專(zhuān)利名稱：?jiǎn)纹S元件的制作方法
相關(guān)應(yīng)用交叉對(duì)照本發(fā)明是1998年6月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)NO.60/091,092的拓展，本專(zhuān)利的內(nèi)容在此根據(jù)并整體結(jié)合參考文獻(xiàn)，并要求具有U.S.C.§120下的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明背景1．本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及單片濾光器，特別涉及單光纖同軸馬赫曾德耳和晶格元件及其應(yīng)用。
2．技術(shù)背景當(dāng)前，對(duì)窄帶波分復(fù)用(WDM)耦合器和濾光器產(chǎn)生了新興需要。重要的應(yīng)用包括為稀土族和喇曼放大器提供的寬帶增益平坦濾光器。例如，這些元件可以用于調(diào)整鉺光纖放大器的增益譜而應(yīng)用于1550nm窗口中。它們還可以廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)途干線，以及光纖用戶體系內(nèi)。這些元件相對(duì)環(huán)境一定要穩(wěn)定且可靠。
已知馬赫曾德耳濾光器具有窄帶波長(zhǎng)的能力。通過(guò)將兩個(gè)衰減耦合器聯(lián)接，中間加上不同光纖波長(zhǎng)，這樣形成具有1nm窄通帶的這種濾光器。但是，該方法很難重復(fù)生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定的元件。聯(lián)接光纖受到外界不安定環(huán)境的影響，例如溫度變化，以及隨機(jī)的彎曲力。
已經(jīng)提出了一種環(huán)境穩(wěn)定的馬赫曾德耳元件，它對(duì)溫度梯度并不敏感，且能夠忍受無(wú)意中產(chǎn)生的彎曲作用力。該元件包括一個(gè)狹長(zhǎng)的矩陣玻璃體，第一和第二兩個(gè)不同的光纖延伸穿過(guò)該玻璃體。該玻璃體包括一個(gè)相移區(qū)域，光纖在該區(qū)域具有不同的傳播常數(shù)，在相移區(qū)，光學(xué)信號(hào)按照不同的速度傳播通過(guò)光纖。在相移區(qū)相對(duì)的兩側(cè)，該玻璃體進(jìn)一步包括兩個(gè)等距的，錐形耦合器區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的玻璃體直徑和光纖直徑比相移區(qū)內(nèi)的小。雖然光纖的傳播常數(shù)在相移區(qū)不同，鑒于形成耦合的錐形區(qū)的內(nèi)芯的尺寸較小，按照基本模式傳播進(jìn)入錐形耦合區(qū)域內(nèi)的光纖的傳播常數(shù)的差異并不重要。
建議將外包層馬赫曾德耳耦合器應(yīng)用于增益平坦濾光器。對(duì)摻鉺光纖放大器過(guò)濾紅帶或藍(lán)帶增益來(lái)說(shuō)，這種雙耦合器元件的典型正弦關(guān)系是有用的。寬帶增益濾光器需要非正弦的濾光器性能。這種采用三個(gè)耦合器-兩個(gè)內(nèi)芯外包層晶格結(jié)構(gòu)的寬帶功能已經(jīng)做了證明。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雙光纖外包層馬赫曾德耳窄帶濾光器趨向于對(duì)偏振敏感，因?yàn)樵谠圃爝^(guò)程中，當(dāng)外管塌縮在光纖上時(shí)，內(nèi)芯在該元件相移區(qū)內(nèi)發(fā)生變形。
一種同軸幾何結(jié)構(gòu)已經(jīng)用于降低偏振敏感性。這種元件由兩波導(dǎo)，一桿狀波導(dǎo)(光纖中芯)和同軸管狀或環(huán)狀波導(dǎo)形成的光纖構(gòu)成。中芯和環(huán)狀波導(dǎo)的折射率相對(duì)介于纖芯和環(huán)狀波導(dǎo)之間的包層涂層和圍繞環(huán)狀波導(dǎo)的外包層的折射率被抬高。鑒于以下原因，要實(shí)施這樣的設(shè)計(jì)是困難的。為了將來(lái)自纖芯波導(dǎo)的光與環(huán)狀波導(dǎo)中環(huán)狀模式的光耦合，要求錐形區(qū)內(nèi)這些模式的傳播系數(shù)相類(lèi)似。而良好濾光的性能又需要傳播系數(shù)不一致。很難做出滿足這些需要的同軸光纖耦合器。更重要的是，在由具有中芯波導(dǎo)和環(huán)狀波導(dǎo)構(gòu)成光纖的同軸元件中，環(huán)狀模式可與環(huán)狀波導(dǎo)緊密聯(lián)接，該波導(dǎo)并不容易由輸出光纖的尾纖的保護(hù)涂層而剝露。也許有必要利用折射率匹配液體的進(jìn)一步浸浴，從而防止環(huán)狀波導(dǎo)內(nèi)傳播的光達(dá)到該元件的輸出端。如果環(huán)狀模式達(dá)到了輸出尾纖和系統(tǒng)光纖之間的交接處，就會(huì)產(chǎn)生模態(tài)噪聲。此外，對(duì)由具有內(nèi)芯和環(huán)狀波導(dǎo)的同軸光纖構(gòu)成的馬赫曾德耳元件的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，插入損耗性能是非常沒(méi)有可復(fù)制性的。
本發(fā)明綜述本發(fā)明提供環(huán)境穩(wěn)定干涉和晶格元件，該元件表現(xiàn)了較低的過(guò)損耗和較低的偏振相關(guān)損耗。本發(fā)明的干涉和晶格元件價(jià)廉且制造簡(jiǎn)便。元件輸出尾纖和系統(tǒng)光纖之間交接處的模態(tài)噪聲可以降到最低，或消除。
本發(fā)明的一個(gè)方面是，用于過(guò)濾光信號(hào)的光學(xué)裝置。該光學(xué)裝置有一個(gè)可調(diào)諧的光譜響應(yīng)。該光學(xué)裝置包括一個(gè)第一光纖，具有第一纖芯和折射率為n2的第一包層，第一纖芯包括一折射率為n1的第一中央?yún)^(qū)；以及與第一光纖結(jié)合的第一光纖耦合調(diào)節(jié)器，第一光纖耦合調(diào)節(jié)器與第一光路和第二光路之間的光信號(hào)耦合，并基本上阻止耦合接入第三光路的光信號(hào)。
另一方面，本發(fā)明還包括一個(gè)同軸元件，工作于工作波長(zhǎng)λ0，該元件包括單光纖，其纖芯的最大折射率n1，該纖芯被最大折射率為n2的包層包覆，在纖芯和包層之間配置了一個(gè)最大折射率為n5的折射率臺(tái)階，其中n1＞n5＞n2，至少光纖內(nèi)一個(gè)錐形區(qū)域，即光纖從其上具有保護(hù)涂層并形成光纖尾纖的錐形區(qū)的一端延伸的一部分，該錐形區(qū)的錐角大至足以導(dǎo)致LP01和LP02模式之間的耦合，但還未增大到與LP03模式耦合，其中光纖的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λc0大于200nm，小于工作波長(zhǎng)λ0。
另一方面，本發(fā)明含有一個(gè)同軸元件，其中包括一單光纖，其纖芯的最大折射率為n1，且被最大折射率為n2的包層包覆，在纖芯和包層之間配置了一個(gè)最大折射率為n5的折射率臺(tái)階，其中n1＞n5＞n2；至少沿光纖有軸向分布的第一和第二錐形區(qū)；兩個(gè)錐形區(qū)之間延伸形成相移區(qū)；從正對(duì)相移區(qū)的第一錐形區(qū)的一端延伸形成第一光纖尾纖，該錐形區(qū)的錐角大至足以導(dǎo)致LP01和LP02模式之間的耦合，但還未增大到與LP03模式耦合。
另一方面，本發(fā)明包括一種方法，采用具有預(yù)定光譜響應(yīng)的光學(xué)裝置過(guò)濾光信號(hào)，該光學(xué)裝置包括第一光纖，具有第一纖芯區(qū)和折射率為n2的第一包層，該第一纖芯區(qū)包括折射率為n1的第一纖芯，該方法包括提供一與第一光纖結(jié)合的第一光纖耦合調(diào)節(jié)器；將光信號(hào)引入第一光纖；將LP01模式的光信號(hào)耦合接入LP02模式，其中第一光纖耦合調(diào)節(jié)器將LP01模式和LP02模式之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并基本上阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入LP03模式。
本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在接下來(lái)詳細(xì)的說(shuō)明中給出，對(duì)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，如所述實(shí)施本發(fā)明是容易部分理解，其中包括以下詳細(xì)說(shuō)明，權(quán)利要求，以及附圖。
