的變化。例如，如果活性材料18是有損耗的，則這種效應(yīng)可被用于制造一種可變衰減器。
現(xiàn)在參看圖6a-6b，所示為依照本發(fā)明一可選擇實(shí)施例的光學(xué)器件60的剖視圖。圖6a示出了在不是錐形部分處該光纖器件60的橫剖面；圖6b示出了在錐形部分處該光纖器件60的橫剖面。在本發(fā)明該可供選擇的實(shí)施例中，活性材料18被設(shè)置在形成于包層14內(nèi)的一或多個(gè)環(huán)孔或?qū)?4內(nèi)。該環(huán)24一般是在預(yù)制階段形成的。例如，一種活性材料例如鉺被形成在預(yù)制棒內(nèi)。然后該預(yù)制棒被拉伸，接著在其中形成一錐形部分。
參看圖7，示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖器件70，其中的活性材料18是一種熱光活性材料。例如，該活性材料是一種熱光聚合物，像脂族丙烯酸酯和氟代丙烯酸脂(該材料具有相當(dāng)高的dn/dT，例如，大約是-4×10-4)的共聚物。該錐形區(qū)22被一烘箱24或其它用來(lái)改變活性材料18的溫度的適當(dāng)裝置(例如，在光纖上的集成薄膜加熱器)包圍著。如上所討論的，在該實(shí)施例中，加熱該活性材料18就影響其折射率，隨后就影響該器件70中傳播模式的光學(xué)性能。
圖8用圖表示出圖7的光纖器件70作為溫度函數(shù)的傳輸強(qiáng)度。在相對(duì)低的溫度(例如，20℃)處，活性材料18的折射率大于或等于硅石的折射率。因而，光易于折射進(jìn)入較高折射率的活性材料18和包層14內(nèi)并且不用引導(dǎo)。而且，該活性材料18(聚合物)的固有損耗對(duì)光纖器件70內(nèi)傳播模式的損耗起到了附加的作用。通常對(duì)非錐形光纖內(nèi)聚合物損耗的估計(jì)大約是1dB/mm的數(shù)量級(jí)。如果活性材料18被加熱，則其折射率變得小于硅石的折射率。從而，通過(guò)全反射，更多的光趨于通過(guò)光纖器件70傳播。一般的傳輸損耗大約是0.8dB。其動(dòng)態(tài)范圍大約是30dB，也就是說(shuō)，衰減和其它適宜傳播模式操縱的操作在大約30dB的范圍內(nèi)是可調(diào)的。該光纖器件60顯示了小于0.5dB的低偏振依賴性和相對(duì)小的波長(zhǎng)依賴性。
現(xiàn)在參看圖9，示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)器件80，其中活性材料18是一種電光活性材料。例如，該活性材料是一種或多種液晶材料，或包含內(nèi)消耗配合基的聚合物，或一種聚合物分散型液晶(PDLC)，或一種有機(jī)非線性光學(xué)材料，或一種電光聚合物，或其它可隨著電場(chǎng)改變其光學(xué)性能的適宜的材料。某些壓電聚合物，像聚偏氟乙烯(PVDF)和偏二氟乙烯與三氟乙烯的共聚物，也顯示了電光的性能。而且，也可用有機(jī)非線性光學(xué)材料摻雜這些聚合物來(lái)提高其電光響應(yīng)。雖然像液晶這樣的材料直接響應(yīng)于相對(duì)低的電場(chǎng)，但是有機(jī)非線性光學(xué)材料卻需要在高電場(chǎng)下極性還原(poling)以排列分子，和與極性還原中的化學(xué)或物理變化相結(jié)合，該極性還原則將分子永久鎖定在其定向位置上。一旦被定向，這些分子就具有在相對(duì)低的電場(chǎng)下相對(duì)快的電光響應(yīng)。PVDF聚合物和共聚物在將其用作電光材料之前也需要極性還原和/或暴露在高能束下，像電子束或伽馬射線。
一對(duì)電極26設(shè)置在錐形區(qū)22附近以對(duì)電光活性材料18施加一電場(chǎng)。為了調(diào)制光纖器件80的傳輸，電極26向光電活性材料18施加一電場(chǎng)。下式給出了電光活性材料18折射率的變化n＝n0+(1/2)no3rE其中n0是施加電場(chǎng)E前電光材料的折射率，r是該材料的電光系數(shù)。
與光纖器件80不帶有錐形區(qū)22相比，錐形區(qū)22允許電極26被設(shè)置成與活性材料18更加接近。相應(yīng)的，與常規(guī)的光纖器件相比，電極26被設(shè)置成距活性材料18更近。例如，依照本發(fā)明的實(shí)施例，錐形區(qū)22允許電極26與活性材料18分開在大約10μm的范圍內(nèi)。這樣，電光效應(yīng)就更加有效，并且所需電光效應(yīng)需要的電壓也比通常結(jié)構(gòu)下的更低。
