專利名稱：包括摻硼-氟應(yīng)力構(gòu)件的保偏和單偏振光纖的制作方法
包括摻硼-氟應(yīng)力構(gòu)件的保偏和單偏振光纖發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及光纖，更具體地涉及保偏和/或單偏振光纖。
背景技術(shù)：
保偏(PM)和單偏振(SP)光纖可用于超高速傳輸系統(tǒng)和許多其它應(yīng)用。如

圖1所示，一種類型的現(xiàn)有技術(shù)的保偏光纖包括被包層11包圍的中心纖芯10。纖芯10和包層11 由用于形成光波導(dǎo)的常規(guī)材料形成。纖芯材料的折射率大于包層材料的折射率。僅作為示 例，纖芯10可由包含諸如氧化鍺之類的提高其折射率的一種或多種摻雜劑的二氧化硅組 成。包層11可包括純二氧化硅、包含的摻雜劑量少于纖芯10的二氧化硅、或包含一種或 多種降低摻雜劑的二氧化硅，這些摻雜劑中的至少一種是使二氧化硅的折射率降低的諸如 硼或氟之類元素的氧化物。在圖1中，相對(duì)于纖芯10在直徑兩側(cè)的兩個(gè)區(qū)域12由玻璃材 料形成(例如用20%到25%重量百分比的B摻雜的二氧化硅)，該玻璃材料的熱膨脹系數(shù) (CTE)與包層材料11的熱膨脹系數(shù)不同。當(dāng)這樣的光纖被拉制成時(shí)，縱向延伸的區(qū)域12和 包層區(qū)將收縮不同量，藉此區(qū)域12將根據(jù)其相對(duì)于包層11的CTE而被置于拉伸或壓縮狀 態(tài)。由區(qū)域12與包圍區(qū)11之間的CTE不匹配引起的各向異性熱應(yīng)力引起的應(yīng)力所引起的 雙折射減弱了兩個(gè)偏振基模(具有正交偏振方向)之間的耦合。通過CTE不匹配(包層11與區(qū)域12之間)獲得的這些PM或SP光纖的一個(gè)主要 缺點(diǎn)是這些光纖對(duì)溫度敏感，因?yàn)闊釕?yīng)力會(huì)隨溫度變化。這種熱敏感性通常損害PM或SP 性能的穩(wěn)定性。PM和SP光纖的熱穩(wěn)定性對(duì)于許多應(yīng)用而言非常重要，諸如高功率放大器/ 激光器領(lǐng)域、高精度機(jī)載空間導(dǎo)航、以及深海(或陸地)傳感器應(yīng)用，其中光纖在工作期間 經(jīng)歷劇烈的溫度變化。如果未采用通常昂貴的附加溫度管理，則這些變化會(huì)導(dǎo)致PM/SP性 能降級(jí)，從而引起性能的劣化、低導(dǎo)航準(zhǔn)確性以及設(shè)備/系統(tǒng)中可能的總失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種光纖，包括(i)纖芯；(ii)包圍該纖芯的包層，以及 (iii)毗鄰該纖芯且位于該包層內(nèi)的至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件，該應(yīng)力構(gòu)件包括用B和F二者共同 摻雜的二氧化硅。優(yōu)選地，該光纖支持在800nm到1600nm的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)(例如850nm、 ^^ 、口川和/或巧日。!!!!!)的保偏和/或單偏振模式。優(yōu)選該應(yīng)力構(gòu)件具有熱應(yīng)力系數(shù)ot 和機(jī)械應(yīng)力系數(shù)Qm，且ot< om。在一個(gè)實(shí)施例中，中心纖芯被該應(yīng)力構(gòu)件包圍，而且該應(yīng)力構(gòu)件是硼_氟摻雜的 二氧化硅的環(huán)形區(qū)。在另一實(shí)施例中，該應(yīng)力構(gòu)件包括位于纖芯的相對(duì)兩側(cè)上的至少兩個(gè) 施加應(yīng)力部件(SAP)，諸如B和F摻雜的應(yīng)力桿。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，中心纖芯優(yōu)選具有約0.05%與2. 5%之間的Δ %，Δ10 例如，對(duì)于大模場(chǎng)面積(LMA)的PM光纖、在其中非線性是主要缺陷或相關(guān)因素的諸如高功率光纖激光器的應(yīng)用、以及機(jī)載高精度光纖陀螺儀而言，中心纖芯優(yōu)選具有約0. 