應(yīng)該理解的是，前面的綜述和以下的詳細(xì)說(shuō)明都僅僅是本發(fā)明的范例，為了理解本發(fā)明權(quán)項(xiàng)所述的特征和本質(zhì)，我們準(zhǔn)備給出一個(gè)綜述或結(jié)構(gòu)。附圖用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合形成詳細(xì)說(shuō)明的一部分。附圖示范了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一并用于解釋本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖2表示圖1所示元件的折射率分布圖。
圖3為本發(fā)明第二，三，四個(gè)實(shí)施例中采用的兩個(gè)耦合器馬赫曾德耳的結(jié)構(gòu)。
圖4為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的截面示意圖。
圖5為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的折射率分布圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的馬赫曾德耳的插入損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖。
圖7為本發(fā)明第三個(gè)和第四個(gè)實(shí)施例的截面示意圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的折射率分布圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的折射率分布圖。
圖10表示為光孤立子傳輸系統(tǒng)中所用的根據(jù)第二，第三，第四實(shí)施例構(gòu)成濾光器的馬赫曾德耳的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖。
圖11為圖10中的馬赫曾德耳元件中使用的光孤立子傳輸系統(tǒng)。
圖12為一組級(jí)聯(lián)的馬赫曾德耳元件。
圖13A-13D描繪了馬赫曾德耳鏈的信道過(guò)濾功能。
圖14根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例給出同軸晶格元件。
圖15A-15D為圖14中同軸晶格元件的光譜響應(yīng)的關(guān)系曲線圖。
圖16為采用了圖14中同軸元件的喇曼放大器。
圖17為采用了圖14中同軸元件的摻鉺光纖放大器。
圖18為二氧化硅玻璃內(nèi)密度與鉺增益光譜的波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線圖。
圖19為級(jí)聯(lián)兩個(gè)三錐晶格元件形成的增益平坦濾光器。
圖20為圖20中給出的增益平坦濾光器的光譜響應(yīng)。
圖21為用三錐晶格將馬赫曾德耳元件級(jí)聯(lián)構(gòu)成的增益平坦濾光器。
圖22為將毛細(xì)管塌縮在光纖上，然后拉伸該毛細(xì)管形成耦合區(qū)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖23為特殊元件光纖的氯密度與光纖半徑之間的關(guān)系曲線圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例，詳細(xì)進(jìn)行參考說(shuō)明，這些范例都在附圖中進(jìn)行了圖示。所有附圖中已盡可能使用的同樣參考號(hào)碼表示同一或類(lèi)似部分。本發(fā)明同軸光學(xué)裝置的一個(gè)范例如圖1所示，并用參考號(hào)碼10表示在所有附圖中。
下面的符號(hào)用以表示本發(fā)明的特征。Δ表示兩個(gè)光傳播材料之間的相對(duì)折射率之差。因此，Δ1-2等于(n12-n22)/2n12,Δ5-2等于(n52-n22)/2n22，且Δ2-3等于(n22-n32)/2n22，其中n1,n2,n3和n5分別表示光纖纖芯中央?yún)^(qū)，光纖包層，元件外包層和纖芯區(qū)內(nèi)光纖臺(tái)階的折射系數(shù)。纖芯區(qū)還可以包括凹槽。
根據(jù)本發(fā)明，單片同軸元件10的本發(fā)明包括一耦合調(diào)節(jié)器300。耦合調(diào)節(jié)器300含有一光耦合器302和一耦合抑制器304。耦合器302與兩光路，LP01模式和LP02模式之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合。耦合抑制器304允許光信號(hào)在LP01模式和LP02模式之間進(jìn)行耦合，但阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入類(lèi)似LP03模式的更高階模式。耦合調(diào)節(jié)器300可調(diào)諧，以提供預(yù)定的所需光譜響應(yīng)。此外，光學(xué)裝置10可以級(jí)聯(lián)或結(jié)合，以提供復(fù)雜形狀的光譜響應(yīng)。
耦合調(diào)節(jié)器300根據(jù)其應(yīng)用，包括一個(gè)，兩個(gè)或三個(gè)耦合器和耦合抑制器。為各種應(yīng)用配置的耦合調(diào)節(jié)器300包括信道濾波，一濾光器用于光孤立子傳輸系統(tǒng)以消除顫動(dòng)，帶通濾光器，陷波濾光器，喇曼放大器濾光器，稀土放大器濾光器，以及具有光譜響應(yīng)的增益平坦濾光器，該光譜響應(yīng)合乎任何需要或預(yù)定形狀。光學(xué)裝置10還有另一些特征和優(yōu)點(diǎn)。制造成本低，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它是一種對(duì)環(huán)境穩(wěn)定的元件，表現(xiàn)出較低的過(guò)損耗，較低的偏振相關(guān)損耗，同時(shí)使元件尾纖和系統(tǒng)光纖交接處的模態(tài)噪聲消除或最小化。
如圖1所示，光學(xué)裝置10包括光纖25，耦合調(diào)節(jié)器300。光纖25含有纖芯區(qū)30和包層34。耦合調(diào)節(jié)器300與光纖25結(jié)為一體，并包括耦合器302和耦合抑制器304。圖1所示的簡(jiǎn)單單錐元件10是一個(gè)非干涉濾光器的范例。如圖1所示的有關(guān)光學(xué)裝置10的原理也可以應(yīng)用于下面將要討論的雙錐馬赫曾德耳濾光器和三錐晶格濾光器。
耦合器302可以是已知的任何一種，示例給出錐形區(qū)18，中央?yún)^(qū)32的直徑，以及折射率凹槽37結(jié)合形成纖芯區(qū)30。如果錐形18為非絕熱，光信號(hào)將在LP01和更高模式之間傳播，并不需要凹槽37。此時(shí)，錐角必須大于LP01和LP02模式之間導(dǎo)致非絕熱耦合的最小錐角。
錐角通常用錐度比來(lái)表示。錐度比為光學(xué)25半徑(dr)變化與長(zhǎng)度(dz)變化之比。希望dr/dz＞r/Z02,Z02=2π(β01-β02)。但是錐角不能太陡，否則容易引起與LP03模式發(fā)生耦合。由此，錐角不能太大，以致dr/dz大于r/Z03，其中Z03=2π(β01-β03)。而且，制造過(guò)程中較小的錐角更容易控制。上述關(guān)系中，β01,β02,β03都是錐形區(qū)內(nèi)LP01,LP02,LP03模式的傳播常數(shù)。
如上所述，用折射凹槽37可以實(shí)施耦合器302。如果錐形區(qū)18為絕熱的，它就不能支持LP01和LP02模式之間的耦合，凹槽37與纖芯區(qū)30結(jié)為一體。凹槽37將LP01模態(tài)光路和LP02模態(tài)光路之間的光進(jìn)行耦合，但并不添上更高模式。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員還認(rèn)識(shí)到，通過(guò)提高纖芯直徑，可以實(shí)現(xiàn)LP01和LP02模式之間的耦合。
耦合抑制器304可以是已知類(lèi)型的任何一種，但示例給出，錐形區(qū)18和纖芯30結(jié)為一體的折射率臺(tái)階33。如上所述，如果錐形區(qū)18是絕熱的，它將阻止LP01和LP02模式之間的耦合，并必須用到凹槽37。耦合抑制器304還可以用臺(tái)階區(qū)33來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用陡變的非絕熱錐形區(qū)時(shí)，光容易耦合進(jìn)入LP02和更高模式。臺(tái)階區(qū)33與纖芯30結(jié)為一體，以阻止耦合進(jìn)入LP03或更高模式。
