專利名稱：可以抵抗彎曲的影響的光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大模場光纖，更特別的是涉及表現(xiàn)出特別設(shè)計(以將彎曲引起的光纖 有效區(qū)域縮減的效應(yīng)最小化)的折射率分布的大模式區(qū)光纖。
背景技術(shù)：
本發(fā)明在由國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)院(NIST)授予的授予號為70NANB4H3035的NIST ATP程序下，以美國政府支持作出。美國政府在本發(fā)明中具有特定權(quán)利。
在光纖通信領(lǐng)域，由于已知大模場(large mode area)光纖可以克服例如拉曼和 布里淵散射的各種非線性損失，越來越多的興趣集中到大模場光纖的使用，特別是關(guān)于基 于光纖的光放大器之類的制造。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大模場光纖的使用會增加諸如宏彎損耗的 其他光纖相關(guān)靈敏度，模間耦合和對于光纖折射率分布中的非均勻性的靈敏度的存在。
現(xiàn)有技術(shù)中至少有兩種方案來將光纖中的彎曲引起的損耗最小化。在一種方案中 (實(shí)質(zhì)上為機(jī)械解決方案)，是使用特別抗彎曲的類似棒狀光纖。通過迫使光纖基本上保持 線性，可以顯著減少彎曲引起的損耗。然而，在這種光纖的大部分“場(field)”應(yīng)用中，存 在彎曲，甚至將光纖進(jìn)行纏繞的需求。因此，認(rèn)為限制光纖彎曲的物理能力是不切實(shí)際的解 決方案。另一個解決方案與通過定義要使用的特定“纏繞”來確定先天的(a priori)固定 的彎曲損耗，然后總是根據(jù)特定的纏繞半徑(以及匝數(shù))來使用光纖。再次地，認(rèn)為這種解 決方案限制了大模場光纖的各種應(yīng)用，以及場應(yīng)用中的修改和這種光纖的使用中的變型。
盡管這些和其他設(shè)計考慮了光纖模式的彎曲引起的損耗，仍然忽略了彎曲引起的 失真的問題，特別的，包括彎曲引起的有效區(qū)域縮減的失真。在使用更傳統(tǒng)的核心尺度的之 前的傳統(tǒng)應(yīng)用中，這種模式失真影響最小。然而，在大模式光纖應(yīng)用中，彎曲引起的模失真 的存在導(dǎo)致有效區(qū)域的顯著減少。
從而，技術(shù)中存在提供這樣一種大模場光纖的需求，這種光纖在各種應(yīng)用中經(jīng)受 彎曲的時候有效區(qū)域不會嚴(yán)重的失真。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的需求，其涉及大模場光纖，更特別的是涉及表現(xiàn)出 特別設(shè)計(以將彎曲引起的光纖有效區(qū)域縮減的效應(yīng)最小化)的折射率分布的大模式區(qū)光纖。
根據(jù)本發(fā)明，大模場光纖的折射率分布特征是基于傳統(tǒng)的彎曲引起的損耗參數(shù)， 以及影響光纖的有效區(qū)域的彎曲引起的失真這兩者。根據(jù)本發(fā)明的大模場光纖的折射率 分布將從根本上對彎曲引起的失真進(jìn)行補(bǔ)償，這些失真是隨著信號沿著大模場光纖傳播所 “經(jīng)歷的”。
以類似于信號“預(yù)失真”的方式，以“預(yù)彎曲”方式特別地定義本發(fā)明的大模場光 纖的折射率分布，從而在光纖彎曲的時候，等效的折射率分布將具有“平”和“寬”的引導(dǎo)區(qū) 域。本發(fā)明的一個方面是可以以各種不同類型的光纖(包括基于光纖的放大器，光子帶隙 光纖，雙折射光纖之類)使用提供折射率分布“預(yù)失真”的能力。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，形成表現(xiàn)出基本拋物型折射率分布的大模場光纖，其 中光纖的任何彎曲作用僅僅是以保持其拋物型形狀的方式偏移折射率分布。結(jié)果，光纖的 特性變得對于彎曲相關(guān)的變化相對不變。
在替代的實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)突起的錐形折射率分布即使在光纖彎曲時也產(chǎn)生具有平 的折射率峰值的相對大的引導(dǎo)區(qū)域。
在下面的討論的過程中以及通過參考附圖，本發(fā)明其他的和進(jìn)一步的方面和實(shí)施 例將變得明顯。


現(xiàn)在參考附圖，
圖1示例說明了包括光纖形狀中的特定“彎曲”的大模場光纖的典型剖面圖2包括示例說明了圖1的折射率的一對曲線圖，圖2(a)示例說明了傳統(tǒng)的“直” 光纖的折射率，而圖2(b)示例說明了如圖1所示的彎曲的光纖的等效折射率；
圖3示例說明了作為光纖核心直徑和彎曲半徑的函數(shù)的計算的模場；其中圖3(a) 顯示了具有30 μ m核心區(qū)域的“直的”光纖部分的基本模強(qiáng)度，圖3 (b)顯示了具有30 μ m核 心區(qū)域的具有7. 5cm彎曲半徑的光纖部分的基本模強(qiáng)度，圖3(c)顯示了具有50 μ m核心區(qū) 域的“直的”光纖部分的基本模強(qiáng)度，圖3(d)顯示了具有50 μ m核心區(qū)域的具有7. 5cm彎 曲半徑的光纖部分的基本模強(qiáng)度；
