專利名稱：純石英芯包層模諧振特種光纖及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純石英芯包層模諧振特種光纖，屬光纖技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的包層模 諧振特種光纖具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用靈活、便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于制 作光纖光譜濾波器、色散補(bǔ)償器、光纖傳感器等。
技術(shù)背景包層模諧振是利用某些特殊的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將在光纖纖芯中傳輸?shù)墓饽芰狂詈系焦?纖包層波導(dǎo)中傳輸，耦合結(jié)構(gòu)參數(shù)決定不同階纖芯模式和包層模式的相位匹配條件，從 而實(shí)現(xiàn)包層禾莫i皆振[B. J. Eggleton, R S. Westbrook, et al. Journal of Lightwave Technology, 2000， 18(8):1084-1100]。包層模諧振特性可以解決許多光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn) 題其一，色散管理作用——利用包層模諧振特性可以實(shí)現(xiàn)光能量在纖芯模和包層模間 交換，這將改變整個(gè)光纖波導(dǎo)的模式色散特性，能夠獲得色散補(bǔ)償、色散平坦等特種光 纖；其二，光譜濾波作用——基于包層模諧振特性，能夠獲得性能優(yōu)良的光纖光譜濾波 器，在光纖通信系統(tǒng)中的許多技術(shù)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，如在EDFA系統(tǒng)中，利用長(zhǎng)周期光纖 光柵的包層模諧振濾波特性實(shí)現(xiàn)增益平坦化；其三，光纖傳感作用——光纖的包層相對(duì) 于纖芯對(duì)于外界物理量的變化(如折射率、吸收)更加敏感，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖包層模 傳輸特性的變化，能夠更加易于獲得具有高靈敏度的光纖傳感器，而包層模諧振特性在 這里既可以起到將光能量由纖芯模轉(zhuǎn)移到包層模的作用，又可以起到監(jiān)控包層模特性變 化的作用，即實(shí)現(xiàn)對(duì)被傳感量高靈敏度的檢測(cè)。綜上所述，包層模諧振已經(jīng)成為光纖通 信、傳感等相關(guān)領(lǐng)域研究中一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，由此可以演化出許多獨(dú)特的、具有原 創(chuàng)新性的光纖應(yīng)用系統(tǒng)和器件，因此制備包層模諧振特種光纖是很有必要的。實(shí)現(xiàn)光纖包層模諧振的技術(shù)主要包括光纖光柵[Na Chen, Binfeng Yun, and Yiping Cui. Applied Physics Letters, 2006, 88: 133902 1-3]、光子晶體光纖等。光纖光柵技術(shù)是利用在光纖 中寫(xiě)入光柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)光柵輔助以獲得纖芯模和包層模的相位匹配，從而實(shí)現(xiàn)包層模諧 振，它是目前研究最為廣泛和系統(tǒng)的包層模諧振技術(shù)，尤其是長(zhǎng)周期光纖光柵；基于光 子晶體光纖的包層模諧振技術(shù)是近年來(lái)隨著光子晶體光纖理論和制備工藝日漸成熟而 出現(xiàn)的，它通常是在均勻周期性分布的多孔包層結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)某種折射率結(jié)構(gòu)缺陷，控制 包層模和纖芯模的色散特性以滿足相位匹配條件，從而實(shí)現(xiàn)包層模諧振[Kunimasa Saitoh, Nikolaos John Florous， et al. Optics Express, 2006, 14(16):7342-7352]，這種包層模諧振技術(shù)對(duì)于根 據(jù)特殊的應(yīng)用情況，優(yōu)化光子晶體光纖的性能十分有用，因此也是光子晶體光纖特性的一個(gè)重要研究方向。但是，基于光纖光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的包層模諧振需要光纖的二次加工，其可靠性和一致 性等方面均會(huì)存在問(wèn)題，特別是在高溫和長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)性能退化的問(wèn)題，這一深 層次的科學(xué)問(wèn)題將有待解決；基于光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)的包層模諧振，因其制備工藝十分 復(fù)雜，目前我國(guó)還沒(méi)有商業(yè)化的生產(chǎn)廠家，主要需進(jìn)口，特別是模式分布以及與常規(guī)單 模光纖的耦合問(wèn)題也是有待解決的科學(xué)難題。