如圖2所示，表示根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)裝置10的折射率分布圖。圖2給出與光纖25半徑相關(guān)的纖芯30，中央纖芯區(qū)32，臺(tái)階33，包層34和凹槽37之間的關(guān)系。中央纖芯區(qū)32的特點(diǎn)在于折射率為n1。包層34的特點(diǎn)在于折射率為n2。臺(tái)階33和凹槽37的折射率分別為n5和n6。如圖2所示，n1＞n5＞n2＞n6。注意光學(xué)裝置10通常包括外包層區(qū)17，折射率為n3。當(dāng)胚體17的折射率n3低于光纖包層折射率n2時(shí)，LP01和LP02模式之間容易發(fā)生模式耦合，如圖2所示。因?yàn)楣饫w包層通常由二氧化硅構(gòu)成，由二氧化硅摻B203或氟形成的細(xì)管折射率低于包層的折射率。
光纖涂層材料38的折射率n4大于光纖包層的折射率n2。而且，為了去除從元件10傳播到尾纖光纖中的LP02模式，光纖涂層折射率n4必須等于或大于臺(tái)階33的折射率n5。這樣在尾纖和系統(tǒng)光纖的交接處，模態(tài)噪聲得到了消除。
使用氯作為增加臺(tái)階折射率的摻質(zhì)的方法非常通用，因?yàn)榭梢孕纬上鄬?duì)光纖包層較小折射率Δ5-2的精密的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。但是，除氯外的摻質(zhì)可以用于形成具有折射率分布內(nèi)臺(tái)階區(qū)33(圖3)的光纖。用于形成纖芯區(qū)32的摻質(zhì)也可以用于形成臺(tái)階33。通常用于形成光纖纖芯的鍺，也可以用于臺(tái)階33摻質(zhì)。而且，還有更多提高折射率的摻質(zhì)，可以用于形成纖芯32和/或臺(tái)階33。臺(tái)階區(qū)33還可以由類(lèi)似二氧化硅的玻璃構(gòu)成，光纖包層區(qū)34由二氧化硅摻增加折射率的摻質(zhì)，例如氟或硼形成。
在此處所述的特殊耦合器內(nèi)，元件光纖25通過(guò)矩陣玻璃體17包覆在耦合區(qū)內(nèi)。包覆介質(zhì)可以是折射率為n3任何一種材料，該折射率低于例如塑料，空氣等的光纖包層。如果周?chē)橘|(zhì)為空氣，錐形區(qū)內(nèi)LP01和LP02模式之間的光纖傳播常數(shù)較大。因此，這種元件的錐度將會(huì)更陡，從而使得錐角更難控制。如果錐形區(qū)的頂錐部分內(nèi)是空氣，光可以從LP01耦合到LP02。這樣，當(dāng)周?chē)橘|(zhì)是空氣時(shí)，需小心地形成錐度。如果采用的細(xì)管折射率n4較高，這樣就消除了這些不良影響。
如圖3所示，給出了一個(gè)單片同軸外包層馬赫曾德耳元件10。根據(jù)本發(fā)明第二，第三和第四個(gè)實(shí)施例，下面將討論另一些馬赫曾德耳實(shí)施例。涂覆第一光纖和第二光纖的尾纖11和12，從元件10延伸出來(lái)，并分別通過(guò)交接15和16與系統(tǒng)光纖13和14相連。元件10包括一個(gè)矩陣玻璃體17，內(nèi)有錐形耦合區(qū)18和19。相延區(qū)20位于18區(qū)和19區(qū)之間。
一個(gè)影響本發(fā)明濾光器性能的因素是耦合器與波長(zhǎng)的關(guān)系，該關(guān)系取決于錐形區(qū)內(nèi)的錐度比和LP01和LP02模式的傳播常數(shù)。錐角須大于導(dǎo)致LP01和LP02模式之間絕熱耦合的某個(gè)最小錐度。該錐角不能過(guò)陡，否則會(huì)導(dǎo)致與LP03模式耦合。而且，制造過(guò)程中，較小的陡度角的情況較容易控制。希望dr/dz＞r/Z02,Z02=2π(β01-β02)。但是錐角不能太大，以致dr/dz大于r/Z03，其中Z03=2π(β01-β03)。上述關(guān)系中，r為關(guān)系半徑，z為沿光纖縱軸的距離，β01,β02,β03都是錐形區(qū)內(nèi)LP01,LP02,LP03模式的傳播常數(shù)。
1991年，C.Vassallo,Elsevier在光學(xué)波導(dǎo)概念里提出了LP01到LP02模式的耦合方程。
這種發(fā)生在錐形區(qū)的耦合取決于光纖截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)的情況。如果截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)靠近工作波長(zhǎng)，不發(fā)生耦合。對(duì)一個(gè)工作于1500nm區(qū)內(nèi)的元件，截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)低于工作波長(zhǎng)200nm的光纖，在錐形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了耦合。如果光纖截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)約950nm，將發(fā)生顯著的耦合。這是一種重要的設(shè)計(jì)上的折衷。
當(dāng)截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)低于工作波長(zhǎng)超過(guò)500nm時(shí)，就會(huì)得到良好的耦合效果。因?yàn)棣?和β2相對(duì)較接近，從而產(chǎn)生這個(gè)效果。但是，β1和β2的鄰近導(dǎo)致引起模間干涉需要較長(zhǎng)時(shí)間的模式彌散影響。這使元件的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。當(dāng)然，正是由于元件發(fā)生的模間干涉導(dǎo)致了元件的濾波效果。為了制造較小元件，β1和β2需較為分開(kāi)。這將形成較高的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)。在較小元件中，要求折射率凹槽37形成模間耦合。針對(duì)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例，以下將對(duì)此討論。
另一個(gè)影響本發(fā)明濾光器功能的因素是區(qū)域20的長(zhǎng)度“L”(例如，當(dāng)三錐元件內(nèi)不止一個(gè))和波長(zhǎng)與相移區(qū)的關(guān)系，該相關(guān)關(guān)系依次取決于非錐形相延區(qū)20內(nèi)LP01和LP02模式的傳播常數(shù)。
當(dāng)耦合器18和19的耦合性能基本上一致時(shí)，單個(gè)的正弦波長(zhǎng)濾光器或WDM耦合器表現(xiàn)了良好的性能。將細(xì)管的適當(dāng)區(qū)域置于與形成錐形耦合器19一致的延伸條件下，這樣第二耦合器19在近細(xì)管端并與錐體18相反一側(cè)形成。當(dāng)然，對(duì)于較復(fù)雜形狀的光譜響應(yīng)，耦合器18和19將并不一致。
如上所述，圖3所示馬赫曾德耳元件和圖4所示晶格元件的原型都可以“調(diào)諧”，以得到所需的轉(zhuǎn)移函數(shù)。首先，適當(dāng)挑選材料，得到所需的折射率分布。第二，制造過(guò)程中，可以測(cè)出光學(xué)裝置10的光學(xué)和光譜性能。調(diào)整元件10的錐度比，延伸或拉長(zhǎng)距離，以得到所需的光譜性能。通過(guò)這個(gè)調(diào)諧過(guò)程，可以得到已知濾光器的最佳材料選擇，錐度比，拉伸距離和相移間隔L。
光纖纖芯必須有一個(gè)模場(chǎng)直徑，要求它接近與元件尾纖熔凝或聯(lián)接的系統(tǒng)光纖的纖芯。B203也可以加到光纖纖芯上，以形成熱工性能提高的元件。下面將要討論，諸如折射率和半徑等的纖芯參數(shù)必須使得元件的工作波長(zhǎng)λ0充分大于單模截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λC0。
如圖4所示，將說(shuō)明本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。元件10包括有玻璃體17包覆的簡(jiǎn)單玻璃光纖25。錐度比近似等于3∶1。摻有重量百分率為8％的B2O3二氧化硅管，用于按照以下描述的方法構(gòu)成馬赫曾德耳元件。該管的長(zhǎng)度(X)為4.5cm.兩個(gè)錐形區(qū)的總長(zhǎng)為0.75cm，錐形區(qū)間距L為1.0cm。光纖纖芯含有摻有重量百分率為15％的GeO2和3％的B2O3，纖芯-包層Δ1-2為1.0％。半徑rc,rcr和rclad分別約為3μm,12μm,62.5μm。截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)近似961nm。元件的偏振相關(guān)損耗小于0.1dB。