05%與0.15%之間的Δ%，Β卩A115在用于電信和光纖傳感器的單模光纖中，中心纖芯Δ%，Β卩A1 優(yōu)選為約0.3%到2. 5%之間。此外，根據(jù)某些實(shí)施例，該光纖包括包圍中心纖芯的摻氟(或 共同摻氟)區(qū)，其等于或低于-0.0%。通過LMA光纖，我們表示的是纖芯直徑超過20 微米的光纖，例如纖芯直徑為20與60微米之間的光纖。本文中公開的其它光纖實(shí)施例是 例如纖芯直徑約為3到15微米的單模光纖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的保偏或單偏振光纖的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基本穩(wěn)定的保偏或單偏 振性能，其沒有溫度敏感性或溫度敏感性最小。將在以下詳細(xì)描述中闡述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)在某種程度 上對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說根據(jù)該描述將是顯而易見的，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描 述、權(quán)利要求書以及附圖的本文所述的本發(fā)明可認(rèn)識(shí)到。附圖簡(jiǎn)述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的光波導(dǎo)的示意性截面圖。圖2Α是根據(jù)本發(fā)明的保偏光纖的第一實(shí)施例的示意性截面圖。圖2Β是根據(jù)本發(fā)明的單偏振光纖的第一實(shí)施例的部分示意性截面圖。圖2C是根據(jù)本發(fā)明的保偏光纖的第二實(shí)施例的示意性截面圖。圖2D是根據(jù)本發(fā)明的保偏光纖的第三實(shí)施例的示意性截面圖。圖3是OSA(光譜分析儀)測(cè)量的示出光譜(以dB為單位的發(fā)射功率)與圖2A 光纖的波長(zhǎng)的關(guān)系的曲線圖。圖4是用于本發(fā)明的某些實(shí)施例的應(yīng)力構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)(CTE)的曲線圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的單偏振光纖的另一實(shí)施例的示意性截面圖。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述為了本文中的描述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可采取多個(gè)替代配置和步驟順序，除非另外 指明。還要理解的是，附圖中說明以及以下說明書中描述的特定光纖和工藝步驟是所附權(quán) 利要求中限定的本發(fā)明概念的示例性實(shí)施例。因此，與本文中公開的實(shí)施例有關(guān)的特定尺 寸和其它物理特性不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。定義以下定義和術(shù)語(yǔ)在本領(lǐng)域中常用。折射率分布——折射率分布是折射率(Δ % )與光纖半徑(從光纖的中心線測(cè)得) 在光纖的選定分段上的關(guān)系。相對(duì)折射率百分比Δ %—術(shù)語(yǔ)Δ %表示由以下方程定義的折射率的相對(duì)測(cè)量 值<formula>formula see original document page 5</formula>
