[发明专利]具有差示双折射机制的光纤

说明书

本申请要求提交于2010年4月30日的美国申请No.12/771,272的优先权的利益。

技术领域

本发明一般涉及光波导纤维，更具体地涉及显示单一偏振或偏振维持性能，和/或高双折射的光纤。

背景技术

光纤因其高容量和对电噪声的免疫力，已经成为用于电信的受欢迎的介质。偏振维持(PM)光纤和单一偏振(SP)光纤已经广泛地用于生产光系统中的线偏振的输出。这些光纤用于超高速传输体系，还用作与光学元件(例如，激光器、EDFA、光学仪器、干涉型传感器和光纤陀螺仪)一同使用或与其连接的耦合器的光纤。单一偏振光纤和偏振维持光纤可以是活化的，这意味着它们是掺杂在纤芯的稀土，或者是钝化的，这意味着不包括稀土掺杂剂。单一偏振光纤的偏振特性意味着光纤在单一的偏振带内传播两个垂直偏振的偏振方向中的一个，并且只是一个，同时通过大幅度地增加其传输损失来抑制另一个偏振方向。

偏振维持光纤(也称为偏振保持光纤)可以将输入线偏振维持在两个垂直取向的轴中的一个上。这些光纤并非是单一偏振光纤。普通的偏振维持光纤(本文中称为PANDA PM光纤)包括，如图1所示，圆形芯12’，其被具有两个位于其中的应力诱导区域13’(两个应力杆)的纯氧化硅包层区14’包围。芯12’和包层区14’由用于形成光学的常规材料形成。芯材料的折射率大于包层材料的折射率。为了得到足够的双折射，现有的市售PANDA型光纤具有氧化硅包层和硼掺杂的应力杆，其具有大于20重量％的B₂O₃。在拉伸工艺中，由于氧化硅包层，通常的温度大于1900℃，并且这些硼杆变得相对于氧化硅非常有流动性(低粘度)。在光纤拉伸过程中，硼杆会“喷射”，这需要通过向光纤拉伸工艺中加入复杂性，并通过以低速拉伸光纤来修正。所述复杂性和低速拉伸使得该光纤较为昂贵。

该两个应力诱导的区域13’由相同的玻璃材料形成，因此具有相同的热膨胀系数(CTE)。该两个应力诱导的区域13’也具有与芯和包层材料不同的组成，以及不同于包层材料14’的CTE。在拉伸该种光纤时，纵向延伸的应力诱导的区域13’的收缩的量将不同于包层材料，由此纤芯12’将处于机械应变的状态。应变诱导的双折射(也称为应力诱导的双折射)被赋予光纤，由此减少了两种垂直偏振的基谐模之间的耦合。

本文中引用的任何对比文献都不认为构成了现有技术。申请人明确地保留挑战任何引用的文献的准确性和相关性的权利。

发明内容

以下定义和术语是本领域中通用的。

折射率分布-折射率分布是光学材料的折射率与在光纤的选定部分上的光纤半径(由光纤的中心线测定)之间的关系。

双折射-双折射是光纤中基谐模的两种垂直偏振态的有效折射率之差。

半径-光纤段的半径通常根据其中材料的折射率变化的点来限定，因为使用的材料呈现不同的组成。例如，中心芯的内半径为0，因为该段的第一点位于中心线上。中心芯段的外半径是从波导中心线延伸到中心芯的折射率具有正差值的最后点的半径。对于具有远离中心线的第一点的段，波导中心线到其第一折射率点的位置的半径是该段的内径。同样地，从波导中心线到该段的最后的折射率点的位置的半径是该段的外径。例如，包围中心芯的向下掺杂的环形段具有位于环形段与包层之间的界面处的外径。

相对折射率％(Δ％)-术语Δ％表示由以下方程式定义的折射率的相对测定值：

Δ％＝100×(n_i²-n_c²)/2n_i²

其中，Δ％是表示为I的折射率分布段的最大折射率；n_c，即参比折射率，是指包层的折射率。该段中的每一点具有相对于包层测定的相关折射率。

根据本发明的至少一些实施方式，所述光纤包括：

(i)具有第一折射率n₁的芯；

(ii)包围所述芯并具有第二折射率n₂的包层，使得n₁＞n₂，所述包层具有至少两个纵向延伸穿过所述光纤的长度的应力杆，并且所述至少两组玻璃应力杆中的一组中的应力杆具有与另一组的应力杆不同的CTE和/或软化点；并且

(iii)其中，该光纤在操作波长范围内支持单一偏振模式或者具有偏振维持性能。