[发明专利]用于硅光子学的光纤

说明书

一种用于将光学信号有效地耦合到光子装置的光纤。所述光纤包括掺Cl的锥形芯体区域，其具有变化的外直径和变化的最大芯体折射率，以在对光子装置关注的波长下提供改进的耦合。所述光子装置例如可以是硅光子装置，其工作波长在1310nm处或附近，或者在1550nm处或附近。

本申请依据35 U.S.C.§119要求于2017年2月7日提交的系列号为62/455,728的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。

背景技术

本公开一般涉及光纤与光源及具有不同光学性质的其他光波导的耦合，更具体地，涉及具有扩展的模场直径(“MFD”)的光纤，以及扩展光纤的模场直径以随后与硅光子装置耦合的方法。

硅光子(SiP)收发器对数据中心应用具有吸引力，这是因为相比于850nmVCSEL系统，它们可潜在地提供高的数据速率和更长的距离。对成本敏感的数据应用来说，关键问题在于有效且廉价地将SiP激光器耦合到光纤。虽然将激光器耦合到芯体直径大且数值孔径高的多模光纤中比较容易，但是其带宽比单模或芯体小的较少模的光纤更低。因此，需要开发可低成本地将SiP激光器或类似的光源耦合到单模光纤的耦合装置。

另外，如光子光波系统领域的技术人员所知的，随着光纤产业的成熟，常需要将特种光纤(例如色散补偿光纤)或模场直径大的光纤耦合到单模光纤而不表现出过多的连接损耗或“接续损耗”。然而，这些特种光纤的模场直径与将要耦合或连接的遍及单模光纤或装置到大模光纤的模场直径在尺寸和其他方面有所不同。这种模场直径彼此错配的光纤连接一般导致过多的接续损耗。

本文引用的任何参考文献不应被认定为构成现有技术。申请人明确保留怀疑任何引用文献的准确性和相关性的权利。

发明内容

本公开的一个实施方式涉及一种光纤，其包括：长度L，第一端面和第二端面，以及在光纤的第一端面处的MFD，该MFD与光纤的另外区域处的MFD不同，所述光纤还包括：

(I)基于掺Cl二氧化硅的芯体，其包括：

(a)第一掺Cl芯体区域，该区域具有最大折射率Δ₀，使得0.05％≤Δ₀≤0.6％(相对于未掺杂的二氧化硅而言)，以及外芯体直径D₀，其中5微米≤D₀≤12微米，第一掺Cl芯体区域具有最大Cl浓度[Cl]，其中0.5重量％≤[Cl]≤5重量％；和

(b)掺Cl锥形芯体区域，其位于第一掺Cl芯体区域和第一光纤端面附近，所述掺Cl锥形芯体区域，以及最大芯体折射率Δc沿着锥形芯体区域的长度减小，锥形区域具有最大直径D_最大和沿着长度变化的外直径，使得：

(i)D_最大≥D₀+3微米；

(ii)8微米≤D_最大≤70微米；和

(II)包围芯体的基于二氧化硅的包层。

根据一些实施方式，光纤耦合器包括：(i)壳体；(ii)位于所述壳体内的套圈，并且上文所述的光纤位于所述套圈中，所述套圈被构造用于接收和支承其中的另一个光纤的至少一部分。根据一些实施方式，具有基于掺Cl二氧化硅的芯体的光纤和另一光纤在套圈内彼此相邻定位，并且彼此是光学耦合的。