其中ni是表示為i的折射率分布分段的最大折射率，而η。是基準(zhǔn)折射率。該分段 中的每個(gè)點(diǎn)具有相對(duì)于基準(zhǔn)折射率測(cè)得的相關(guān)聯(lián)的相對(duì)折射率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的波導(dǎo)光纖20是利用B和F摻雜的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力施加部 件(本文中稱為應(yīng)力構(gòu)件)的熱穩(wěn)定PM和/或SP光纖。這些應(yīng)力構(gòu)件可具有圓形或非圓 形的截面，且可用于許多不同類型的光纖，例如活性(例如稀土摻雜的纖芯)和鈍化光纖， 具有一個(gè)或多個(gè)不同材料的包層的光纖(例如雙包層光纖)以及大模場(chǎng)面積(LMA)光纖 等。此類光纖經(jīng)由機(jī)械應(yīng)力而不是經(jīng)由以僅B摻雜的二氧化硅作為SAP (熱應(yīng)力施加部件)的傳統(tǒng)保偏PM光纖中常見的熱應(yīng)力來提供保偏和/或單偏振性質(zhì)。在新的保偏/單偏振 (PM/SP)光纖中實(shí)現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力直至B/F共摻的二氧化硅(用于應(yīng)力構(gòu)件的材料)的應(yīng)變 點(diǎn)都對(duì)溫度不敏感；從而表現(xiàn)出熱穩(wěn)定的PM特性，此外還表現(xiàn)出穩(wěn)定的SP工作窗口。例如， 對(duì)溫度不敏感的光纖的光纖雙折射率Δη(在兩個(gè)偏振模式之間)或拍長(zhǎng)(beat length) 變化在_60°C到+120°C的溫度范圍上小于20%、優(yōu)選小于15%、甚至更優(yōu)選小于10%以及 最優(yōu)選小于5%。
根據(jù)本文所描述和公開的保偏或單偏振波導(dǎo)光纖20的第一實(shí)施例具有截面結(jié) 構(gòu)，如圖2A所示。在所示實(shí)施例中，波導(dǎo)光纖20包括沿光纖的縱軸延伸的中心纖芯30。該 纖芯30可以是(i)圓形，其典型直徑在3與15微米之間，或(ii)細(xì)長(zhǎng)(例如橢圓)，最大 尺寸為A，最小尺寸為B。如果纖芯30為細(xì)長(zhǎng)，則優(yōu)選光纖20的第一長(zhǎng)寬比ARl (定義為A/ B)大于1. 5 ；優(yōu)選在約1. 5與8之間；更優(yōu)選在2與5之間。纖芯30被光纖包層40包圍， 其包括和/或包圍至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件42。例如，中心纖芯30由摻二氧化鍺的二氧化硅制造，其中設(shè)置了充量的二氧化鍺， 以使該纖芯的纖芯Δ %,BP A1約為0. 05%與2. 5%之間；例如優(yōu)選在約0. 3%與1. 3%之 間；以及在一個(gè)實(shí)施例中約為1. 1%。如果該光纖是大模場(chǎng)面積(LMA)光纖，則優(yōu)選纖芯 Δ %，g卩ΔQ在約0.05%與0. 15%之間；更優(yōu)選在約0.07%與0. 11%之間；例如0. 1%。如 果纖芯細(xì)長(zhǎng)，則纖芯30的平均直徑d avg = {A+B} /2優(yōu)選在約3與12微米之間；更優(yōu)選在 4與10微米之間。如圖2B所示，纖芯30可被組分與纖芯30不同的光學(xué)環(huán)形區(qū)32包圍；優(yōu)選光學(xué) 環(huán)形區(qū)的折射率低于纖芯。因此，環(huán)形區(qū)32優(yōu)選相對(duì)于純二氧化硅降低摻雜，因此最優(yōu) 選由摻氟、或硼和氟共摻的二氧化硅制造。通過F降低摻雜，環(huán)形區(qū)32的Δ%，Β卩八2在 約-0. 0 %與-0. 7 %之間；更優(yōu)選在約-0. 2 %與-0. 6 %之間；以及最優(yōu)選為約-0. 4 %。一般 而言，環(huán)形區(qū)32中的玻璃被摻雜成使其粘度在拉制溫度下比中心纖芯30的粘度低。環(huán)形區(qū) 32還可具有一般圓形或橢圓形狀，并與應(yīng)力構(gòu)件一起有助于在兩個(gè)偏振模式的基模截止波 長(zhǎng)之間的單偏振工作。圖2Β的光纖是單偏振光纖。即，該光纖呈現(xiàn)單偏振帶(僅一種偏振 在該帶中傳輸，其它偏振被去除)。單偏振帶(SPB)位于SOOnm-ieOOnm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件毗鄰纖芯30形成(圖2A-2D)。例如，圖2C示出應(yīng)力構(gòu)件42，它 是包圍纖芯的摻硼-氟的二氧化硅的環(huán)形區(qū)。該環(huán)形區(qū)可以是圓形(圖2C)或橢圓形。還 可使用弓帶狀應(yīng)力構(gòu)件42 (未示出)。