同時(shí)，以上兩種實(shí)現(xiàn)形式，在包層模諧振 器件的濾波寬度、濾波穩(wěn)定性、模式噪聲等方面還存在有待進(jìn)一步解決的難題，這就需 要研究基于新原理的光纖波導(dǎo)及其器件。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于根據(jù)包層模諧振理論，提供一種新型的純石英芯包層模諧振特種 光纖。該光纖具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用靈活、便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于制 作光纖光譜濾波器、色散補(bǔ)償器、光纖傳感器等。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思在于-提出了一種新的純石英芯包層模諧振特種光纖，該光纖基于雙包層光纖結(jié)構(gòu)，其基 本結(jié)構(gòu)如圖l所示，纖芯和外包層之間由一低折射率內(nèi)包層相隔，纖芯模和包層模通過(guò) 漸逝波相互作用，在纖芯模和包層模滿足相位匹配的情況下，在纖芯中傳輸?shù)墓饽芰哭D(zhuǎn) 移到外包層中傳輸，實(shí)現(xiàn)包層模諧振。由于模式色散特性的相位匹配條件同波長(zhǎng)有關(guān)系， 即諧振波長(zhǎng)，在此波長(zhǎng)處纖芯模傳輸光譜表現(xiàn)為阻帶濾波特性。通過(guò)纖芯和包層結(jié)構(gòu)的 優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的光纖濾波、色散補(bǔ)償、傳感等器件。根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種純石英芯包層模諧振特種光纖，包括純石英的纖芯(1)和純石英的外包層(3)， 其特征在于有一諧振內(nèi)包層(2)夾在纖芯(1)和外包層(3)之間，該諧振內(nèi)包層(2) 具有比纖芯(1)和外包層(3)低的折射率、并能保證部分光能在諧振內(nèi)包層(2)內(nèi) 傳輸諧振內(nèi)包層厚度。上述的純石英芯包層模諧振特種光纖，其特征在于諧振內(nèi)包層(2)是以純石英為 基質(zhì)摻雜410 600ppm的B203或氟F，對(duì)單模光纖而言，其包層厚度在11 25^im。一種上述的純石英芯包層模諧振特種光纖的制備方法，其特征在于對(duì)于研制和小批 量生產(chǎn)高性能純石英芯包層模諧振特種光纖，采用氣相沉積法MCVD在氣相沉積法 MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成純石英外包層(3)、諧振內(nèi)包層(2)和 純石英纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。一種上述的純石英芯包層模諧振特種光纖的制備方法，其特征在于對(duì)于大小批量生 產(chǎn)高性能純石英芯包層模諧振特種光纖，采用管外氣相沉積法OVD在管外氣相沉積法 OVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成純石英纖芯(1)、諧振內(nèi)包層(2)和純石 英外包層(3)，最后形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。與光纖光柵和光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)的包層模諧振相比，本發(fā)明具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(1)由于包層模諧振特種光纖同普通單模光纖相比只是增加了內(nèi)包層結(jié)構(gòu)，其具有制備工藝成熟、簡(jiǎn)單，同傳統(tǒng)MCVD制備普通單模光纖的技術(shù)相兼容等優(yōu)點(diǎn)；(2)由于利用 MCVD、 OVD、 PCVD、 VAD制棒和拉絲設(shè)備可以成批量的制備包層模諧振特種光纖， 因此，同光子晶體光纖相比，其具有生產(chǎn)效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)需光纖的二次 加工，性能的一致性好；(3)包層模諧振特種光纖是利用特殊的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)包層 模諧振，因此，同紫外光寫(xiě)入光纖光柵器件相比，不存在高溫或長(zhǎng)期使用性能退化的問(wèn) 題；(4)包層模諧振特種光纖同光子晶體光纖相比具有更為簡(jiǎn)單的折射率分布，因此通 過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以更為方便地實(shí)現(xiàn)同普通單模光纖的高效耦合，即直接用熔 接技術(shù)同普通單模光纖進(jìn)行耦合；(5)這種包層模諧振特種光纖使用起來(lái)十分靈活，同 時(shí)可以通過(guò)控制其接入長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)其傳輸特性，另外還可以接入多段這種特種光纖，優(yōu) 化濾波特性，如應(yīng)用于EDFA的色散補(bǔ)償或抑制光纖激光器中的ASE噪聲等，可以實(shí) 現(xiàn)特殊的功能，如準(zhǔn)分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等。


