[发明专利]有色散的光纤和光纤装置

说明书

本申请是申请日为2007年3月2日、申请号为200710084442.9、发明名称为“有色散的光纤和光纤装置”一案的分案申请。

技术领域

本发明涉及光纤装置，其中该装置的总色散大于材料色散。

背景技术

光纤可以引导有多个空间图形的光，每个空间图形被唯一地命名为光纤的横模(以下为了简化，称它为模)。光纤中光信号的色散特性取决于它正在传播的模。因此，每种模的特征是它特有的色散值。模的色散大致等于材料色散(D_m)与波导色散(D_w)之和。材料色散是光信号所驻留的材料色散，即，制作光纤的材料(最普遍的是，有微量锗，磷，氟和其他掺杂剂的石英)。波导色散是由于限定光纤波导的折射率分布造成的。因此，通过合适地改变光纤的折射率分布(它改变D_w)，可以设计模的色散(D_total＝D_m+D_w)。如以下所解释的，在大多数的光纤设计中，波导色散D_w是负值。因此，光纤的折射率分布可以设计成得到D_w有很大的负值，从而可以实现有各种不同负值的光纤色散D_tota，而在最大可实现的色散中，大多数光纤的色散是材料色散。对于有各种掺杂剂的石英，在约大于1300nm的波长下，它的D_m＞0，而在小于1300nm的波长下，它的D_m＜0。因此，在大于1300nm的波长下，大多数光纤可以实现正的或负的色散(D_total)，而在小于1300nm的波长下，光纤色散仅可能是D_total＜0。

光脉冲在光纤中的光响应主要取决于它经受的色散。这对于诸如脉冲扩展的线性效应和诸如脉冲畸变和孤子形成的非线性效应都是正确的。因此，光纤的色散在设计光纤基装置中起关键的作用。虽然光纤通信系统通常工作在1300nm或1500nm与1650nm之间的波长范围内，但许多其他重要的光学系统是在较低的波长下工作。光纤激光器的优选工作波长是在1060nm。普遍存在的掺钛蓝宝石激光器可用在几个泵探测实验以及生物医学成像或治疗中，它通常工作在700nm至1000nm的波长范围内。最后，人眼可以看见的所有波长，因此，诸如激光指示器的几种商品化器件工作的波长，它们的波长范围是从400nm至700nm。所有这些应用中共同的工作波长都是在1300nm以下，其中石英光纤仅产生负的色散。在这些波长范围内有正色散或零色散的光纤能够传播孤子并产生宽带超连续光谱，例如，它对于生物医学成像系统是有用的。在许多的这种系统中，在这些波长下要求正的低色散光纤。因此，我们需要这样的光纤，它在小于1300nm的波长下可以提供稳定的光脉冲传播，其色散是正值，并可以通过合适设计折射率分布进行调节。我们需要这样一种光纤，在任何所需的波长范围内，它的波导色散D_w可以设计成大于零。

大多数光纤是单模光纤，这意味着这些光纤仅支持最低阶的基模，基模标记为LP₀₁模。下标中的两个数字分别表示空间光图形在沿方位角方向(第一个下标)和沿径向(第二个下标)有强度最小值(零)的数目。如上所述，标准石英光纤中LP₀₁模仅可以实现D_w＜0，其中折射率分布是由石英中的各种掺杂剂确定。因此，整个这类光纤可以有最大的D_total＝D_m，其中D_m是石英的材料色散。由于在＜1300nm的波长下，D_m＜0，在这个波长范围内不能实现D_total＞0。