應(yīng)力構(gòu)件可包括多個(gè)B和F共摻的應(yīng)力桿。圖2A、 2B以及2D示出了包括位于纖芯30的相對(duì)兩側(cè)上的至少兩個(gè)應(yīng)力桿44、46的應(yīng)力構(gòu)件。如 果光纖20包括環(huán)形區(qū)32，則應(yīng)力桿44、46可至少部分地在光纖20的環(huán)形區(qū)32中形成。應(yīng) 力桿44、46優(yōu)選沿光纖20的整個(gè)縱向長(zhǎng)度延伸，且優(yōu)選沿光纖長(zhǎng)度的尺寸基本恒定。應(yīng)力 桿44、46優(yōu)選定位于中心纖芯30直徑的兩側(cè)上，且可完全或僅部分在環(huán)形區(qū)32中形成，或 者如果該光纖不包括區(qū)域32，則應(yīng)力桿44、46可位于如圖2A、2D所示的包層40中。應(yīng)力桿 44,46可毗鄰最小纖芯維度B定位且與其對(duì)準(zhǔn)。纖芯與應(yīng)力桿之間的壁到壁距離可以為零 (應(yīng)力桿碰到纖芯)，因?yàn)楫?dāng)利用B-F共摻的二氧化硅作為SAP時(shí)將沒有鈍化損耗。該低損 耗來自低硼濃度(B小于6%重量百分比)。優(yōu)選諸如應(yīng)力桿44、46之類的應(yīng)力構(gòu)件毗鄰且 非?？拷w芯30定位(例如應(yīng)力桿邊緣距離纖芯30邊緣在5微米內(nèi)，且優(yōu)選在3微米內(nèi))。 應(yīng)力桿截面可以是圓形的(圖2A)，但可任選地具有其它形狀(例如參見圖2D)，而且大小可以是相等或不相等。在設(shè)計(jì)用于標(biāo)準(zhǔn)單模應(yīng)用的光纖中(例如外徑(OD)為125 μ m的光 纖)，應(yīng)力構(gòu)件優(yōu)選具有最大尺寸，諸如內(nèi)徑d或?qū)挾葁在約1到35微米之間；更優(yōu)選在約 5 μ m與25微米之間，例如10到15微米或10到20微米。對(duì)于大OD LMA光纖，根據(jù)專用的 LMA光纖設(shè)計(jì)要求，應(yīng)力構(gòu)件的直徑或?qū)挾韧ǔ？筛哌_(dá)30微米或更大。例如，對(duì)于LMA光纖 而言，最大應(yīng)力桿尺寸可以是25μπι到250μπι。具有250 μ m直徑(或?qū)挾?的應(yīng)力構(gòu)件的 LMA光纖可具有例如約Imm的外徑。雖然在纖芯30的每一側(cè)僅示出了一個(gè)應(yīng)力桿，但沿每 一側(cè)的多個(gè)桿也可用于在工作波長(zhǎng)帶內(nèi)提供PM或SP。包括摻B和F的二氧化硅的示例性 應(yīng)力構(gòu)件可包括少于8%重量百分比的硼，且優(yōu)選2%< B < 6%重量百分比，且1. 5%<F <3.5%重量百分比。例如，在某些實(shí)施例中，應(yīng)力構(gòu)件可包括3. 8% < B < 4. 2%重量百分 比，且2. 4%<F< 3%重量百分比該應(yīng)力構(gòu)件的CTE優(yōu)選與純二氧化硅(或其周圍的經(jīng)摻 雜的二氧化硅材料)的CTE相似，以確保在-100°C到600°C的溫度內(nèi)的對(duì)溫度不敏感的PM 性能。例如，應(yīng)力構(gòu)件的CTE優(yōu)選在1X10_7°C與15父10-71之間，更優(yōu)選在3\10-71與 IOX 10—7°C之間，甚至更優(yōu)選在3X 10_7°c與8X 10_7°c之間，甚至更優(yōu)選在4X10—7°c與 8X10_7°C之間，以及最優(yōu)選在4X10_7°C與7. 5X10—7°c之間。
優(yōu)選地，該光纖支持在800nm到1600nm之間的工作波長(zhǎng)范圍/SPB內(nèi)(例如850nm、 ^^ 、口川和/或巧日。!!!!!)的保偏和/或單偏振模式。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的光纖在 450nm到1600nm的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)0. 4X 1(Γ4到4Χ 1(Γ4的雙折射率(Δη)。例如，Δ η在850nm 波長(zhǎng)下在1 X 10_4到3 X 10_4之間。