圖5為光纖25，且至少為17內(nèi)部的折射率分布圖。在圖5的折射率分布圖中，并未打算將指數(shù)和半徑按比例和/或按照準(zhǔn)確的相對(duì)幅值表示。元件光纖25包括一最大折射率為n1的纖芯區(qū)30，以及一較低折射率n2的包層區(qū)34。本發(fā)明實(shí)施例的突出特點(diǎn)是位于中央?yún)^(qū)32和包層34之間的折射率臺(tái)階33。臺(tái)階區(qū)33的折射率為介于n1和n2之間的n5。為使圖示更清楚，包含中央?yún)^(qū)32和臺(tái)階區(qū)33的纖芯區(qū)，表示為光纖的等折射率區(qū)。
另一方面，中央?yún)^(qū)32和臺(tái)階區(qū)33的折射率分布可以是變化的，例如梯度剖面，一多階形成的分布，及其它類(lèi)似的情況，只要提供如上所述的僅與LP02模式耦合的臺(tái)階支撐。臺(tái)階的折射率分布較好地必須保持基本恒定或沿半徑略為降低。纖芯半徑，臺(tái)階和光纖表面的半徑分別為rc和rcr。
如圖5所示的分布中，傳播進(jìn)入光纖的LP01和LP02模式的傳播常數(shù)與0相延區(qū)20內(nèi)的傳播常數(shù)非常不同，但在錐形區(qū)18和19內(nèi)兩個(gè)值較接近，從而取得較好的模式耦合。具有這種分布的光纖給出了相移區(qū)內(nèi)模式之間合適的相位差而又在錐形區(qū)內(nèi)沒(méi)有折衷模式耦合。第二個(gè)實(shí)施例中的Δ1-2值近似等于1.0％。Δ5-2的值必須較小，但是還足以使光纖LP01和LP02之間的光發(fā)生耦合，與此同時(shí)，阻止與LP03模式耦合。LP02模式為導(dǎo)引模，其傳播進(jìn)入包層被類(lèi)似矩陣玻璃體的媒質(zhì)包覆的馬赫曾德耳元件。因?yàn)檩^大值需要較大錐度比，Δ5-2必須小于0.05％。Δ5-2必須大于0.01％，從而在錐形區(qū)內(nèi)與LP02耦合，同時(shí)阻止與LP03模式耦合。rcr的值必須在10μm和25μm之間，最好小于15μm。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例，光學(xué)裝置10的插入損耗與波長(zhǎng)的曲線圖。光學(xué)裝置10的光譜響應(yīng)是單級(jí)馬赫曾德耳信道濾光器的光譜響應(yīng)。光學(xué)裝置10表現(xiàn)出良好的衰減性狀，并在光譜的1550nm區(qū)域內(nèi)具有較高的插入損耗。
如圖7所示，光學(xué)裝置10的第三和第四個(gè)實(shí)施例的長(zhǎng)度近似為第二實(shí)施例的一半。如上所討論，元件尺寸和平穩(wěn)耦合之間存在一個(gè)折衷選擇。在第三和第四實(shí)施例中，折射率凹槽37與光纖結(jié)為一體，作為光耦合器302的一部分。凹槽37形成了LP01和LP02之間的模間耦合。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的馬赫曾德耳濾光器的折射率分布圖。第三個(gè)實(shí)施例中的Δ1-2值近似等于2.0％。纖芯直徑增大到近似7微米，以促成模間耦合。注意凹槽37非常陡，且有一個(gè)Δ1-6值在0.1％和0.4％的大致范圍內(nèi)。凹槽37用于抵消較小的錐度比和較大的Δβ。因Δβ較大，截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)更高。近似等于1200nm。耦合抑制器304含有一較小的錐度區(qū)和臺(tái)階33。錐度比小于2∶1。通常，錐度比為絕熱的且抑制模間耦合。但是，光耦合器302包括一非常明顯的凹槽37，該凹槽的作用超過(guò)了較小錐度比的作用。臺(tái)階33有助于防止LP01和LP02或更高模式之間的耦合。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的折射率分布圖。第三個(gè)實(shí)施例中Δ1-2值近似等于0.8％。纖芯直徑擴(kuò)大到約10微米，以促成模間耦合。該實(shí)施例中，凹槽37更狹窄，其Δ1-6值大至范圍在0.03％～0.07％。凹槽37用來(lái)抵消較小的錐度比和較大的Δβ，但在這種情況下其作用非常微弱。而且，截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)比第二實(shí)施例中的高很多。近似為1280nm。錐度比小于2∶1。在第三個(gè)實(shí)施例中，耦合抑制器包括一通常為絕熱的錐度比。光纖耦合器302包括一較小的凹槽37來(lái)克服這些影響。耦合抑制器304并不含臺(tái)階33。不需要防止LP01和LP03或更高模式之間的耦合。
圖10是根據(jù)第二，第三和第四個(gè)實(shí)施例，由光孤立子傳輸系統(tǒng)內(nèi)濾光器構(gòu)成的馬赫曾德耳的強(qiáng)度和波長(zhǎng)的曲線圖。如上所述，可以對(duì)光學(xué)裝置10進(jìn)行調(diào)諧，以產(chǎn)生任何數(shù)目的預(yù)定光譜響應(yīng)。圖10中，對(duì)馬赫曾德耳元件進(jìn)行調(diào)諧，這樣最大傳輸約100％的入射光，最小傳輸約70％的入射光信號(hào)。在光孤立子傳輸系統(tǒng)中，定時(shí)抖動(dòng)是光孤立子傳輸系統(tǒng)性能中一個(gè)關(guān)鍵因素。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方法就是采用滑頻濾光器。
圖11是采用具有圖10所示的光譜響應(yīng)的馬赫曾德耳元件10的長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)100的框圖。發(fā)射機(jī)200與一放大器202相連。放大器202的輸出端與馬赫曾德耳濾光器10相連。放大器202和濾光器10在線路中有助于補(bǔ)償損耗。理論上，光孤立子脈沖在不發(fā)生變形的情況下，可以放大許多次。鑒于放大的自發(fā)輻射(ASE)，放大器202加入了噪聲。濾光器10是一阻止不需要的ASE的光學(xué)帶通濾光器。每個(gè)濾光器10是一個(gè)具有不同中心頻率的環(huán)節(jié)。通過(guò)提高相繼濾光器的中心頻率，可以形成一串的滑頻濾光器。因孤立子頻率與濾光器一并滑動(dòng)，定時(shí)抖動(dòng)得到降低，而ASE得到了過(guò)濾。
如圖12所示，在本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例中給出了一兩階信道濾光器200。馬赫曾德耳10的輸出尾纖53與馬赫曾德耳11的輸入尾纖54相連。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員知道兩個(gè)或更多個(gè)馬赫曾德耳元件可以結(jié)合形成M級(jí)信道濾光器。
光學(xué)裝置200的輸出傳輸函數(shù)如圖13。圖13A給出系統(tǒng)波長(zhǎng)信道。圖13B中，給出一級(jí)馬赫曾德耳元件的光譜響應(yīng)。該響應(yīng)類(lèi)似于圖6所示的，在此重復(fù)說(shuō)明以更清晰理解圖示。圖12所示的兩級(jí)元件的光譜響應(yīng)如圖13C。其周期為單級(jí)元件的兩倍。附加到鏈路上的每個(gè)相繼的馬赫曾德耳的周期增大一倍。圖13D給出M級(jí)元件的光譜響應(yīng)。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員知道M級(jí)元件的性能與帶通濾光器的性能類(lèi)似。圖13D中，帶通濾光器用于與信道0相隔離，如圖13A所示。
如圖14所示，根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例，單片同軸外包層晶格濾光器10有三錐。元件10包括一矩陣17玻璃體17，其中三個(gè)錐形耦合區(qū)170,180和190。相延區(qū)20和21位于耦合器170,180和190之間。相延區(qū)20的長(zhǎng)度L11，相延區(qū)21長(zhǎng)度為L(zhǎng)12。晶格元件10可以調(diào)諧，以實(shí)現(xiàn)比上述馬赫曾德耳元件的正弦響應(yīng)更復(fù)雜的光譜響應(yīng)的多重濾光器功能。但是，上述關(guān)于馬赫曾德耳同軸元件調(diào)諧的原理也可以用于這里的三錐晶格濾光器。錐度比，相延長(zhǎng)度L11和L12，折射率凹槽，臺(tái)階，纖芯直徑，Δ值，和上面討論的其他特性常用于得到所需要的光譜響應(yīng)。
