用于硅光子学的光纤制造技术

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。

Optical fibers for silicon photonics

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硅光子学的光纤本申请依据35U.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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。根据本文公开的至少一些实施方式，包层在整个光纤长度上包含恒定的外直径。根据本文公开的至少一些实施方式，第一掺Cl芯体区域具有长度L1，并且L1>12cm。根据本文公开的至少一些实施方式，掺Cl锥形芯体区域包含长度L2，其中0.05mm≤L2≤10mm。例如，根据一些实施方式，光纤包括具有长度L1的第一掺Cl芯体区域，锥形芯体区域包含长度L2，其中L1>12cm且0.05mm≤L2≤10mm。根据一些实施方式，一种光纤包括：长度L，第一端面和第二端面，以及在光纤的第一端面处的模场直径MFD，该模场直径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，该区域沿着其长度L1具有恒定的最大折射率Δ0，使得0.05％≤Δ0≤0.6％(相对于未掺杂的二氧化硅而言)，以及沿着其长度L1的恒定的外芯体直径D0，其中5微米≤D0≤12微米并且L1>12cm，所述第一掺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锥形芯体区域具有长度L2，其中0.05mm≤L2≤10mm，以及最大芯体折射率Δc，其沿着锥形芯体区域的长度L2减小，锥形区域具有最大直径D最大和沿着长度L2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，所述包层在光纤的整个长度上具有恒定的外直径。根据一些实施方式，本公开涉及一种光纤，其具有长度，第一端面和第二端面，以及模场直径(MFD)，光纤的第一端面处的模场直径(MFD)与光纤的第二端面处的模场直径(MFD)不同。在一些实施方式中，长度L2为0.05mm至50mm，在一些实施方式中为0.5mm至20mm，在一些实施方式中为1mm至2cm。在一些实施方式中，长度L2为0.05mm≤L2≤1mm。在一些实施方式中，长度L2为0.2mm≤L2≤5mm。在一些实施方式中，10微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤100微米/毫米。在一些实施方式中，14微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤86微米/毫米。在一些实施方式中，14微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤35微米/毫米。在一些实施方式中，锥形芯体区域具有锥形轮廓，该锥形轮廓具有：线性锥度、抛物线锥度、指数式锥度或高斯锥度。在一些实施方式中，锥形芯体区域具有渐变(adiabatic)锥度，并且满足以下条件：其中D是在锥形芯体区域中的位置z处的芯体直径，λ是工作波长，n有效是基模的有效折射率，并且n包层是包层的折射率。在一些实施方式中，λ＝1310nm。在一些实施方式中，λ＝1550nm。在一些实施方式中，λ＝980nm。在一些实施方式中，锥形芯体区域具有基本上渐变的锥度，并且满足以下条件：在一些实施方式中，芯体中的Cl的最大浓度是1.1重量％至5重量％。在一些实施方式中，芯体包含最大Cl浓度为1.4重量％至5重量％的至少一个区域。在一些实施方式中,相对于未掺杂的二氧化硅，0.0％≤│Δc(D最大处)│≤0.3％，例如，其中0.0％≤│Δc(D最大处)│≤0.2％。在一些实施方式中，长度L2小于3cm。在一些实施方式中，长度L2为0.05mm至30mm，在一些实施方式中为0.5mm至20mm，并且在一些实施方式中为1mm至2cm。根据至少一些实施方式，包层是基于掺F二氧化硅的包层。根据一些实施方式，光纤包层中的最大F浓度是1重量％。根据一些实施方式，光纤包层中的最大F浓度例如是0.05重量％至0.75重量％。根据一些实施方式，掺Cl锥形芯体区域具有渐变的锥度。根据一些实施方式，锥形芯体区域在1550nm下的锥形诱导损耗≤0.2dB。根据一些实施方式，锥形芯体区域在1310nm下的锥形诱导损耗≤0.2dB。根据一些实施方式，锥形芯体区域在1310nm下的锥形诱导损耗≤0.1dB。根据一些实施方式，相对于纯二氧化硅，最大直径最大值D最大所对应的位置处的折射率Δ——Δc为约-0.2％至约0.8％(即，-0.2％≤Δc(D最大处)≤0.8％)。