[发明专利]包括掺硼-氟应力构件的保偏和单偏振光纤

说明书

发明背景

发明领域

本发明一般涉及光纤，更具体地涉及保偏和/或单偏振光纤。

技术背景

保偏(PM)和单偏振(SP)光纤可用于超高速传输系统和许多其它应用。如图1所示，一种类型的现有技术的保偏光纤包括被包层11包围的中心纤芯10。纤芯10和包层11由用于形成光波导的常规材料形成。纤芯材料的折射率大于包层材料的折射率。仅作为示例，纤芯10可由包含诸如氧化锗之类的提高其折射率的一种或多种掺杂剂的二氧化硅组成。包层11可包括纯二氧化硅、包含的掺杂剂量少于纤芯10的二氧化硅、或包含一种或多种降低掺杂剂的二氧化硅，这些掺杂剂中的至少一种是使二氧化硅的折射率降低的诸如硼或氟之类元素的氧化物。在图1中，相对于纤芯10在直径两侧的两个区域12由玻璃材料形成(例如用20％到25％重量百分比的B掺杂的二氧化硅)，该玻璃材料的热膨胀系数(CTE)与包层材料11的热膨胀系数不同。当这样的光纤被拉制成时，纵向延伸的区域12和包层区将收缩不同量，藉此区域12将根据其相对于包层11的CTE而被置于拉伸或压缩状态。由区域12与包围区11之间的CTE不匹配引起的各向异性热应力引起的应力所引起的双折射减弱了两个偏振基模(具有正交偏振方向)之间的耦合。

通过CTE不匹配(包层11与区域12之间)获得的这些PM或SP光纤的一个主要缺点是这些光纤对温度敏感，因为热应力会随温度变化。这种热敏感性通常损害PM或SP性能的稳定性。PM和SP光纤的热稳定性对于许多应用而言非常重要，诸如高功率放大器/激光器领域、高精度机载空间导航、以及深海(或陆地)传感器应用，其中光纤在工作期间经历剧烈的温度变化。如果未采用通常昂贵的附加温度管理，则这些变化会导致PM/SP性能降级，从而引起性能的劣化、低导航准确性以及设备/系统中可能的总失效。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种光纤，包括：(i)纤芯；(ii)包围该纤芯的包层，以及(iii)毗邻该纤芯且位于该包层内的至少一个应力构件，该应力构件包括用B和F二者共同掺杂的二氧化硅。优选地，该光纤支持在800nm到1600nm的工作波长范围内(例如850nm、1060、1310和/或1550nm)的保偏和/或单偏振模式。优选该应力构件具有热应力系数σ_t和机械应力系数σ_m，且σ_t＜σ_m。

在一个实施例中，中心纤芯被该应力构件包围，而且该应力构件是硼-氟掺杂的二氧化硅的环形区。在另一实施例中，该应力构件包括位于纤芯的相对两侧上的至少两个施加应力部件(SAP)，诸如B和F掺杂的应力杆。

根据本发明的某些实施例，中心纤芯优选具有约0.05％与2.5％之间的Δ％，Δ₁。例如，对于大模场面积(LMA)的PM光纤、在其中非线性是主要缺陷或相关因素的诸如高功率光纤激光器的应用、以及机载高精度光纤陀螺仪而言，中心纤芯优选具有约0.05％与0.15％之间的Δ％，即Δ₁。在用于电信和光纤传感器的单模光纤中，中心纤芯Δ％，即Δ₁优选为约0.3％到2.5％之间。此外，根据某些实施例，该光纤包括包围中心纤芯的掺氟(或共同掺氟)区，其Δ％等于或低于-0.0％。通过LMA光纤，我们表示的是纤芯直径超过20微米的光纤，例如纤芯直径为20与60微米之间的光纤。本文中公开的其它光纤实施例是例如纤芯直径约为3到15微米的单模光纤。

根据本发明的实施例的保偏或单偏振光纤的一个优点是基本稳定的保偏或单偏振性能，其没有温度敏感性或温度敏感性最小。

将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的本发明可认识到。

附图简述

图1是现有技术的光波导的示意性截面图。

图2A是根据本发明的保偏光纤的第一实施例的示意性截面图。

图2B是根据本发明的单偏振光纤的第一实施例的部分示意性截面图。

图2C是根据本发明的保偏光纤的第二实施例的示意性截面图。

图2D是根据本发明的保偏光纤的第三实施例的示意性截面图。

图3是OSA(光谱分析仪)测量的示出光谱(以dB为单位的发射功率)与图2A光纤的波长的关系的曲线图。

图4是用于本发明的某些实施例的应力构件的热膨胀系数(CTE)的曲线图。