保偏(pm)雙包層(dc)光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及光學(xué)器件，并且更具體地涉及光纖光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)放大器和激光器米用如下光纖:其中信號被在纖芯中引導(dǎo)而栗浦光被在內(nèi)包層中引導(dǎo)。雖然類似的波導(dǎo)原理適用于低功率和高功率，但是高功率應(yīng)用經(jīng)歷了與增加的功率水平相關(guān)的一些不同問題.因此，需要持續(xù)的努力來在高功率光學(xué)系統(tǒng)中減輕不利影響.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開了保偏(PM)雙包層(DC)光纖.PM-DC光纖包括纖芯、內(nèi)包層、外包層和應(yīng)力棒.纖芯具有纖芯折射率(nrolJ.內(nèi)包層在徑向上位于纖芯的外部并且具有小于nrolJ勺內(nèi)包層折射率(叫).應(yīng)力棒位于內(nèi)包層中，并且每個(gè)應(yīng)力棒具有基本上與叫匹配的應(yīng)力棒折射率(n2)。外包層在徑向上位于內(nèi)包層的外部.外包層具有小于叫的外包層折射率(η_)。
[0004]經(jīng)研究以下附圖和詳細(xì)描述，其他系統(tǒng)、設(shè)備、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的或變得清楚.意圖是將所有此類附加系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都包括在本說明書中，在本公開的范圍內(nèi)，并且由所附權(quán)利要求保護(hù).
【附圖說明】
[0005]參照以下附圖可以更好地理解公開的的許多方面。附圖中的部件不一定按比例繪制，而是將重點(diǎn)放在清楚地說明本公開的原理.此外，在附圖中，類似的參考數(shù)字貫穿若干視圖標(biāo)示對應(yīng)的部分.
[0006]圖1是示出應(yīng)力棒的折射率基本上小于內(nèi)包層的折射率的光的軌跡的圖.
[0007]圖2是示出應(yīng)力棒的折射率基本上大于內(nèi)包層的折射率的光的軌跡的圖。
[0008]圖3是示出實(shí)施例中應(yīng)力棒的折射率基本等于內(nèi)包層的折射率的光的軌跡的圖.
[0009]圖4是示出耦合到栗浦合束器的雙包層(DC)保偏(PM)光纖的一個(gè)實(shí)施例的圖.
[0010]圖5是示出耦合到栗浦合束器的PM-DC光纖的另一實(shí)施例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]光學(xué)放大器和激光器采用雙包層(DC)光纖，其中信號被在纖芯中引導(dǎo)而栗浦光被在內(nèi)包層中引導(dǎo).以往，內(nèi)包層折射率(叫)小于纖芯折射率(nrara)，從而通過已知的折射機(jī)制將信號光約束到纖芯.類似地，外包層折射率(η_)小于ηι，從而將栗浦光約束到內(nèi)包層.
[0012]有時(shí)，這些DC光纖是保偏(PM)光纖，其結(jié)合位于內(nèi)包層中并且跨過纖芯的應(yīng)力棒。這些應(yīng)力棒有不同于叫的應(yīng)力棒折射率(η 2)，η2和η丨之間的失配導(dǎo)致在內(nèi)包層和應(yīng)力棒之間的邊界處的光折射.
[0013]在傳統(tǒng)的光纖中，這些應(yīng)力棒有時(shí)改變和扭曲被引導(dǎo)的信號的特性，因?yàn)槲恢锰拷w芯的應(yīng)力棒可以改變信號的模場形狀.然而，這類失真以前在傳統(tǒng)的PM-DC光纖中不是問題，并且因此，對于傳統(tǒng)的PM-DC光纖，叫和^之間的失配以前沒有成為重要的設(shè)計(jì)考慮。
[0014]隨著更高功率系統(tǒng)的發(fā)展，內(nèi)包層和應(yīng)力棒之間的折射率失配變得有問題。雖然類似的波導(dǎo)原理適用于低功率和高功率，但是較高功率水平的應(yīng)用會出現(xiàn)在較低功率水平中不存在的一些明顯問題。例如，熱累積(以及其它有關(guān)功率的效果)在高功率系統(tǒng)中成為關(guān)鍵問題。其結(jié)果是，叫和η 2之間的折射率失配(這在用于低功率系統(tǒng)的傳統(tǒng)PM-DC光纖的設(shè)計(jì)中很大程度上是未解決的)成為高功率光學(xué)系統(tǒng)中的限制因素.鑒于此，一種減輕這些高功率相關(guān)問題的方法是通過在PM-DC光纖中基本上(但不是完美)匹配叫與!^?；旧掀ヅ?12與n i降低栗浦損耗并減少不想要的發(fā)熱.