圖3示出了當(dāng)圖2A的光纖定位于一對(duì)交叉起偏器之間時(shí)， 測(cè)得的OSA光譜與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。該示例性PM光纖(圖2A的光纖)的雙折射率(Δη) 和拍長(zhǎng)可通過圖3中提供的信息來計(jì)算。該光纖具有約4. 2mm的拍長(zhǎng)Lb= (Δ λ/λ) ，其 中Δ λ是圖3中的峰到峰波長(zhǎng)間距，λ是平均波長(zhǎng)，以及L是測(cè)得光纖的長(zhǎng)度(在本實(shí)施 例中L=L 965m)。該光纖在λ = 980nm下具有約2 X10-4的雙折射率Δ n，這類似于將僅 摻硼的二氧化硅作為應(yīng)力構(gòu)件的常規(guī)PM光纖中能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果相似，但具有的附加好處是 直到B/F 二氧化硅玻璃的應(yīng)變點(diǎn)(約650°C)都熱穩(wěn)定。我們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，應(yīng)力桿引 起的應(yīng)力水平直到達(dá)到B/F摻雜的二氧化硅的應(yīng)變點(diǎn)都未曾改變。具有類似于圖2A中所示截面的一種示例性光纖具有0.68%的纖芯相對(duì)折射率Δ 和0. 58%的包層相對(duì)折射率Δ (均相對(duì)于純二氧化硅)。因此，纖芯相對(duì)于包層的0. 1 % (0. 68%-0. 58%= 0. 1%)的有效纖芯Δ對(duì)應(yīng)于LMA PM光纖設(shè)計(jì)中約0. 06的纖芯ΝΑ。應(yīng) 力桿具有-1.5%的Δ (也相對(duì)于純二氧化硅)。該光纖具有55 μ m的纖芯直徑，以及100 μ m 的應(yīng)力桿直徑。應(yīng)力桿44、46位于包層40內(nèi)、Btt鄰纖芯30，且纖芯30與應(yīng)力桿44、46之 間的距離(壁到壁)為25 μ m。該光纖20在λ = Iym下具有0. 43X10^的雙折射率和 15dB的偏振消光比。該光纖是LMA活性PM光纖，因此適用于光纖激光器和光纖放大器。此 示例性光纖的纖芯30包括Yb2O3 :1· 2% 重量百分比，GeO2 -J. 6% 重量百分比，Al2O3 重量百分比。此示例性光纖的包層40包括用9. 4%重量百分比的GeO2摻雜的二氧化硅。此示 例性光纖的應(yīng)力桿44、46包括用以下成分摻雜的二氧化硅B2O3 重量百分比，
F: 2.5%重量百分比。截面與圖2D所示的截面相似的另一示例性光纖具有0. 的纖芯Δ和0%的包 層Δ (包層由純二氧化硅制成)。應(yīng)力桿44、46截面為“月牙”形，且具有-1.5%的Δ。更 具體地，該光纖具有直徑為29 μ m的圓形纖芯30，以及38 μ mX 110 μ m的應(yīng)力桿尺寸。此示 例中的應(yīng)力桿截面小于半圓。應(yīng)力桿44、46位于包層40內(nèi)、Btt鄰纖芯30，且纖芯30與應(yīng)力 桿44、46之間的距離(壁到壁)為9 μ m。該光纖20在λ = Iym下具有4. 32 X IO"4的雙 折射率和2. 3mm的拍長(zhǎng)。該光纖是針對(duì)拉曼放大(Raman Amplification)專門設(shè)計(jì)的鈍化 PM光纖。此示例性光纖的纖芯30是用2%重量百分比的GeO2摻雜的二氧化硅。該示例性 光纖的包層40包括純二氧化硅。此示例性光纖的應(yīng)力桿44、46包括用以下成分摻雜的二 氧化硅B2O3 重量百分比，
F :2. 5%重量百分比。本發(fā)明人對(duì)利用機(jī)械應(yīng)力引起的雙折射來控制光纖的偏振性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)提供了獨(dú) 特的優(yōu)點(diǎn)，諸如在工作期間無熱敏感性。雖然不希望被理論束縛，但申請(qǐng)人認(rèn)為，由B-F共 摻的二氧化硅應(yīng)力構(gòu)件提供的在機(jī)械上引入的高雙折射的機(jī)制能如下進(jìn)行解釋在使用應(yīng)力構(gòu)件的PM或SP光纖中實(shí)現(xiàn)的一般雙折射(B)可表示如下B = C.(ot-om)， (1)其中C是應(yīng)力_光學(xué)系數(shù)，ο t是熱-應(yīng)力成分，以及σ m是機(jī)械_應(yīng)力成分。
