用于抑制放大的自激发射的光纤滤光器制造技术

一种内嵌的分布式光纤滤光器，其包括增大折射率（相对周围的包层材料）的纤芯区域，从而允许所想传输波长的全反射（ＴＩＲ）。包层区域内形成且配置一个或多个增大折射率特征部分，从而产生包层模式和纤芯模式在确定要被过滤移除的波长处的模式混合。能够独立确定与确定适当的纤芯规格以及包层规格相关的参数，从而通过过滤无用信号和传播所想通信信号来提供增强的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全光纤光学滤光器，更具体地涉及一种包括选择配置的纤芯和包层材料的全光纤光学滤光器，用以提供选择性波长过滤，帮助减少放大的自激发射(ASE)。
技术介绍
众所周知，光纤系统对于各种不同的“光学噪声”(所想波长之外波长的无关信号)源都很敏感，这导致损害了系统性能。几年来提出了各种类型的过滤配置来解决这个问题。离散过滤元件(包括多个薄膜层)被用来去除所选择的波长使其不沿光纤传播。这种离散滤光器能够减少聚集的噪声能量，但是不能充分的减少其它的系统损害，例如由于噪声放大引起的能量损失。向前追溯，一种分布式、内嵌(in-line)光纤滤光器被认为是比使用离散装置更可取的方案，特别是对于放大器应用，其中噪声放大的接合损失，能量损失等等能影响整个放大器的性能。传输光纤的纤芯区域内可以形成布拉格光栅，作为一种内嵌光纤滤光器用以“反射”所选择的波长和防止不需要的信号成分进一步传播。参看，例如，1998年2月10日授予A.Robinson的美国专利5,717,799，此专利描述了一种布拉格光栅的使用，其中该光栅特别配置成线性(chirped)和变迹(apodized)以改善滤光器的品质。尽管各种内嵌式配置已经成功的提供了一些过滤功能，但反射光栅用于放大器中的内嵌式过滤是有问题的，因为反射能够导致不需要的噪声波长下的振荡或者光激射。反射光栅能够用为离散滤光器，但是并不能提供对本专利技术很重要的分布式过滤的优势。2000年10月31日授予R.P.Espindola等人的美国专利6,141,142，讨论了一种应用分布式过滤的光纤放大器的实例。在此例中，通过称作(定向-blazed)光栅，代替反射布拉格光栅，进行过滤。尽管一些分布式滤光器实施例能够提供有效的过滤，但是这种方法需要额外的光纤生产工艺步骤，并且将光纤的搀杂分布图限于那些具有合适感光性的分布图。因此，现有技术还需要一种配置，提供具有增强的波长选择性的光学过滤，并且较佳的应用一种内嵌、分布式、全光纤的配置，以消除要在光学通信系统中包括离散装置的需要。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术存在的需要，其涉及全光纤光学滤光器，更具体地涉及一种全光纤、分布式光学滤光器，包括选择设置的纤芯和包层材料，用以提供选择性波长过滤，帮助减少放大的自激发射(ASE)。根据本专利技术，传输光纤的纤芯区域配置成具有一“增大折射率”值(也就是，纤芯区域呈现比临近包层区域更大的折射率)，而周围包层区域内的所选区域配置形成的“特征部分”也呈现一增大的折射率(相对于多数其余包层材料)。增大纤芯的折射率，以在包层和纤芯的折射率间产生差值使得所选(所想)光波仍然限制在纤芯区域内。另外，通过仔细的选择折射率值和增大折射率包层特征部分的物理特性，可以获得选择性波长过滤。不需要的(被过滤的)波长将从纤芯区域中“泄露”出来，然后导入包层，离开传播信号路径。本专利技术一方面是，纤芯和包层的参数可以单独调整，以提供所想的波长敏感性(即，由包层参数“去耦-decoupling”纤芯参数)。也就是，可以确定纤芯直径和折射率值得到所想波长最适宜的传播。根据物理设计、位置、通频带值、阻带值等分别确定包层增大折射率特征部分，以提供所想的过滤特性。包层增大折射率特征部分可以包括任何所想的几何形状，例如一个或多个环，“孔”等，并且应用任何优选的与光纤性能相关的技术而形成包层增大折射率特征部分。在一些情况下，可以使用微结构光纤。或者，可以使用MCVD技术形成一个或多个同心的表现出更高的折射率的包层材料“环”。本专利技术其他和进一步的特征，优点和实施例，在以下的讨论过程及通过参考附图会变得更清楚。