[0015]考慮到該總體概述，現(xiàn)在詳細(xì)參考如在附圖中所說明的實(shí)施例的描述.雖然幾個(gè)實(shí)施例被結(jié)合這些附圖描述，但是沒有意圖將本公開限制到在此公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式.相反，意圖是涵蓋所有替代、修改和等同物。
[0016]圖1是示出應(yīng)力棒的折射率(n2)基本上小于內(nèi)包層的折射率(叫)的光的軌跡的圖。如在圖1中所示，當(dāng)PM光纖被接合到具有折射率匹配的內(nèi)包層的非PM光纖時(shí)，接合部15導(dǎo)致PM光纖和非PM光纖之間的界面，使得根據(jù)Snell定律在邊界處折射率的任何失配將導(dǎo)致光折射.
[0017]折射的兩個(gè)示例示于圖1，其中η2<ηι。在第一個(gè)示例中，入射栗浦光線1以Θ角從側(cè)面入射到應(yīng)力棒上.由于^<1^，光線1將折射至更小的角度α。注意，應(yīng)力棒通常是圓形的，因此，在圖1中描繪的角度被垂直于界面(或邊界)測量。因此，雖然光線1的方位角也將被改變，但是為了說明的目的，只考慮垂直于界面的光線1的行為就足夠了。有鑒于此，當(dāng)光線1到達(dá)應(yīng)力棒和內(nèi)包層之間的邊界時(shí)，折射率的差異再次將光線1折射至原始傳播角度Θ.因?yàn)楣饩€1最初被在內(nèi)包層內(nèi)以Θ引導(dǎo)，因此光線1繼續(xù)被限制于內(nèi)包層。
[0018]在第二個(gè)示例中，入射栗浦光線2在由接合部15導(dǎo)致的界面處以Θ角入射到應(yīng)力棒上.此時(shí)，光線2在進(jìn)入應(yīng)力棒時(shí)將被折射至更大的角度.當(dāng)光線2到達(dá)應(yīng)力棒和內(nèi)包層之間的上邊界時(shí)，折射率失配進(jìn)一步以基本上大于原始傳播角度Θ的角度將光線2折射遠(yuǎn)離應(yīng)力棒.如果傳播角度的增加超過PM-DC光纖的數(shù)值孔徑(ΝΑ)，則光線2 (其最初被在內(nèi)包層中以Θ角引導(dǎo))不再被限制于內(nèi)包層并逃逸，從而引起諸如災(zāi)難性加熱的不期望的效果。只要進(jìn)入應(yīng)力棒的栗浦光可以占到總栗浦光的高達(dá)約百分之二十(20%)或甚至高達(dá)約30%，則用非常低折射率的應(yīng)力棒將非ΡΜ光纖接合到ΡΜ光纖是不可取的.
[0019]相反地，用非常高折射率的應(yīng)力棒(如鋁摻雜的二氧化硅應(yīng)力棒)將非ΡΜ光纖接合到ΡΜ光纖也是不可取的.以示例的方式，圖2示出應(yīng)力棒的折射率(η2)基本上大于內(nèi)包層的折射率(叫)的光軌跡的兩個(gè)示例.
[0020]第一示例示出以Θ角從側(cè)面入射到應(yīng)力棒上的輸入栗浦光線1.由于η2>ηι，光線1將折射至更大的角度。當(dāng)光線1到達(dá)應(yīng)力棒和內(nèi)包層之間的邊界時(shí)，折射率的差異再次折射光線1至原始傳播角度Θ.因?yàn)楣饩€1最初在內(nèi)包層內(nèi)以Θ被引導(dǎo)，因此光線1繼續(xù)被限制于內(nèi)包層.
[0021]相反，如在第二個(gè)示例中所示，當(dāng)入射栗浦光線2在接合部15的界面處以Θ角入射到應(yīng)力棒上時(shí)，光線2在進(jìn)入應(yīng)力棒時(shí)將被折射至更小的角度。如果該角度足夠小，則當(dāng)光線2在應(yīng)力棒和內(nèi)包層之間的上邊界處被反射時(shí)其會被困住.因此，被困光線2導(dǎo)致更低的效率，因?yàn)槠洳辉倥c增益摻雜劑相互作用.因此，用非常高折射率的應(yīng)力棒將非PM光纖接合到PM光纖也是不可取的.
[0022]在圖1和圖2的示例中，由低折射率的應(yīng)力棒散射出光纖的栗浦光的量(圖1)或在應(yīng)力棒內(nèi)被捕獲和浪費(fèi)的栗浦光的量(圖2)可以用光線光學(xué)計(jì)算。例如，應(yīng)力棒的截面積為總的ΡΜ-DC光纖截面積的約20 %至30 %，并且栗浦光通常均勻地填充內(nèi)包層的整個(gè)被引導(dǎo)的NA(約0.45至約0.48).因此，由被困的栗浦光或散射的栗浦光引起的損耗可估