專利名稱：單模和多模包層模干涉特種光纖及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單模和多模包層模干涉特種光纖，屬光纖技術領域。
技術背景包層模干涉是利用某些特殊的光波導結構將在光纖纖芯中傳輸的光能量耦合到光纖 包層波導中傳輸，耦合結構參數決定不同階纖芯模式和包層模式的相位匹配條件，從而 實現(xiàn)包層模干涉[T. Erdogan. Journal of the Optical Society of America A, 1997， 14(8):1760-1773]。包 層模干涉特性可以解決許多光纖通信和光纖傳感領域中的關鍵技術問題第一，光譜濾 波作用——基于包層模干涉特性，能夠獲得性能優(yōu)良的光纖光譜濾波器，如在EDFA系 統(tǒng)中增益平坦化，光譜的濾波等；第二，光纖傳感作用——光纖的包層相對于纖芯對于 外界物理量的變化(如折射率、吸收)更加敏感，因此通過監(jiān)測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，如光纖溫度、壓力、位移傳感器 等。綜上所述，包層模干涉已經成為光纖通信、傳感等相關領域研究中一個重要的技術 環(huán)節(jié)，因此制備單模和多模包層模干涉特種光纖是很有必要的。實現(xiàn)光纖包層模干涉的技術主要包括光纖光柵[Na Chen, Binfeng Yun, and Yiping Cui. Applied Physics Letters, 2006, 88: 133902 1-3]、光子晶體光纟千[B. J. Eggleton, P. S. Westbrook, et al. Journal of Lightwave Technology, 2000， 18(8):1084-1100]等。光纖光柵技術是通過光纖中寫入光 柵的輔助作用以獲得纖芯模和包層模的相位匹配，從而實現(xiàn)包層模干涉；基于光子晶體 光纖的包層模干涉技術是通過在均勻周期性分布的多孔包層結構中設計某種折射率結 構缺陷，控制包層模和纖芯模的色散特性以滿足相位匹配條件，從而實現(xiàn)包層模干涉 [Kunimasa Saitoh, Nikolaos John Florous, et al. Optics Express, 2006, 14(16):7342-7352]。但是，基于光纖光柵結構實現(xiàn)的包層干涉需要光纖的二次加工，其可靠性和一致性 等方面均會存在問題，特別是在高溫和長時間使用時會出現(xiàn)性能退化的問題；基于光子 晶體光纖實現(xiàn)的包層模干涉，因其制備工藝十分復雜，目前我國主要需進口，特別是模 式分布以及與常規(guī)單模光纖的耦合問題也是有待解決的問題，因此這就需要新型的光纖 波導及其器件出現(xiàn)。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于根據包層模干涉理論，提供一種單模和多模包層模干涉特種光纖 及其制備方法。該光纖具有性能穩(wěn)定、制備簡單、使用靈活、便于批量生產等特點，可 應用于光纖通信器件和光纖傳感器等領域的光纖光譜濾波器、色散補償器、光纖壓力傳感器、光纖溫度傳感器，等等。為了達到上述目的，本發(fā)明的構思在于提出了的單模和多模包層模干涉特種光纖，該光纖基于雙包層光纖結構，其基本結 構如圖1所示，纖芯和外包層之間由一低折射率內包層相隔，纖芯模和包層模通過漸逝 波相互作用，在纖芯模和包層模滿足相位匹配的情況下，在纖芯中傳輸的光能量轉移到 外包層中傳輸，實現(xiàn)包層模干涉。由于模式色散特性的相位匹配條件同波長有關系，即 干涉波長，在此波長處纖芯模傳輸光譜表現(xiàn)為阻帶濾波特性。通過纖芯和包層結構的優(yōu) 化設計，可以實現(xiàn)性能優(yōu)良的光纖濾波、傳感等器件。根據上述構思，本發(fā)明釆用下述技術方案一種單模和多模包層模干涉特種光纖，它由纖芯(1)、干涉內包層(2)和外包層(3) 組成，其特征在于纖芯(1)的材料是由純石英芯摻雜Ge02材料構成，它的折射率要大于純石英材料；干涉內包層(2)的材料是由純石英摻雜低折射率的添加物B203或氟F 組成，其摻雜濃度為200 400ppm，包層厚度為5 10]Lim;而外包層(3)的材料是純石 英；干涉內包層(2)夾在纖芯(1)和外包層(3)之間，且具有比纖芯(1)和外包層 (3)低的折射率；一種上述的單模和多模包層模干涉特種光纖的制備方法，其特征在于采用氣相沉積 法MCVD，在氣相沉積法MCVD制棒機上依次直接以氣相沉積方式制成純石英外包層 (3)、干涉內包層(2)和纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預制棒，然后再進行拉絲制成 光纖。