附图说明现参考附图 图1包含根据本专利技术形成的不同光纤滤光器的截面图，其中图1(a)-1(d)示出了一组四个具体实施例；图2是波长以有效折射率为函数的曲线图，标绘出了纤芯模式和包层模式，并示出了光学过滤发生处的折射率匹配条件；图3是本专利技术另一实施例的截面图，其使用了多个增大折射率包层特征部分来提供所想的光学过滤；图4包括图3所示光纤的折射率示意分布图，其以表示在纤芯和包层区域内传导的光的模式有效折射率的虚水平线、示出了各模式保持分离(对于传输波长)的条件，且示出了区域匹配模式(对于被过滤的波长)的条件；图5是与图1(a)所示光纤相关的图表，其示出了以半径为函数的折射率的测量值；图6是与图5相关的光纤滤光器的波长为函数的损耗图表，示出了在预知折射率匹配点附近的高损耗，提供了本专利技术的光学过滤操作；图7示出了图5所示光纤滤光器的模拟损耗和光强图。具体实施例方式如上所述，有多种不同的光学系统，可以通过应用对沿着系统光纤传播的信号进行选择性波长过滤以改善性能。具体的，“光噪声”能通过选择性地去除特定波长的信号使其不沿光纤传播而减少。根据本专利技术，全光纤光学滤光器已经改进为在目标通频带中呈现独立的包层模式和纤芯模式，但是在阻带中只呈现混合的纤芯-包层模式。模式混合通过信号耦合入包层区域导致的纤芯区域内增益降低和/或损耗增加带来整体传输的减少。根据本专利技术形成的全光纤滤光器基于以下设计原理(1)增大折射率纤芯区域主要通过全反射(TIR)传导光(在所想波长下传播)，(2)包层中包含增大折射率特征部分，其具体配置成“导引-guide”选择包层模式。在包层模式充分与纤芯模式折射率匹配时的波长下，模式发生混合并且光会“溢出”进入包层，而不是完全包含在纤芯。一旦进入包层，这些光可能通过辐射、吸收、或者其他过程，从系统中进一步损失。这些光波长因而限定为滤光器设计中的阻带，并能通过巧妙处理增大折射率包层特征部分的各个特性来控制，例如(但不限于)选择的折射率值，所包含的特征部分的数量，各个特征部分的尺寸，特征部分的位置等。本专利技术的分布式、全光纤滤光器特别适于光纤放大器应用。传统的光纤放大器中，已发现噪声放大的接合损失和能量损失能影响放大器的性能。通过具备选择性过滤(减少增益/增加损耗)在已知“噪声”波长下传播的信号的能力，放大器整体性能将改进，表现为较低的总噪声功率，改进的噪声系数，或者泵功率转换为所想信号功率中更好的功率效率。良好滤光器性能的一种测量标准为高消光比-噪声波长下的损耗与所想信号波长下的损耗之比。实际上，能够提供一种在一噪声波长下的损耗，使其至少比所想信号波长下的损耗大5倍(噪声和信号波长之间的差值小于20％)。对于折射率交叉点附近的波长，纤芯传导模式可以通过适当的光纤设计控制散射而经历大的正增益，或负散射。图1(a)-1(d)包含四个提供本专利技术的选择性波长过滤的示例性配置的截面视图，其中为了本专利技术讨论的目的关于图1(a)的配置示出了一个折射率曲线的曲线图。参照这些实施例，图1(a)的配置示出了一个示例性的光纤10，包括一被内包层区域14包围的增大折射率的纤芯区域12区域。增大折射率包层特征部分(在此例中，为一环)16示出为包围内包层区域14，且外包层区域18分布在包层环16周围。如图1(a)中折射率曲线具体示出的，相对于周围包层的额定的折射率(表示为nclad)，纤芯区域12表现出“增大的”折射率值，表示为ncore。另外，包层环16形成为具有相对高的折射率值(在图1(a)的折射率曲线中表示为nhi)的增大折射率特征部分。在本专利技术该实施例的一个示例性配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤滤光器，用于从光纤纤芯移除至少一预定噪声波长的光，该光纤滤光器包括：一段光纤，其包括纤芯区域，该纤芯区域具有以ｎ↓［ｃｏｒｅ］表示的第一折射率值；包围纤芯区域的包层区域，该包层区域具有以ｎ↓［ｃｌａｄ］表示的第二折射率值，其中ｎ↓［ｃｌａｄ］＜ｎ↓［ｃｏｒｅ］；和至少一高折射率包层特征部分，该特征部分位于具有以ｎ↓［ｈｉ］表示的第三折射率值的包层区域中，其中ｎ↓［ｈｉ］＞ｎ↓［ｃｌａｄ］，不同的折射率值、大小和位置确定从光纤纤芯过滤的至少一预定噪声波长，其中当纤芯模式的有效折射率与包层模式的有效折射率充分匹配时发生纤芯模式和包层模式之间的模式混合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：瑞恩泰勒比斯，约翰迈克尔菲尼，严曼菲，
申请(专利权)人：美国飞泰尔有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]