現(xiàn)在參看圖10，示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的一光纖器件90，其中活性材料18是一種增益介質(zhì)，像染料激光器。依照本發(fā)明可供選擇的實(shí)施例，通過(guò)在包層14的空穴16中注入或以其它方式設(shè)置像染料激光器28的溶液來(lái)制成光纖放大器件。在這種實(shí)施例中，通過(guò)導(dǎo)模的消逝場(chǎng)與增益介質(zhì)例如染料激光器28的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)放大。提高增益放大的溶液的選擇可在例如溶液濃度的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行。
現(xiàn)在參看圖11a-b，示出了各種系統(tǒng)配置的簡(jiǎn)化示意圖100，其中依照本發(fā)明實(shí)施例的光纖器件是可用的。該系統(tǒng)100包括一或多個(gè)光學(xué)信息發(fā)射源110，一光學(xué)傳輸介質(zhì)，和一或多個(gè)用來(lái)接收所傳輸?shù)男畔⒌慕邮掌?20。依照本發(fā)明如圖11a所示的實(shí)施例，該光學(xué)傳輸介質(zhì)包括至少一根連接在發(fā)射源110上的常規(guī)光纖130，和至少一個(gè)依照本發(fā)明如上所述的光纖器件10。而且，例如至少一常規(guī)的光纖130被耦合在光纖器件10和接收器120之間。依照本發(fā)明圖11b所示的實(shí)施例，該光學(xué)傳輸介質(zhì)包括至少一光纖或光纖器件10，耦合在發(fā)射機(jī)110和接收機(jī)120之間，并且具有例如上述的錐形區(qū)。
現(xiàn)在參看圖12，示出了用來(lái)制造依照本發(fā)明實(shí)施例光纖器件的方法的簡(jiǎn)化方框圖。該方法120包括一形成光纖器件的步驟122，該光纖器件帶有芯區(qū)、包層和位于包層內(nèi)的至少一個(gè)用來(lái)設(shè)置活性材料的空穴或環(huán)。方法120的另一個(gè)步驟124是逐漸變細(xì)光纖器件的至少一個(gè)部分。方法120的再一個(gè)步驟126是將活性材料設(shè)置在包層內(nèi)的空穴或環(huán)中。依照本發(fā)明的實(shí)施例，在光纖器件被從預(yù)制棒拉制之后，該活性材料被設(shè)置在空穴中。依照本發(fā)明可供選擇的實(shí)施例，該活性材料被形成在預(yù)制棒中，也就是說(shuō)，是在光纖器件形成之前形成在預(yù)制棒中。例如，一活性材料(例如鉺)的環(huán)形成在預(yù)制棒中，然后該預(yù)制棒被拉伸成一光纖器件。
因此，依照本發(fā)明的實(shí)施例，將活性材料設(shè)置在空穴或環(huán)內(nèi)的步驟126可在形成光纖器件的步驟122之前或之后進(jìn)行。同樣，依照本發(fā)明的實(shí)施例，將活性材料設(shè)置在光纖器件內(nèi)的步驟126也可以是在逐漸變細(xì)該器件的一部分的步驟124之前或之后進(jìn)行。
很明顯，對(duì)本領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可對(duì)在此描述的光纖器件的實(shí)施例作出多種改進(jìn)和替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物的范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種光纖器件(10)，包括一定長(zhǎng)度的光纖，其具有一芯區(qū)(12)和一圍繞該芯區(qū)形成的包層(14)，該長(zhǎng)度的光纖具有第一直徑，其中該長(zhǎng)度光纖的至少一部分包括一錐形區(qū)(22)，具有比第一直徑小的第二直徑；和一種活性材料(18)，設(shè)置在錐形區(qū)中包層的至少一部分內(nèi)，其中該活性材料能夠按照一定方式改變其光學(xué)性能，以改變?cè)撻L(zhǎng)度光纖中光信號(hào)的傳播性能。