Γ IEAaAT(2)σ. 二-
\-ν以及σ m = F/A, (3)其中E是楊氏模量，Δ α是應(yīng)力構(gòu)件與包層之間的CTE差，ΔΤ是光纖應(yīng)變溫度與 室溫之間的溫度差，ν是泊松比，F(xiàn)是光纖拉制力，以及A是應(yīng)力構(gòu)件的面積。在以高B摻雜的二氧化硅作為應(yīng)力構(gòu)件的常規(guī)PM光纖中，熱項(xiàng)σ t是影響雙折射 率B的主導(dǎo)因子。熱應(yīng)力項(xiàng)ot主要由特意為大的CTE差Δ α驅(qū)動(dòng)。在這些光纖中，機(jī)械 項(xiàng)σω相對(duì)小而且一般可被忽略(如文獻(xiàn)中所示)。S卩，在常規(guī)PM光纖中，Ot >> σω(例 如σ t至少比σ m大10倍)。反之，當(dāng)摻B和F的二氧化硅用作應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，CTE差Δ α 變小(幾乎沒有)。在一個(gè)實(shí)施例中，摻B和F的二氧化硅應(yīng)力構(gòu)件具有測(cè)得CTE(約為 6Χ 10-7/°C到8Χ 10-7/°C )，如從圖4中所示的數(shù)據(jù)計(jì)算所得，其非常類似于純二氧化硅玻 璃的CTE (二氧化硅的CTE約為5.5X10-7/°C )。因此，如方程(1)所示，這種情況下的雙 折射率B的主導(dǎo)力幾乎全是機(jī)械項(xiàng)σω。如方程(3)所示，Qm對(duì)溫度的不敏感性因此導(dǎo)致 通過使用摻B和F的二氧化硅應(yīng)力構(gòu)件制造的PM光纖的熱穩(wěn)定性。因此，優(yōu)選應(yīng)力-光學(xué) 系數(shù)C盡可能大，且優(yōu)選大于lO—VMpa，只要熱不敏感操作所需的條件Ot < (^以及優(yōu)選 ot <<。m(例如ο m = 10 ο t或更大)得到滿足。當(dāng)使用摻B和F的二氧化硅作為應(yīng)力構(gòu)件時(shí)的一個(gè)其它重要性質(zhì)是其大應(yīng)力-光 學(xué)系數(shù)，我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示出高達(dá)約5X10_4/Mpa的值，該值大于已知的所有那些其 它的基于二氧化硅的玻璃。當(dāng)前還不清楚B/F共摻的二氧化硅光纖中的大應(yīng)力-光學(xué)系數(shù) 的原因，也不清該材料中呈現(xiàn)的CTE值類似于純二氧化硅的原因。(例如，相對(duì)于純二氧化硅玻璃，示例性實(shí)施例中的摻B和F的二氧化硅的CET差小于3 X 10_7，優(yōu)選小于2 X 10_7)。 極可能合理的解釋是，通過將B和F共摻到二氧化硅中的某些結(jié)構(gòu)效果起了重要作用。我 們?cè)诖朔矫娴某醪焦ぷ饕呀?jīng)顯示出在玻璃中形成B-F鍵的重要證據(jù)。不論如何，在該B和 F共摻的二氧化硅玻璃中見到的這些獨(dú)特性質(zhì)——即低CTE和大的應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)已經(jīng)使 這種玻璃成為用于制造具有高熱穩(wěn)定性的PM/SP光纖的很有價(jià)值和有效的應(yīng)力構(gòu)件元件。光纖包層40優(yōu)選具有約125微米或更大的常規(guī)外徑，且具有優(yōu)選基本純的二氧化 硅組分?？扇芜x地，包層40可包括諸如氟之類的其它合適的摻雜劑，而且如果尺寸限制需 要?jiǎng)t外徑可減小。根據(jù)本發(fā)明的某系實(shí)施例的單偏振光纖20呈現(xiàn)出在設(shè)計(jì)的單偏振帶(SPB)內(nèi)實(shí)現(xiàn)單偏振(傳輸一個(gè)且僅一個(gè)偏振模式)的光學(xué)性質(zhì)。優(yōu)選地，根據(jù)本 發(fā)明的單偏振光纖的SPB被設(shè)計(jì)成位于約SOOnm與ieOOnm之間。