根据一些实施方式，相对于未掺杂的二氧化硅，最大直径最大值D最大所对应的位置处的折射率Δ——Δc≤0.4％，即，Δc(D最大处)≤0.4％。根据一些实施方式，相对于未掺杂的(纯)二氧化硅，│Δc(D最大处)│≤0.2％。根据一些实施方式，相对于未掺杂的(纯)二氧化硅，│Δc(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤，其包含：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)，以及芯体外直径D0，其中5微米≤D0≤12微米，所述第一掺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锥形芯体区域具有长度L2，其中0.05mm≤L2≤10mm，以及最大芯体折射率Δc，其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L2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)基于二氧化硅的包层，其包围基于掺Cl二氧化硅的芯体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.07 US 62/455,7281.一种光纤，其包含：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)，以及芯体外直径D0，其中5微米≤D0≤12微米，所述第一掺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锥形芯体区域具有长度L2，其中0.05mm≤L2≤10mm，以及最大芯体折射率Δc，其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L2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)基于二氧化硅的包层，其包围基于掺Cl二氧化硅的芯体。2.一种光纤耦合器，其包含：(i)壳体；(ii)位于所述壳体内的套圈，以及(iii)位于所述套圈内的如权利要求1所述的光纤，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。3.如权利要求2所述的光纤耦合器，其还包括所述另一个光纤，使得具有基于掺Cl二氧化硅的芯体的所述光纤和所述另一个光纤在套圈内彼此相邻定位，并且彼此是光学耦合的。4.如权利要求1所述的光纤，其中：(a)第一掺Cl芯体区域具有长度L1，并且第一掺Cl芯体区域的最大折射率Δ0沿着长度L1是恒定的，并且第一掺Cl芯体区域的芯体外直径D0沿着长度L1是恒定的，其中L1>12cm，并且(b)所述包层在光纤的整个长度L上具有恒定的外直径。5.如权利要求1或4所述的光纤，其中，所述光纤在光纤的第一端面处具有MFD，其与光纤的第二端面处的MFD不相同。6.如权利要求1、4或5所述的光纤，其中，包层包含氟，并且光纤长度L<100m。7.如权利要求1、4或5所述的光纤，其中，所述芯体包含Cl浓度为1.1重量％至5重量％的至少一个区域。8.如权利要求1、4或5所述的光纤，其中，所述芯体包含Cl浓度为1.4重量％至5重量％的至少一个区域。9.如权利要求1、4或5所述的光纤，其中，所述锥形芯体区域具有基本上渐变的锥度，并且满足以下条件：其中D是在锥形芯体区域中的位置z处的芯体直径，λ是工作波长，n有效是基模的有效折射率，并且n包层是包层的折射率。10.如权利要求1所述的光纤，其中，所述锥形芯体区域具有锥形轮廓，所述锥形轮廓具有以下中的一种：线性锥度、抛物线锥度、指数式锥度或高斯锥度。11.如权利要求1或4所述的光纤，其中L2为0.05mm≤L2≤1mm。12.如权利要求1或4所述的光纤，其中L2为0.2mm≤L2≤5mm。13.如权利要求1或4所述的光纤，其中10微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤100微米/毫米。14.如权利要求1或4所述的光纤，其中14微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤86微米/毫米。15.如权利要求1或4所述的光纤，其中14微米/毫米≤(D最大-D0)/L2≤35微米/毫米。16.如权利要求1或4所述的光纤，其中，所述锥形芯体区域具有锥形轮廓，所述锥形轮廓具有以下中的一种：线性锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·伯克宾德，李明军，D·R·鲍尔斯，P·坦登，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US