圖15A-15D為圖14所示同軸晶格元件10中形成的光譜響應(yīng)的曲線圖。圖15A給出形狀基本上為高斯型曲線的光譜響應(yīng)。該增益平坦濾光器10將光譜窗口內(nèi)從1528nm～1540nm的信號(hào)進(jìn)行衰減。該濾光器的特征是最大插損在近似1532nm處，摻鉺光纖放大器的增益光譜在此處響應(yīng)為一尖峰。1532nm處的最大插損約為7.0dB。圖15C給出的光譜響應(yīng)非常類(lèi)似于圖15A。該濾光器的窗口較小，在1528nm和1538nm之間。其最大插損在1533nm為3.5dB。晶格濾光器10可以調(diào)諧為對(duì)光譜的任意部分進(jìn)行過(guò)濾。圖15B給出的光譜響應(yīng)覆蓋了光譜窗口約1548nm～1560nm之間的紅波長(zhǎng)。該響應(yīng)的特征是最大為1550nm處，接著是隨波長(zhǎng)增加單調(diào)下降的非線性曲線。圖15D給出光譜窗口在1565nm和1600nm之間的L帶濾光器響應(yīng)。該濾光器的響應(yīng)非常類(lèi)似于圖15B，特征是最大為1572nm，接著的非線性曲線隨波長(zhǎng)增加而單調(diào)降低。如上所述，本發(fā)明并不限于圖15A～15D所示的響應(yīng)。晶格元件10具有多用途，并可以用在許多情況下。
如圖16所示，給出采用圖14中同軸晶格元件的喇曼放大器。光泵154將抽運(yùn)信號(hào)提供給耦合器150。光信號(hào)從通信光纖13導(dǎo)入耦合器150。當(dāng)兩信號(hào)在光纖140內(nèi)傳播時(shí)，能量從抽運(yùn)信號(hào)傳遞到光信號(hào)。由于散粒噪聲，自發(fā)喇曼散射將在一個(gè)寬頻段內(nèi)出現(xiàn)，并限制放大器的效果。因?yàn)槠湓谳^寬的波長(zhǎng)帶內(nèi)可進(jìn)行調(diào)諧，由此晶格濾光器10提高了喇曼放大器的性能。
如圖17所示，給出了一個(gè)圖14中采用同軸元件的摻鉺濾過(guò)器放大器。光泵154將抽運(yùn)信號(hào)提供給波長(zhǎng)選擇耦合器150。光信號(hào)從通信光纖13導(dǎo)入耦合器150。摻鉺光纖140與耦合器150的輸出端相連，且信號(hào)通過(guò)抽運(yùn)信號(hào)引起的鉺離子受激發(fā)射進(jìn)行放大。隔離器152與鉺光纖140相連，并從光信號(hào)中解耦出980nm的抽運(yùn)信號(hào)。
圖18為二氧化硅玻璃基底內(nèi)鉺增益光譜的密度與波長(zhǎng)的曲線圖。摻鉺濾過(guò)器在放大器應(yīng)用中非常重要，下面將要討論。注意增益光譜的峰值近1530nm區(qū)。為了均衡，在EDFA輸出處就需要帶通濾波器。這樣，晶格濾光器10與隔離器152相連，并起到增益平坦濾光器的作用。圖15A和15C中光譜響應(yīng)也適于這種應(yīng)用。這些響應(yīng)的衰減通帶設(shè)計(jì)為使鉺增益光譜尖峰壓平的形式。
如圖19所示，通過(guò)將三錐晶格元件71與三錐晶格元件72進(jìn)行級(jí)聯(lián)，制作出增益平坦濾光器700。在上面討論的摻鉺放大器應(yīng)用中，濾光器700尤其有用。圖20是采用圖19所示的增益平坦濾光器得到的一光譜響應(yīng)。兩個(gè)三錐的設(shè)計(jì)形成了這個(gè)復(fù)雜的形狀。在1530nm～1540nm窗口中形成了鉺光譜的鏡象，并導(dǎo)致了該光譜窗口內(nèi)非常平整的增益。
如圖21所示，給出了將馬赫曾德耳元件71和三錐晶格元件72級(jí)聯(lián)后形成的增益平坦濾光器。該濾光器也設(shè)計(jì)為可調(diào)諧，以產(chǎn)生復(fù)雜光譜響應(yīng)。
圖22為將毛細(xì)管塌縮在光纖上，并拉伸該毛細(xì)管形成耦合區(qū)的一個(gè)裝置圖示。本發(fā)明的光學(xué)裝置10可以采用一由復(fù)合物構(gòu)成的細(xì)管，該復(fù)合物隨半徑變化，這在美國(guó)專(zhuān)利5,251,277中已介紹。如果采用這樣的細(xì)管，其內(nèi)部含有二氧化硅和降低折射率的摻質(zhì)。
元件光纖可以通過(guò)類(lèi)似于美國(guó)專(zhuān)利5,295,211中介紹的方法進(jìn)行制作，在此引用作為參考。在柱狀芯棒上形成含有纖芯區(qū)，包層玻璃薄層的多孔預(yù)制纖芯。去掉該芯棒，所得的預(yù)制品漸漸插入熔凝的窯爐內(nèi)隔焰耐火罩，其最高溫度在1200℃和1700℃之間，對(duì)高二氧化硅含量的玻璃來(lái)說(shuō)，最好是約1490℃。通常在預(yù)成型固化步驟過(guò)程中供給氯，以促成干燥，通過(guò)將氦氯的干燥氣體通入預(yù)成型開(kāi)口來(lái)供給氯。為形成足夠干燥的內(nèi)芯，需要干燥氣體內(nèi)的氯最小體積百分率約為1％。插入開(kāi)口端以使氣體流過(guò)預(yù)成型細(xì)孔。沖刷氣體氦同時(shí)通入窯爐的隔焰耐火罩。第一次干燥/固化步驟后，剩下約0.06～0.07％的氯在固化的預(yù)成型產(chǎn)品內(nèi)。對(duì)最終的管狀玻璃物進(jìn)行加熱，然后在標(biāo)準(zhǔn)牽引爐內(nèi)進(jìn)行拉伸，同時(shí)對(duì)開(kāi)口抽真空，以形成開(kāi)口封閉的“芯棒”。
一段適當(dāng)長(zhǎng)度的芯棒支承在床架上，并在該處沉積二氧化硅粒子。通過(guò)通入氦和9％體積氯的混合氣體，使涂覆棒在窯爐的隔熱耐火罩內(nèi)得到干燥并固化。
最終的燒結(jié)中間棒支撐在床架內(nèi)，其上沉積了二氧化硅粒子。這種多孔的預(yù)制品插入固化爐中，在該爐內(nèi)經(jīng)過(guò)第三個(gè)干燥/固化步驟，同時(shí)向上通入氦和0.6％體積氯的混合氣體經(jīng)窯爐的隔熱耐火罩。該預(yù)制品的外部構(gòu)成了光纖25的包層34(圖3)。
拉伸最終的光纖預(yù)制品形成光纖。加到芯棒上構(gòu)成中間預(yù)制品的包層玻璃粒子數(shù)決定了臺(tái)階的半徑。第二和第三干燥/固化步驟中預(yù)制品的多孔部分的氯量決定了Δ5-2的值。圖23是特定元件光纖的氯濃度與光纖半徑的曲線圖。
根據(jù)上述方法，元件光纖25形成時(shí)，因此包層由含最小數(shù)量達(dá)到干燥效果的氯的二氧化硅組成，包層還有含量大于0.12％重量氯的二氧化硅構(gòu)成的臺(tái)階，通過(guò)采用摻入高于4％重量的B2O3二氧化硅矩陣玻璃體，得到最低的過(guò)損耗。為了表征這一特性，形成了三種類(lèi)型的元件。這些元件非常類(lèi)似，除了17內(nèi)硼的含量外。在細(xì)管含有摻2％重量B2O3和4％重量B2O3時(shí)，元件過(guò)損耗分別約為1.0dB和約0.8dB。如果元件有摻8％重量B2O3的二氧化硅形成的細(xì)管制作，基本上就沒(méi)有過(guò)損耗了。
注意上面，氟也可以用于降低折射率的摻質(zhì)。不論是否用到B2O3或氟，Δ2-3必須大于0.1％，以形成較低過(guò)損耗的元件。
這里將根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利5,011,251和5,295,205介紹的方法作為參考來(lái)制作該元件。參考圖2和圖4，從一段涂層光纖的中央?yún)^(qū)去掉一段涂層，其長(zhǎng)度稍短于矩陣玻璃管39的長(zhǎng)度。剝露區(qū)的相對(duì)側(cè)處的部分涂層光纖形成了尾纖11和12。裸露的玻璃光纖25插入細(xì)管39的細(xì)孔中，這樣光纖涂層26和27延伸進(jìn)入細(xì)孔端配置的漏斗內(nèi)，從而促成光纖插入。光纖和細(xì)管的組合被稱為耦合器預(yù)制品40。
參考圖22，預(yù)制品40插入環(huán)狀燃燒室，并被安裝在電動(dòng)機(jī)可控臺(tái)44和45上的牽引卡盤(pán)42和43夾緊。燃燒室圖示為一個(gè)框41，由此伸出的箭頭表示火焰。光纖像線一樣穿過(guò)真空附加裝置(未畫(huà)出)，光纖在預(yù)制品40的端口進(jìn)行密封。美國(guó)專(zhuān)利5,011,251介紹了典型的真空附加裝置。
最初是將圖4中a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的細(xì)管部分塌縮在光纖上。這個(gè)過(guò)程可以用真空附加裝置排空細(xì)孔，然后加熱細(xì)管最近的一端，從而在加熱區(qū)引起塌縮來(lái)實(shí)現(xiàn)?？ūP(pán)42和43相對(duì)燃燒室移動(dòng)預(yù)制品，逐漸將塌縮區(qū)延伸到細(xì)管的對(duì)側(cè)，直到形成所需的塌縮細(xì)管長(zhǎng)度。
加熱細(xì)管區(qū)，并在相反方向內(nèi)移動(dòng)計(jì)算機(jī)可控臺(tái)45和46，以拉伸加熱區(qū)，這樣形成的錐形區(qū)18靠近預(yù)制品的一端。按照美國(guó)專(zhuān)利5,011,251的方法，可以實(shí)現(xiàn)拉伸細(xì)管的操作。已知最終錐形區(qū)的耦合特性取決于諸如細(xì)管39和光纖25的光學(xué)和機(jī)械特征的參數(shù)，以及錐形區(qū)長(zhǎng)度和形狀的錐形參數(shù)。