圖4包括一對示意性光強(qiáng)和折射率曲線圖，其中圖4 (a)示例說明了對于“直”光 纖的光強(qiáng)和折射率分布曲線圖，而圖4(b)示例說明了對于“彎曲”光纖的光強(qiáng)和折射率分 布曲線圖5是作為彎曲半徑的函數(shù)的光纖有效區(qū)域的變化的曲線圖6包括與一光纖相關(guān)的一對折射率分布，其中圖6(a)示例說明了 “理想的”制 造的分布，圖6(b)顯示了光纖彎曲后表現(xiàn)出的“理想的”平的和寬的分布；
圖7是拋物型折射率分布光纖的曲線圖，其中圖7 (a)示例說明了與“直的”光纖 相關(guān)的分布，圖7(b)示例說明了與“彎曲的”光纖相關(guān)的分布；
圖8包括驗(yàn)證本發(fā)明的范例拋物型折射率分布抗彎曲光纖的穩(wěn)定性的仿真結(jié)果；
圖9是本發(fā)明的拋物型折射率分布光纖的范例分段常數(shù)結(jié)構(gòu)；
圖10是對于圖9的光纖作為彎曲半徑的函數(shù)的有效區(qū)域的曲線圖11包括對于本發(fā)明的抗彎曲光纖作為有效區(qū)域的函數(shù)的損耗率的曲線圖12是為了比較的目的的，由忽略有效區(qū)域中彎曲引起的變化得到的不正確的 性能比較的曲線圖13是本發(fā)明的替代實(shí)施例的“突起的錐形”折射率分布的曲線圖14包括對于直的光纖和彎曲的光纖這兩者的“突起的錐形”折射率分布的等價 圖15是有效區(qū)域相對于彎曲半徑的曲線圖，將傳統(tǒng)的階躍型折射率核心光纖與 本發(fā)明的彎曲不變光纖的突起的錐形折射率分布進(jìn)行比較。
具體實(shí)施方式
圖1示例說明了經(jīng)過彎曲表現(xiàn)出定義的彎曲半徑的大核心直徑光纖的范例部分 10。如同所示，將彎曲光纖10定義為在如同所示的x-y方向具有彎曲半徑Rhmi。如上所 述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大核心直徑光纖的彎曲將以縮減的有效區(qū)域的形式引起失真。特別是，可以確 定彎曲光纖10的等效折射率模型，并接著如下地進(jìn)行分析來將前進(jìn)的光信號傳播繞過半 徑Rhmd的彎曲時，它在不同的橫向位置X上“看到”的不同光程長度考慮在內(nèi)
權(quán)利要求
1.一種可以抵抗彎曲的影響的光纖，該光纖包括核心區(qū)域，用于引導(dǎo)基本模的傳播光信號，該基本模表現(xiàn)出大模場，所述核心區(qū)域具有 在引導(dǎo)基本模的區(qū)域中由期望的彎曲引起的折射率梯度所偏移的大和平的折射率分布，其 中所述折射率分布減小彎曲對基本模強(qiáng)度分布的影響，其中所述核心區(qū)域折射率分布是折 射率梯度與光纖彎曲的期望方向?qū)R的不對稱分布；以及包圍所述核心區(qū)域的覆層區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述核心區(qū)域的折射率分布被定義為n{x,y) = ncore-(ncore-nclad)(x2 + y2)/R2core, τ < Rcore其中n。。re被定義為在所述核心區(qū)域的中心處的折射率，n。lad被定義為圍繞覆層區(qū)域的 折射率，χ和1定義彎曲光纖的x_y平面上的位移，r被定義為距所述核心區(qū)域的中心的徑 向距離，并且R。_被定義為所述核心區(qū)域的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述核心區(qū)域的折射率分布被定義為n(x，y) = ncore-Ar, r < Rcore,其中n。_被定義為在所述核心區(qū)域的中心處的折射率，r被定義為距所述核心區(qū)域的 中心的徑向距離，A是預(yù)期的彎曲引起的梯度，并且! 。_被定義為所述核心區(qū)域的半徑。
4.一種可以抵抗彎曲的影響的光纖，該光纖包括近似于由預(yù)期的彎曲引起的折射率梯 度縮減的階躍式折射率分布的不對稱折射率分布，其中所述不對稱折射率分布減小彎曲對 基本模強(qiáng)度分布的影響。
全文摘要
一種可以抵抗彎曲的影響的光纖。通過在制造過程中適當(dāng)?shù)囟x光纖的折射率分布而形成的一種光纖，在光纖彎曲時表現(xiàn)出減小的模失真。將制造分布定義為將由彎曲光纖引入的梯度考慮在內(nèi)的“預(yù)失真”分布。拋物型折射率分布為表現(xiàn)出二次形式的范例抗彎曲分布。突起的錐形折射率為可以用作“制造”分布的另一個分布。由于隨著引入彎曲分布受到大致常數(shù)梯度的偏移，而在任何適當(dāng)配置的形式中，顯著地縮減了諸如彎曲損耗和模失真的因數(shù)。對于在安裝中受到彎曲的光纖，發(fā)明性的光纖相對于現(xiàn)有技術(shù)光纖顯著地改進(jìn)了得到的有效區(qū)域。制造分布可以引入到各種類型的光纖中，例如雙折射光纖，光子帶隙光纖等等，并且特別適合在光纖放大器結(jié)構(gòu)中使用。
文檔編號G02B6/02GK102043195SQ20101062340
公開日2011年5月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者約翰·菲尼 申請人:美國飛泰爾有限公司