[发明专利]一种电可调谐光纤

说明书

本发明涉及一种电可调谐光纤

人们已经知道，当两根相同的单模光芯位于一个共同的包层中(光芯材料的折射率高于包层的折射率)，并且光芯相距得足够近的话，在两个光芯间就会产生光耦合。当光能被引入其中一根光芯时，它主要地在该芯本身中传播，但是在有限程度上也向紧包着它的包层中传播，所以实际上光芯提供了一条侧向超出光芯本身的光导路径。当光芯靠得足够近时，它们的光导路径相迭加，以至原来在其中一个光导路径中传播的光进入另一个光导路径。所有的，或实际上所有的光能通过这种方式从一个光导路径转移到另一个光导路径，以至在这种光纤中经过一段长度在两个光导路径中传播的能量的比例不断摆动，有时100％在一个路径中，有时100％在另一路径中。所有能量从一个路径传到另一路径，然后又回到前一路径所经过的距离常被称为“拍长”，它的典型长度从几毫米到几厘米。拍长是波长的函数，因此，如果不止一种波长的光被引入这种光纤的话，那么在光纤上沿着向前方向等于许多拍长的著一位置，这些波长的光中有一种波长的光将百分之百地在一个光导路径中传播，而所有其他波长光中至少有一定比例进入另一光导路径。因此，在这点端接光纤就可以把一种波长从其他波长中过滤出来。

这一原理已被用来制造一个光纤结构波长滤光器(发表于K.Okamoto和J.Noda的论文，Electronics Letters1986.2.13，卷22，第4号)，方法是把双芯光纤和单芯光纤间歇地衔接，单芯光纤的各段用于把优先过滤的光从双芯光芯的上一段输出中传送到双芯光芯后一段中的一个光芯中。双芯光纤的每一段都优先地把同一波长转移或过滤，所以每一段双芯光纤都有效地去掉一定量其他波长而只保留某一种波长。因此，如果双芯光纤的段数足够大的话，从组合滤光器一端到另一端的通频带相当窄。然而，这些滤光器的结构相当复杂，也相当昂贵。联系先有的光纤结构波长滤光器叙述的把光能从一个光导路径向另一个光导路径重复和完全的转移，只在两个光导路径的传播常数相同的情况下才能产生。

单模光导路径的传播常数表示光在该路径中的传播速度，它是光芯本身和紧包着它的包层的各参数的函数。对一种给定的结构，传播常数随波长变化。人们也已知道，通过适当地选择芯材料、芯直径、包层材料，和芯及紧包着它的包层的折射率分布，就可以在一定程度上确定对于某一具体波长的传播常数以及传播常数作为波长的函数变化的速率。

在刚叙述过的先有结构中，因为两个光导路径完全相同，所以对于所有波长来说，两路径的传播常数相同。

1985年1月的美国光学学会期刊第84页上题为“两芯光纤：实验”的文章中，建议了一种两芯结构，它们的传播常数只在某一具体波长才相同。因此，所有其他波长都留在被最初引进的光导路径中，而只有设计用该结构过滤出的这个预定的波长在两个路径中摆动，并且可以与其他波长分离开，方法是在某一点端接光纤结构，在这一点，预定波长的大多数能量与其他能量分开进入相对的路径中。这一预定波长由光纤的物理构成确定。

可用电的方法改变或调谐其通频带中心波长的光学波长过滤器公开在1978年7月15日Applied Physics Letters33(2)中R.C.Alferness和R.V.Schmidt发表的论文中。这种滤波器使用了不能用在光纤型结构中的集成光学技术。

直到目前，还不能生产出一种在结构完成后还可以调谐或调节两个光芯间耦合波长的光纤结构。

本发明的一个目的是提供一种这样的光纤。

按照本发明提供了一种电可调谐光纤结构，它包括一段由两个位于共同包层中并且互相均匀隔开的单模光芯组成以提供两个光导路径的光纤，光芯的光学特性不同，因此，两个光导路径的传播常数也不同，它们的值在某一预定波长重迭，这样等于该波长的光能就能不断地从一个芯转移到另一个芯，其特征在于，在包层中有两个电极，并且至少有一个光芯位于两电极之间以便将电场作用在芯上，从而凭借电-光效应改变其传播常数并因此改变该波长，于是使结构成为可调谐的。

由于把电极做在光纤体中，并且与光芯非常接近，所以即使电极间的电压相当低，也可以形成一个跨过光芯的适当强的电场。即使考虑到对光纤中所用材料的限制，由于满足了实现理想的光学性能和能在光纤中构成的需要，所以能够改变一个或两个光芯的传播常数，因此可使中心耦合波长出现可检出的移动。

用软玻璃制造可调谐光芯和包层可以增加波长的可移动量，这将在后面叙述。