最優(yōu)選地，該光纖的SPB 與980、1310或155011111重合，以使該光纖可用于在980、1310或1550nm下工作的光學(xué)部件。 具體而言，優(yōu)選SPB的中心波長(zhǎng)與該部件的工作波長(zhǎng)的中心波長(zhǎng)基本重合(在約+/-20nm 內(nèi))。此外，根據(jù)本發(fā)明的SP光纖優(yōu)選在978nm下呈現(xiàn)出等于或大于15dB的消光比；以及 更優(yōu)選在SPB內(nèi)的等于或大于20dB的消光比。根據(jù)本發(fā)明的單偏振光纖的實(shí)施例在圖5中示意性地示出。該單偏振光纖包括應(yīng) 力桿44、46和在包層40內(nèi)的多個(gè)空氣孔24、26。對(duì)此光纖的分析通過數(shù)值建模進(jìn)行，該數(shù) 值建?？紤]來自應(yīng)力桿44、46的組合雙折射和來自空氣孔24、26的形狀雙折射?？諝饪?24、26還能起引入基模截止的附加作用，從而利用高雙折射率，兩個(gè)偏振模式達(dá)到不同波長(zhǎng) 下的基模截止。這允許對(duì)應(yīng)于兩個(gè)偏振模式的兩個(gè)基模截止波長(zhǎng)之間的單偏振操作。該光 纖具有直徑約為8. 8μπι的中心纖芯30，該中心纖芯相對(duì)于包層的纖芯Δ為0.2%。應(yīng)力 桿44、46具有12微米的直徑，且提供2. 02 X ΙΟ"4的雙折射率。在該示例性實(shí)施例中，從桿 中心到中心的距離為11微米。這些空氣孔具有12微米的直徑，其中光纖中心與空氣孔中 心之間的距離約為10.4微米。該包層由純二氧化硅形成。在該實(shí)施例中，應(yīng)力桿44、46和 孔24、26基本鄰接中心纖芯30的側(cè)面。該單偏振光纖呈現(xiàn)出1238nm與1329nm之間的單 偏振特性，其中單偏振工作窗口的寬度約為91nm。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可對(duì)本發(fā)明作出各種變化和修改，而不背離 本發(fā)明的范圍。因而，本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的所有這些修改和變型，只要它們落在所附權(quán) 利要求書及其等價(jià)技術(shù)方案的范圍中即可。
權(quán)利要求
一種光纖，包括(i)纖芯，(ii)包圍所述纖芯的包層，(iii)毗鄰所述纖芯且位于所述包層內(nèi)的至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件，所述應(yīng)力構(gòu)件包括用B和F共同摻雜的二氧化硅。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述中心纖芯是基于二氧化硅的，且被所述 應(yīng)力構(gòu)件包圍，所述應(yīng)力構(gòu)件是摻硼_氟的二氧化硅的環(huán)形區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件包括位于所述纖芯的相 對(duì)兩側(cè)上的至少兩個(gè)應(yīng)力桿。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，還包括在工作波長(zhǎng)下大于或等于15的偏振 消光比。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在工作波長(zhǎng)下呈現(xiàn)出小于0. 02dB/m的衰減。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在450nm到1600nm的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)出 0. 4 X IO"4到4 X Kr4的雙折射率。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力構(gòu)件具有2%<B < 6%重量百分 比，以及1. 5%< F < 3. 5%重量百分比。
8.如權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力桿具有直徑為d的圓形截面，其中 10 μ m < d < 15 μ m。