然后，將細(xì)管移開(kāi)燃燒室，類(lèi)似地形成第二個(gè)錐形區(qū)。在細(xì)管的端部加上膠合劑28和29，提高尾纖的拉伸強(qiáng)度。對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以做成各種改進(jìn)和變化。由此，本發(fā)明也覆蓋了在附屬權(quán)項(xiàng)及其等效范圍內(nèi)所做出的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)裝置，用于過(guò)濾光信號(hào)，所述光學(xué)裝置具有可調(diào)諧的光譜響應(yīng)，其特征在于，所述光學(xué)裝置包括第一光纖，具有第一纖芯和折射率為n2的第一包層，所述第一纖芯含折射率為n1的第一中央?yún)^(qū)；以及第一光纖耦合調(diào)節(jié)器，與所述第一光纖結(jié)為一體，所述第一光纖耦合調(diào)節(jié)器將第一光路和第二光路之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三光路。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一光纖耦合調(diào)節(jié)器包括第一光耦合器，與第一光纖結(jié)為一體，用于將第一光路和第二光路之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出第一輸出信號(hào)，其中第一光路為光信號(hào)的LP01模式，第二光路為光信號(hào)的LP02模式；以及第一耦合抑制器，與至少一個(gè)所述第一光學(xué)耦合器或第一光纖結(jié)為一體，所述第一耦合抑制器基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑，其中第三路徑為高于所述LP02模式的任何一種光信號(hào)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其中第一光含有第一光纖內(nèi)的錐形區(qū)，其中所述錐形區(qū)的特征是，錐度比定義為第一光纖半徑的變化與所述錐形區(qū)長(zhǎng)度的變化之比。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一耦合抑制器含有第一纖芯區(qū)內(nèi)的折射率臺(tái)階，位于第一中央?yún)^(qū)和第一包層之間，所述折射率臺(tái)階區(qū)具有折射率為n5,n1＞n5＞n2。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中錐形區(qū)的特征是，錐度比近似等于3∶1。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一光耦合器含有凹槽區(qū)，排列在第一中央?yún)^(qū)和第一包層之間第一纖芯內(nèi)，所述凹槽區(qū)的折射率n6,n1＞n2＞n6。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一耦合抑制器含折射率臺(tái)階區(qū)，排列在凹槽區(qū)和第一包層之間的第一纖芯區(qū)內(nèi)，所述折射率臺(tái)階區(qū)的折射率為n5,n5＞n2＞n6。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其特征在于，凹槽區(qū)的半徑尺寸約為3微米到10微米，Δ1-6在約0.1％到0.4％之間。
9．根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一耦合抑制器含錐形區(qū)，且該錐形區(qū)的特征是其錐度比小于2∶1，這樣的模間耦合得到抑制。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其特征在于，凹槽區(qū)的半徑約為5微米到10微米，Δ1-6在約0.03％到0.07％范圍之間，這樣實(shí)現(xiàn)LP01模式和LP02模式之間的模間耦合。
11．根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一光耦合調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括第二光耦合器，與第一光纖結(jié)為一體，并與第一光耦合器間隔一相位延遲距離L11，所述第二光耦合器將第一輸出信號(hào)的LP01模式和第一輸出信號(hào)的LP02模式之間的第一輸出信號(hào)進(jìn)行耦合，從而形成第二輸出信號(hào)，其中第一耦合器和第二耦合器構(gòu)成了馬赫曾德耳元件；以及第二耦合抑制器，與至少一個(gè)所述第二光耦合器或第一光纖結(jié)為一體，所述第二耦合抑制器基本阻止第一輸出信號(hào)耦合進(jìn)入任何一種高于所述LP02模式的輸出信號(hào)模式。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)裝置，其中第一光耦合器包括第一錐形區(qū)，其特征在于，第一錐度比和第二光耦合器含有由第二錐度比表征的第二錐形區(qū)，其中，所述第一錐度比和所述第二錐度比定義為第一光纖半徑的變化與第一光纖長(zhǎng)度之比。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其特征在于，其中光譜響應(yīng)可調(diào)。諧為第一錐度比，第二錐度比，相位延遲距離L11的函數(shù)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)包括信道波長(zhǎng)λc，波長(zhǎng)信道通帶，波長(zhǎng)信道阻帶，以及作為波長(zhǎng)函數(shù)的增益。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)為近似正弦形狀的周期函數(shù)，其第一周期包括一最大值和最小值，其中所述最大值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)信道通帶，所述最小值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)信道阻帶。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)裝置，其特征在于，最大傳輸約為光信號(hào)的100％，最小傳輸約為光信號(hào)的70％。
17．一種光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個(gè)孤立子發(fā)射器，用于在信道波長(zhǎng)內(nèi)調(diào)制數(shù)據(jù)，傳輸孤立子脈沖，以載送所述數(shù)據(jù)；一光纖，與所述孤立子發(fā)射器相連，用于傳播所述孤立子脈沖；至少一個(gè)放大器，與所述光纖相連，用于放大所述孤立子脈沖；權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，與所述至少一放大器相連，并調(diào)諧到一中央頻率；以及至少一孤立子接收機(jī)，與所述光纖相連，用于解調(diào)所述孤立子脈沖，并恢復(fù)所述數(shù)據(jù)。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于，傳輸系統(tǒng)內(nèi)，至少一放大器含有多個(gè)相互間隔的放大器，其中權(quán)利要求16中與所述多個(gè)放大器相連的各個(gè)光學(xué)裝置的中心頻率不相同，形成了一串滑頻濾光器，以基本降低傳輸系統(tǒng)的定時(shí)抖動(dòng)。
19．根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括第二光纖，與第一光纖相連，所述第二光纖具有第二纖芯和折射率為n4的第二包層，所述第二纖芯包括折射率為n3的第二中央?yún)^(qū)；以及第二光纖耦合調(diào)節(jié)器，與所述第二光纖結(jié)為一體，所述第二光纖耦合調(diào)節(jié)器將第一光路和第二光路之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三光路。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第二光纖耦合調(diào)節(jié)器包括第三光耦合器，與第二光纖結(jié)為一體，用于將第一路徑和第二路徑之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出第三輸出信號(hào)；以及第三耦合抑制器，與至少一個(gè)所述第三光耦合器或第二光纖結(jié)為一體，所述第二耦合抑制器基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第二光纖耦合調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括第四光耦合器，與第二光纖結(jié)為一體，并與第三光耦合器間隔一相位延遲距離L21，所述第四光耦合器將第一路徑和第二路徑之間的輸出信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出第四輸出信號(hào)，其中第三耦合器和第四耦合器構(gòu)成了馬赫曾德耳元件；以及第四耦合抑制器，與至少一所述第四光耦合器或第二光纖結(jié)為一體，所述第四耦合抑制器基本阻止第三輸出信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)為形狀近似正弦的周期函數(shù)，且其第二周期為第一周期的兩倍。