一種上述的單模和多模包層模干涉特種光纖的制備方法，其特征在于采用管外氣相 沉積法OVD，在管外氣相沉積法OVD制棒機上依次直接以氣相沉積方式制成纖芯(l)、 干涉內包層(2)和純石英外包層(3)，最后形成光纖預制棒，然后再進行拉絲制成光 纖。與光纖光柵和光子晶體光纖實現(xiàn)的包層模干涉相比，本發(fā)明具有其獨特的優(yōu)點(1) 由于包層模干涉特種光纖與常規(guī)單模和多模光纖結構相似，其具有制備工藝成熟、簡單、 生產效率高、成本低廉，同各種預制棒制備技術相兼容等優(yōu)點；(2)與光纖光柵相比， 無需光纖的二次加工、性能的一致性好、不存在高溫或長期使用性能退化的問題；(3) 包層模干涉特種光纖同光子晶體光纖相比具有更為簡單的折射率分布，因此通過結構參 數的優(yōu)化設計，可以更為方便地實現(xiàn)同常規(guī)單模和多模光纖的高效耦合，即直接用熔接 技術同常規(guī)光纖進行耦合；(4)這種包層模干涉特種光纖使用起來十分靈活，同時可以通過控制其接入長度來調節(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。


圖1為本發(fā)明單模和多模包層模干涉特種光纖結構示意圖。 圖2為圖1所示光纖的折射率分布圖。圖中1一纖芯、2—干涉內包層、3—外包層；nc。一纖芯折射率、ncll—干涉內包層 折射率、nd2—外包層折射率、n—縱坐標折射率、r—橫坐標光纖半徑、ra—光纖纖芯半 徑、rdl—光纖內包層半徑、fb—光纖半徑。
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖和實施例將本發(fā)明進一步敘述于后。實施例一參見圖1，本發(fā)明的一種單模和多模包層模干涉特種光纖，由三部分組成纖芯1、干涉內包層2和外包層3，纖芯1的材料為純石英摻雜高折射率的Ge02 材料組成；干涉內包層2的材料是由純石英摻雜低折射率的添加物氟(F)組成，氟的 摻雜量為350ppm，對125pm的單模光纖，其內包層厚度為8pm;外包層3的材料是由 純石英組成，干涉內包層2夾置于纖芯1和外包層3之間。上述的單模和多模包層模干涉特種光纖，是用改進的化學氣相沉積法MCVD，在化 學氣相沉積法MCVD制棒機上依次直接以氣相沉積方式制成純石英外包層(3)、干涉 內包層(2)和纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預制棒，然后再進行拉絲制成純石英芯包 層模干涉特種光纖，其纖芯直徑8pm、光纖直徑125pm。上述的光纖的折射率分布示于圖2。
權利要求
1.單模和多模包層模干涉特種光纖，它由纖芯(1)、干涉內包層(2)和外包層(3)組成，其特征在于纖芯(1)的材料是由純石英芯摻雜GeO2材料構成，它的折射率要大于純石英材料；干涉內包層(2)的材料是由純石英摻雜低折射率的添加物B2O3或氟F組成，其摻雜濃度為200～400ppm，包層厚度為5～10μm；而外包層(3)的材料是純石英；干涉內包層(2)夾在纖芯(1)和外包層(3)之間，且具有比纖芯(1)和外包層(3)低的折射率。
2. —種根據權利要求1所述的單模和多模包層模干涉特種光纖的制備方法，其特征在 于采用氣相沉積法MCVD，在氣相沉積法MCVD制棒機上依次直接以氣相沉積方 式制成純石英外包層(3)、干涉內包層(2)和纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預制棒， 然后再進行拉絲制成光纖。
3. —種根據權利要求1所述的單模和多模包層模干涉特種光纖的制備方法，其特征在 于采用管外氣相沉積法OVD，在管外氣相沉積法OVD制棒機上依次直接以氣相沉 積方式制成纖芯(1)、干涉內包層(2)和純石英外包層(3)，最后形成光纖預制棒， 然后再進行拉絲制成光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單模和多模包層模干涉特種光纖及其制備方法。本光纖由纖芯、干涉內包層和外包層組成，干涉內包層夾于在纖芯和外包層之間，且具有比纖芯和外包層低的折射率。本光纖的制備方法是采用改進的化學氣相沉積MCVD、管外氣相沉積法OVD，在制棒機上直接制成光纖預制棒，然后進行拉制光纖。本發(fā)明的單模和多模包層模干涉特種光纖具有性能穩(wěn)定、制備簡單、使用靈活、便于批量生產等特點，可應用于光纖通信器件和光纖傳感器等領域的光纖光譜濾波器、色散補償器、光纖壓力傳感器、光纖溫度傳感器，等等。
文檔編號G02B6/02GK101236273SQ200810034120
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日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 申請人:上海大學