圖1為本發(fā)明純石英芯包層模諧振特種光纖結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1所示光纖的折射率分布圖。圖中1—纖芯、2—諧振內(nèi)包層、3—外包層；nc。一纖芯折射率、ncn一諧振內(nèi)包層 折射率、n^—外包層折射率、n—縱坐標(biāo)折射率、r一橫坐標(biāo)光纖半徑。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例將本發(fā)明進(jìn)一步敘述于后。實(shí)施例一參見(jiàn)圖l，本發(fā)明的一種純石英芯包層模諧振特種光纖，由三部分組成 纖芯1、諧振內(nèi)包層2和外包層3。纖芯1的材料為純石英材料，諧振內(nèi)包層2的材料是由純石英摻雜低折射率的添加物氟F組成，外包層3的材料是純石英。諧振內(nèi)包層2 夾置于纖芯1和外包層3之間。上述的純石英芯包層模諧振特種光纖，纖芯(1)是高純度的石英材料、諧振內(nèi)包 層(2)是以純石英為基質(zhì)摻雜450ppm氟，對(duì)125pm的單模光纖，其包層厚度在15pm。上述的純石英芯包層模諧振特種光纖的制備方法，是采用氣相沉積法MCVD在氣相 沉積法MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成純石英外包層G)、諧振內(nèi)包層(2) 和純石英纖芯(l)，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成純石英芯包層模諧 振特種光纖，其纖芯直徑8pm、光纖直徑125pm。上述光纖的折謝率分布示于圖2。
權(quán)利要求
1.一種純石英芯包層模諧振特種光纖，包括純石英的纖芯(1)和純石英的外包層(3)，其特征在于纖芯有一諧振內(nèi)包層(2)夾在纖芯(1)和外包層(3)之間，所述的諧振內(nèi)包層(2)具有比纖芯(1)和外包層(3)低的折射率、并能保證部分光能在諧振內(nèi)包層(2)內(nèi)傳輸?shù)闹C振內(nèi)包層厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的純石英芯包層模諧振特種光纖，其特征在于所述的諧振內(nèi)包 層(2)的材料是以純石英為基質(zhì)摻雜410~600ppm的B2Cb或氟F;對(duì)單模光纖而 言，諧振內(nèi)包層厚度為11 25pm。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的純石英芯包層模諧振特種光纖的制備方法，其特征 在于對(duì)于研制和小批量生產(chǎn)高性能純石英芯包層模諧振特種光纖，采用氣相沉積法 MCVD在氣相沉積法MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成純石英外包層(3)、諧振內(nèi)包層(2)和純石英纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行 拉絲制成光纖。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的純石英芯包層模諧振特種光纖的制備方法，其特征 在于對(duì)于大小批量生產(chǎn)高性能純石英芯包層模諧振特種光纖，采用管外氣相沉積法 OVD在管外氣相沉積法OVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成純石英纖芯(1)、諧振內(nèi)包層(2)和純石英外包層(3)，最后形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉 絲制成光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純石英芯包層模諧振特種光纖及其制備方法。本光纖包括純石英的纖芯和純石英的外包層，有一諧振內(nèi)包層夾于在纖芯和外包層之間，諧振內(nèi)包層具有比纖芯和外包層低的折射率，并能保證部分光能在諧振內(nèi)包層內(nèi)傳輸?shù)闹C振內(nèi)包層厚度。本發(fā)明提供了采用氣相沉積法在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(MCVD)制棒機(jī)上直接制成具有外包層沉積、諧振內(nèi)包層沉積和纖芯沉積的光纖預(yù)制棒，然后進(jìn)行拉制光纖。同時(shí)，也適用于管外氣相沉積法(OVD)、等離子氣相沉積法(PCVD)、軸相氣相沉積法(VAD)等制棒技術(shù)制備本發(fā)明的光纖預(yù)制棒。本發(fā)明的包層模諧振特種光纖具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用靈活、便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于制作光纖光譜濾波器、色散補(bǔ)償器、光纖傳感器等。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101236272SQ200810034119
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者向文超, 龐拂飛, 梁文斌, 王廷云, 陳振宜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)