23．根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一光纖耦合調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括第三光耦合器，與第一光纖結(jié)為一體，并與第二光耦合器間隔一相位延遲距離L12，所述第三光耦合器將第一路徑與第二路徑之間的第二輸出信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出第三輸出信號(hào)，其中第一光耦合器，第二光耦合器和所述第三光耦合器構(gòu)成了晶格濾光器元件；以及第三耦合抑制器，與至少一個(gè)所述第三光耦合器或第一光纖結(jié)為一體，所述第三耦合抑制器是一種基本阻止第二輸出信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑的物料性質(zhì)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第一光耦合器含有第一錐形區(qū)，該錐形區(qū)用第一錐度比表征，第二光耦合器含有第二錐形區(qū)，用第二錐度比表征，以及一第三光耦合器含第三錐形區(qū)，用第三錐度比表征，其中所述第一錐度比，所述第二錐度比，所述第三錐度比都定義為第一光纖半徑的變化與第一光纖長(zhǎng)度之比。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)可調(diào)諧為第一錐度比，第二錐度比，第三錐度比，和相位延遲距離L11和L12的函數(shù)。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)可以調(diào)諧，由此引起光學(xué)裝置的插損作為波長(zhǎng)的函數(shù)而變化，這樣過(guò)濾預(yù)定的光譜窗口。
27．一種光纖喇曼放大器系統(tǒng)，其特征在于，包括一光泵，用于提供抽運(yùn)信號(hào)；一WDM耦合器，其第一輸入端與所述泵相連，其第二輸入端與光信號(hào)相連；一光纖，與所述WDM耦合器的輸出端相連，其中通過(guò)受激的喇曼散射，能量從所述抽運(yùn)信號(hào)傳輸給光信號(hào)；以及一寬帶濾光器，包括根據(jù)權(quán)利要求26的光學(xué)裝置，與所述光纖相連，過(guò)濾光信號(hào)。
28．一摻鉺光纖放大器系統(tǒng)，其特征在于，包括一光泵，用于提供抽運(yùn)信號(hào)；一波長(zhǎng)選擇耦合器，具有與光信號(hào)相連的第一輸入端，與所述光泵相連的第二輸入端；一摻鉺光纖，與所述波長(zhǎng)選擇耦合器的一個(gè)輸出端相連，其中輸出光信號(hào)通過(guò)所述抽運(yùn)信號(hào)引起的鉺離子受激發(fā)射進(jìn)行放大；一隔離器，與所述摻鉺光纖相連；以及一增益平坦濾光器，包括根據(jù)權(quán)利要求26所述的光學(xué)裝置，其中傳遞函數(shù)引起輸出光信號(hào)的增益在預(yù)定光譜中基本為均勻的。
29．一種光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于，含有一第一網(wǎng)絡(luò)元件，用于傳輸光信號(hào)；一光纖，用于傳播光信號(hào)；一根據(jù)權(quán)利要求28所述的摻鉺濾過(guò)器放大器系統(tǒng)；以及一第二網(wǎng)絡(luò)元件，用于接收光信號(hào)。
30．根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一第二光纖，與第一光纖相連，所述第二光纖具有第二纖芯和折射率為n4第二包層，所述第二纖芯包括一折射率為n3的第二中央?yún)^(qū)，其中n3＞n4；以及一第二光纖耦合調(diào)節(jié)器，與所述第二光纖結(jié)為一體，所述第二光纖耦合調(diào)節(jié)器將第一光路和第二光路之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三光路。
31．根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第二光纖耦合調(diào)節(jié)器包括一第四光耦合器，與第二光纖結(jié)為一體，用于將第一路徑和第二路徑之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出第四輸出信號(hào)；一第四耦合抑制器，與至少一個(gè)所述第四光耦合器或第二光纖結(jié)為一體，所述第二耦合抑制器基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第四路徑；一第五光耦合器，與第二光纖結(jié)為一體，并與第四光耦合器間隔一相位延遲距離L21，所述第五光耦合器將第一路徑和第二路徑之間的所述第四輸出信號(hào)進(jìn)行耦合，并發(fā)出一第五輸出信號(hào)，其中所述第四耦合器和所述第五耦合器構(gòu)成了馬赫曾德耳元件；以及一第五耦合抑制器，與至少一所述第五光耦合器或第二光纖結(jié)為一體，所述第五耦合抑制器基本阻止第四輸出信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑。
32．根據(jù)權(quán)利要求32所述的光學(xué)裝置，其特征在于，第二光纖耦合調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括一第六光耦合器，與第二光纖結(jié)為一體，并與所述第五光耦合器間隔一相位延遲距離L22，所述第六光耦合器將第一路徑和第二路徑之間的第五輸出信號(hào)進(jìn)行耦合，發(fā)出第六輸出信號(hào)，其中所述第五耦合器和所述第六耦合器構(gòu)成了馬赫曾德耳元件；以及一第六耦合抑制器，與至少一所述第六光耦合器或第二光纖結(jié)為一體，所述第六耦合抑制器基本阻止第五輸出信號(hào)耦合進(jìn)入第三路徑。
33．根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)為二氧化硅玻璃基質(zhì)內(nèi)采用共摻鋁的鉺增益光譜的鏡象。
34．一種同軸元件，其工作波長(zhǎng)為λ0，其特征在于，所示元件包括單根光纖，其纖芯的最大折射率為n1，并被最大折射率為n2的包層包覆，位于所述纖芯和包層之間的折射率臺(tái)階的最大折射率為n5，其中n1＞n5＞n2，所述光纖內(nèi)的至少一錐形區(qū)，即從所述錐形區(qū)一端延伸的所述光纖部分具有保護(hù)層，并形成尾纖，所述錐形區(qū)的錐角大至足以導(dǎo)致LP01和LP02模式之間的耦合，但并未大到引起與LP03模式的耦合，其中所述光纖的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λco小于所述工作波長(zhǎng)λ0200nm以上。
35．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，所述截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λco小于所述工作波長(zhǎng)λ0500nm以上。
36．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，進(jìn)一步包括一介質(zhì)，其折射率為n3，以包覆所述光纖的至少一錐形區(qū)，其中n3＜n2。
37．根據(jù)權(quán)利要求36所述的元件，其特征在于，Δ2-3大于0.1％，其中Δ2-3等于(n22-n32)/2n22。
38．根據(jù)權(quán)利要求36所述的元件，其特征在于，所述介質(zhì)包括拉長(zhǎng)的矩陣玻璃體，其有兩端區(qū)和一中間區(qū)，所述光纖在所述玻璃體內(nèi)徑向延伸，并與所述玻璃體的中間區(qū)融合在一起，所述中間區(qū)包括所述至少一個(gè)錐形區(qū)和所述相移區(qū)。
39．根據(jù)權(quán)利要求43所述的元件，其特征在于，所述介質(zhì)包括一基座玻璃，以及一降低折射率的摻質(zhì)。
40．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，所述第一尾纖被一保護(hù)層包覆，其折射率足夠高于所述包層的折射率，這樣所述LP02模式在所述第一尾纖內(nèi)從所述光纖中除去，所述保護(hù)層的折射率為n4，其中n4=n5。