9.如權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于，所述光纖是LMA光纖，且其中所述應(yīng)力桿具 有直徑為d的圓形截面，其中25 μ m < d < 250 μ m。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力構(gòu)件的CTE基本等于純二氧化硅 在-100°C到600°C的溫度內(nèi)的CTE。
11.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力構(gòu)件具有1X10_7與15X10_7之 間的CTE。
12.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力構(gòu)件具有應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)C，且C > 1(T4/Mpa。
13.一種光纖，包括(i)纖芯，(ii)包圍所述纖芯的包層，以及(iii)毗鄰所述纖芯且位于所述包層內(nèi)的至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件，所述應(yīng)力構(gòu)件包括用B 和F共同摻雜的二氧化硅，其中所述應(yīng)力構(gòu)件具有熱應(yīng)力系數(shù)％和機(jī)械應(yīng)力系數(shù)Om，且 10 at <am。
14.如權(quán)利要求13所述的光纖，其特征在于，IOot< Offl0
15.一種光纖，包括⑴纖芯，( )包圍所述纖芯的包層，(iii)毗鄰所述纖芯且位于所述包層內(nèi)的至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件，所述應(yīng)力構(gòu)件包括用B 和F共同摻雜的二氧化硅，其中所述光纖在450nm到1600nm的范圍的波長(zhǎng)下呈現(xiàn)0. 4X 10_4 到4X 10_4的雙折射率和/或在SOOnm到1600nm的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈現(xiàn)單偏振模式。
16.如權(quán)利要求15所述的光纖，其特征在于，所述至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件具有2% < B < 6%重量百分比，以及1. 5%<F < 3. 5%重量百分比。
17.如權(quán)利要求15所述的光纖，其特征在于，所述至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件具有3X IO-V0C與 8X1(T7°C之間的 CTE。
18.如權(quán)利要求15所述的光纖，其特征在于，所述至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件具有應(yīng)力-光學(xué)系 數(shù) C，且 C > 10-4/Mpa。
19.如權(quán)利要求15所述的光纖，其特征在于，所述中心纖芯是基于二氧化硅的；而且所 述應(yīng)力構(gòu)件(i)包括位于所述纖芯的相對(duì)兩側(cè)上的至少兩個(gè)應(yīng)力桿；或者(ii)包圍所述 纖芯。
20.如權(quán)利要求15所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力構(gòu)件具有小于6%重量百分比的B.
全文摘要
一種光纖，包括(i)纖芯；(ii)包圍該纖芯的包層，(iii)毗鄰該纖芯且位于該包層內(nèi)的至少一個(gè)應(yīng)力構(gòu)件，該應(yīng)力構(gòu)件包括用B和F共同摻雜的二氧化硅。
文檔編號(hào)G02B6/024GK101809476SQ200880109304
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者D·T·沃爾頓, L·A·森特諾, M·李, S·格雷, X·陳, 王吉 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司