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，還包括至少一個(gè)形成在包層內(nèi)的空穴(16)，其中該活性材料被設(shè)置在該至少一個(gè)空穴內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，還包括至少一個(gè)形成在包層內(nèi)的環(huán)孔(24)，其中該活性材料被設(shè)置在該至少一個(gè)環(huán)孔內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料進(jìn)一步包括一電光材料，其中該電光材料具有一隨電場(chǎng)的變化而變化的折射率，并且該至少一個(gè)空穴系按一定方式形成在包層內(nèi)，以按照該電光材料的折射率變化改變?cè)摴鈱W(xué)器件內(nèi)傳播的光信號(hào)的傳播性能。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料進(jìn)一步包括一磁光材料，其中該磁光材料具有一隨磁場(chǎng)的變化而變化的折射率，并且該至少一個(gè)空穴系按一定方式形成在包層內(nèi)，以按照該磁光材料的折射率變化改變?cè)摴鈱W(xué)器件內(nèi)傳播的光信號(hào)的傳播性能。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料進(jìn)一步包括一熱光材料，其中該熱光材料具有一隨溫度的變化而變化的折射率，并且該至少一個(gè)空穴系按一定方式形成在包層內(nèi)，以按照該熱光材料的折射率變化改變?cè)摴鈱W(xué)器件內(nèi)傳播的光信號(hào)的傳播性能。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料進(jìn)一步包括一光致折射材料，其中該光致折射材料具有一響應(yīng)于暴露在給定波長(zhǎng)的光而變化的折射率，并且該至少一個(gè)空穴系按一定方式形成在包層內(nèi)，以按照該光致折射材料的折射率變化改變?cè)摴鈱W(xué)器件內(nèi)傳播的光信號(hào)的傳播性能。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料進(jìn)一步包括一增益介質(zhì)，其中該光纖器件對(duì)在該光纖器件中傳播的光信號(hào)進(jìn)行放大。
9.利要求1所述的光纖器件，其中該芯區(qū)和該包層被按一定方式配置，以使該活性材料光學(xué)性能的變化影響錐形區(qū)內(nèi)光信號(hào)的傳播性能，而不影響不在錐形區(qū)內(nèi)光信號(hào)的傳播性能。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖器件，其中該活性材料的折射率從一大于芯區(qū)折射率的第一值變化到一小于芯區(qū)折射率的第二值。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種光纖器件(10)，如調(diào)制器、可變的衰減器或可調(diào)的濾波器，該光纖器件包括一光纖，該光纖具有一芯區(qū)(12)、一圍繞該芯區(qū)的包層(14)，和一種可控的活性材料(18)設(shè)置在例如包層內(nèi)形成的毛細(xì)管(16)或者環(huán)(24)內(nèi)。該活性材料包括例如電光材料、磁光材料、光致折射材料、熱光材料和/或像激光染料這種可提供可調(diào)增益或衰減的材料。例如溫度、光或電場(chǎng)或磁場(chǎng)的施加改變?cè)摶钚圆牧系墓鈱W(xué)性能，反過(guò)來(lái)又改變或影響該器件中光信號(hào)的傳播性能。該光學(xué)器件包括一錐形區(qū)(22)，該錐形區(qū)促使芯模擴(kuò)展進(jìn)入包層區(qū)，同時(shí)允許該活性材料比較靠近所傳播的模式，從而允許在活性材料和所傳播的模式之間的相互作用。
文檔編號(hào)G02F1/095GK1445565SQ0213051
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月15日
發(fā)明者本杰明·J.·伊格頓, 阿特羅·黑爾, 查爾斯·科巴格, 羅伯特·S.·溫德勒 申請(qǐng)人:菲特爾美國(guó)公司