41．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，所述相移區(qū)內(nèi)的所述臺(tái)階的半徑rp為10μm～25μm。
42．根據(jù)權(quán)利要求41所述的元件，其特征在于，半徑rp為小于15μm。
43．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，所述光纖含有氯，所述臺(tái)階內(nèi)的氯含量高于所述包層內(nèi)氯含量。
44．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，所述纖芯含有二氧化硅和提高折射率的摻質(zhì)，其中所述臺(tái)階含有二氧化硅和提高折射率的摻質(zhì)。
45．根據(jù)權(quán)利要求44所述的元件，其特征在于，所述纖芯和所述臺(tái)階含有相同的提高折射率的摻質(zhì)。
46．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，Δ5-2的范圍在0.01％～0.05％，其中Δ5-2等于(n52-n22)/2n22。
47．根據(jù)權(quán)利要求34所述的元件，其特征在于，至少一錐形區(qū)含有多個(gè)錐形區(qū)。
48．一種同軸元件，其特征在于，包括單根光纖，其纖芯的最大折射率為n1，并被最大折射率為n2的包層包覆，位于所述纖芯和包層之間的折射率臺(tái)階的最大折射率為n5，其中n1＞n5＞n2；至少具有沿所述光纖的第一和第二軸向間隔錐形區(qū)；一所述光纖的相移區(qū)，在所述錐形區(qū)之間延伸，以及一第一尾纖，從所述第一錐形區(qū)遠(yuǎn)離相移區(qū)的一端延伸；以及所述錐形區(qū)的錐角大致能引起LP01和LP02模式之間的耦合，但不足以引起與LP03模式的耦合。
49．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，所述元件在給定工作波長(zhǎng)λ0處工作，所述光纖的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λco小于所述工作波長(zhǎng)λ0200nm以上。
50．根據(jù)權(quán)利要求49所述的元件，其特征在于，所述截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)λco小于所述工作波長(zhǎng)λ0500nm以上。
51．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，進(jìn)一步包括一介質(zhì)，其折射率為n3，并包覆所述光纖的所述錐形區(qū)，其中n3＜n2。
52．根據(jù)權(quán)利要求51所述的元件，其特征在于，Δ2-3大于0.1％。
53．根據(jù)權(quán)利要求51所述的元件，其特征在于，所述介質(zhì)含有一拉長(zhǎng)的矩形玻璃體，該玻璃體具有兩個(gè)端區(qū)，一中間區(qū)，所述光纖在所述玻璃體內(nèi)沿長(zhǎng)度方向延伸，并與所述玻璃體的中間區(qū)融合在一起，所述中間區(qū)包括所述錐形區(qū)和所述相移區(qū)。
54．根據(jù)權(quán)利要求51所述的元件，其特征在于，所述介質(zhì)含有一基座玻璃，以及一降低折射率的摻質(zhì)。
55．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，所述第一尾纖被保護(hù)層包覆，其折射率足夠大于所述包層的折射率，這樣在所述第一尾纖內(nèi)，所述LP02模式從所述光纖中被除去，所述保護(hù)層的折射率為n4，其中n4=n5。
56．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，所述相移區(qū)內(nèi)的臺(tái)階半徑rp為10μm～25μm。
57．根據(jù)權(quán)利要求56所述的元件，其特征在于，半徑rp小于15μm。
58．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，所述光纖含有氯，所述臺(tái)階內(nèi)氯含量高于所述包層內(nèi)氯含量。
59．根據(jù)權(quán)利要求48所述的元件，其特征在于，所述纖芯含有二氧化硅和提高折射率的摻質(zhì)，其中所述臺(tái)階含有二氧化硅和提高折射率的摻質(zhì)。
60．根據(jù)權(quán)利要求49所述的元件，其特征在于，所述纖芯和所述臺(tái)階含有相同的提高折射率的摻質(zhì)。
61．根據(jù)權(quán)利要求49所述的元件，其特征在于，所述纖芯和所述臺(tái)階含不同的提高折射率的摻質(zhì)。
62．一種采用光學(xué)裝置過(guò)濾光信號(hào)的方法，該光學(xué)裝置具有預(yù)定的光譜響應(yīng)，所述光學(xué)裝置含有第一光纖，其具有第一纖芯和折射率為n2的第一包層，所述第一纖芯含折射率為n1的第一中央?yún)^(qū)，其特征在于，所述方法包括以下步驟提供一第一光纖耦合調(diào)節(jié)器，與所述第一光纖結(jié)為一體；將光信號(hào)導(dǎo)入第一光纖；以及將光信號(hào)從LP01模式耦合進(jìn)入LP02模式，其中所述第一光纖耦合調(diào)節(jié)器將LP01模式和LP02模式之間的光信號(hào)進(jìn)行耦合，且基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入LP03模式。
63．根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，提供第一光纖耦合調(diào)節(jié)器的步驟包括對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)諧。
64．根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光譜響應(yīng)為一形狀近似正弦的具有最大和最小值的周期函數(shù)，第一周期包括一最大值和最小值，其中所述最大值對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道通帶，所述最小值對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道阻帶。
65．根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，光信號(hào)的最大傳輸約100％，光信號(hào)的最小傳輸約70％。
66．根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，提供第一光纖耦合調(diào)節(jié)器的步驟包括對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)諧，由此引起光學(xué)裝置的插損作為波長(zhǎng)的函數(shù)而變化，這樣過(guò)濾預(yù)定光譜窗口。
67．根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供第二光纖，與第一光纖聯(lián)接，所述第二光纖具有第二纖芯和折射率為n4的第二包層，所述第二纖芯包括一折射率為n3的第二中央?yún)^(qū)，其中n3＞n4；以及提供第二光纖耦合調(diào)節(jié)器，與所述第二光纖結(jié)為一體，所述第二光纖耦合調(diào)節(jié)器將第一光纖和第二光纖之間的光進(jìn)行耦合，并基本阻止光信號(hào)耦合進(jìn)入第三光路。
68．根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于，光譜響應(yīng)為采用共摻鋁的二氧化硅玻璃基質(zhì)內(nèi)的鉺增益光譜的鏡像。
全文摘要
本發(fā)明提供環(huán)境穩(wěn)定的干涉以及結(jié)構(gòu)元件,該元件具有較低的過(guò)損耗和偏振相關(guān)損耗。該元件尾纖和系統(tǒng)光纖交接處的模態(tài)噪聲降為最低或得到消除。本發(fā)明為一用于過(guò)濾光信號(hào)的光纖元件(10)。該光學(xué)裝置(10)具有可調(diào)諧光譜響應(yīng)。光學(xué)裝置包括一具有第一纖芯區(qū)(30)和折射率為n
文檔編號(hào)G02B6/00GK1311865SQ99807812
公開(kāi)日2001年9月5日 申請(qǐng)日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月29日
發(fā)明者G·E·伯基, D·A·諾蘭 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司