[发明专利]用于制造光纤光栅的系统和技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年10月6日提交的名为“Modified Method for Making Long-Period Gratings in Optical Fibers using Electrical Resistive Heating”的美国临时专利申请No.61/543,973的优先权，其由本申请的受让人所有，且全文并入此处作为参考。

本发明的背景技术

技术领域

本发明一般涉及光纤器件和方法，特别涉及制造具有非对称扰动的光纤光栅的改进的系统和技术。

背景技术

近来，少模光纤中的模分复用传输作为增大单根光纤传输容量的手段已经吸引了许多注意。最简单的少模光纤支持两种模：LP₀₁模和LP₁₁模。如果使用这些模的全部退化(degeneration)，这些光纤将支持6个信道的传输。

模分复用系统中的关键部件是模转换器，即提供波导模之间高效且稳定的转换的器件。模转换器可使用长周期光栅(LPG)实现，长周期光栅(LPG)是一种在光纤的折射率分布、几何形状或以上二者中包括周期性的一系列扰动的光纤器件。

成功的LPG设计必须满足多种标准。当然，LPG必须由给定的输入高效地产生希望的模输出。另外，LPG还必须在延长的一段时间上稳定，还应该表现出低到可接受的水平的插入损耗。其他重要因素是成本和易制造性。

制造LPG的较早的技术典型地在满足一个以上上述标准方面有 所欠缺，特别是在对称模(例如LP₀₁模)和非对称与对称模(例如LP₁₁模)之间提供模转换的方面。因此，存在对于制造成功的光栅的改进方法的需求。

发明内容

本发明的方面涉及制造长周期光栅的系统和技术，其提供对称波导模与非对称波导模之间高效且稳定的模转换。

本发明的一个方面涉及用于将光学器件(例如长周期光栅)写入光纤的技术。提供了光纤的片段和加热单元，加热单元包括电阻性加热元件，其特别配置为具有与光学器件的所选周期相比较小的厚度，其中，电阻性加热元件产生宽度与所选器件周期相比较窄的局部加热区域，且其中，施加热在光纤片段的所选部分中产生局部的、旋转非对称的扰动。

光纤片段被安装为使得光纤片段的侧表面与电阻性加热元件的侧表面邻近。为光纤片段和加热元件中的至少一个提供平移台，使得光纤片段的侧表面可相对于加热元件轴向平移。光纤片段关于电阻性加热元件定位，使得光纤片段的所选部分的表面位于电阻性加热元件的加热区域中。电阻性加热元件的温度被选择为在光纤片段的所选部分中导致旋转非对称扰动。

另一方面涉及在制造LPG中提供更大控制的技术。上述技术用于写入具有与所选最优值相比更高的折射率反差值的光栅。加热元件之后用于对光纤片段的扰动与非扰动区域二者进行退火，从而减小光栅与所选最优值的反差值。

本发明进一步的方面涉及执行上面的技术的系统。

附图说明

图1A和图1B示出了示例性多模光纤中的基本LP₀₁模和高阶LP₁₁模的简化的标量图，且图1C和图1D示出了对于两种模的相应的电场强度分布的曲线图。

图2示出了长周期光栅的简化图。

图3和图4是用于制造长周期光栅的机械光栅的图。

图5为一简化图，其示出了根据本发明一方面的用于在光纤片段中产生局部非对称折射率扰动的设置。

图6为图5所示光纤片段的部分和加热元件的并非按比例绘制的特写侧视图。

图7为图5的光纤片段的部分的进一步的侧视图，示出了到光纤片段的被加热部分的变化。

图8-图11示出了根据本发明的进一步的方面的用于电阻性加热元件的多种不同的配置。

图12示出了根据本发明的进一步的方面的组件的图，该组件用于控制光纤片段相对于加热元件的轴向移动，以便在光纤片段中制造一系列的非对称扰动。

图13A示出了完整模转换器的图。

图13B和图14示出了用于对根据本发明的方面制造的LPG的性能进行量化的两种测试设置的图。

图15和图16A-图16E示出了使用图13B所示测试设置获得的透射光谱，其显示出根据本发明制造的LPG相比于使用机械光栅制造的LPG的改进的稳定性。

图17为一曲线图，其示出了如由使用图14所示的测试设置进行的S²测量计算的作为群延迟的函数的模拍幅度。