微结构光纤制造技术

一种适合用于单光纤或多光纤光学连接器或阵列的光纤，该光纤由芯区和包围芯区的包层区构成，并且，在波长λ上，在弯曲直径为１５ｍｍ时，该光纤的基模弯曲损耗低于０．１ｄＢ／ｍ，在波长λ上，在光纤一端的基模模场直径，在８．０μｍ到５０λ之间，而且，在波长λ上，在弯曲直径为３０ｍｍ时，该光纤的第一高阶模的弯曲损耗，高于１ｄＢ／ｍ。该光纤是多重结构的，其中的包层区包括主介质和在其内的多个副介质区，以形成空间均匀的平均折射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤光波导，更具体说，是涉及微结构光纤中副介质区的排列。
技术介绍
图1画出常规的光纤。在剖面中画出的是，有预定折射率的第一主介质5c，被第二主介质6c包围，第二主介质的折射率低于第一主介质的折射率。芯区2c包括第一主介质，以便使光波局限在该芯内并在光纤上传播。第一主介质的折射率通常是在空间上均匀的，但也可以有其他熟知的分布，如W形分布。近年来发展的微结构光纤中，高折射率的芯被石英和空气混合物的包层包围，由于玻璃和空气之间大的折射率反差，给出新的光纤性质。包层结构可以有空间均匀的平均折射率，可以调整该平均折射率，使它与芯的折射率满足要求的关系。如在J.Broeng等人刊登在Optical Fiber Technology，Vol.5，pp.305-330(1999)，page316的论文说明的，利用有足够大的空气孔的微结构光纤，能够比常规光纤实现更低的弯曲损耗。需要在光学部件间(光纤、波导光路、包含它们的模块等等)布线的光纤，必须能以低的损耗和低的费用拼接，能在弯曲成小直径下工作，和能有低的多模噪声。小直径弯曲带来的弯曲损耗，和光纤单元不精确定位带来的耦合损耗，是常见的问题。用有空间均匀平均折射率的包层的微结构光纤，很难获得对低损耗拼接足够大、但对泄漏引起的光损耗又不太大的模场直径。
技术实现思路
本专利技术至少部分通过提供一种光纤来满足上述的需求，该种光纤的光学特征是，基模的弯曲损耗低、第一高阶模的弯曲损耗高、和模场直径适合低损耗的光耦合及低损耗的导向。本文在说明本专利技术中使用的词汇，特征如下。主介质是能靠自身构成光纤的介质。相反，副介质是不一定能靠自身构成光纤的介质。例如，玻璃和聚合物能用作主介质或副介质，而液体、气体、和真空，能用作副介质。用若干种介质i(i＝1…M)构成的区域的平均折射率，由下述方程式(1)定义。navg={(Σi=1Mn2f)/(Σi=1Mf)}1/2------(1)]]>在方程式(1)中，n和f分别为介质i的折射率和体积。折射率n1的介质1与折射率n0的介质0的相对折射率差Δ，由方程式(2)给出。Δ=(n12-n02)/2n12------(2)]]>这里副介质区被安排在主介质0或1中，考虑用平均折射率代替主介质的折射率。在孔是周期地排列的结构中，孔的相对直径d/L是孔的直径d与结构的周期性晶格间距L之比。第一高阶模是其相位指数(phase index)是最高的仅次于两个基模的模。通过下面的详细说明，本专利技术的优点变得显而易见，下面的说明是简明地以完成本专利技术的最佳方式演示的。本专利技术可以有其他的不同的实施例，且本专利技术的若干细节也可以在各个不同方面进行修改，全都不偏离本专利技术。因此，图和说明都是示例性的，不是限制。附图说明本专利技术在附图中以举例方式，而不是以限制的方式演示，附图中相同的数字表示相同的单元，附图有图1画出常规光纤垂直于光纤轴的剖面。图2画出一种按照本专利技术的微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。图3A和3B分别表示三种光纤A1-A3的基模和第一高阶模的弯曲损耗曲线，光纤A1-A3是按照图2的本专利技术形成的。图4画出按照本专利技术另一个实施例的微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。图5表示光纤的基模和第一高阶模的弯曲损耗曲线，该光纤是按照图2和4的本专利技术形成的。图6画出一种按照图2本专利技术的涂敷微结构光纤。图7画出一种按照本专利技术构成涂敷微结构光纤的微结构光纤带。图8画出一种按照本专利技术的可分离的微结构光纤带。图9画出一种光纤连接器，它把按照本专利技术的微结构光纤与常规光纤拼接。图10画出一种多光纤的光纤连接器，它把按照本专利技术的微结构光纤阵列，与包含常规光纤的光纤阵列拼接。图11画出按照本专利技术的一种多光纤的光纤阵列，其中的微结构光纤与常规光纤拼接。图12画出按照本专利技术的另一种光纤连接器。图13画出按照本专利技术的微结构光纤平行于光纤轴的剖面。图14画出按照本专利技术的另一种微结构光纤平行于光纤轴的剖面。图15画出一种按照本专利技术的多光纤光学连接器，它与图10所示连接器类似。图16画出一种按照本专利技术的多光纤光纤阵列，它与图11所示阵列类似。图17是用扫描电子显微镜拍摄的图片，表明本专利技术制成的光纤的剖面。图18是本专利技术制作的光纤的衰减系数谱，用剪断法测量。具体实施例方式图2画出第一实施例微结构光纤垂直于光纤轴的剖面。图中尺寸不一定按精确的比例。微结构光纤1有芯区2、包围芯区的内包层区3、和包围内包层区的外包层区4。芯区由第二主介质区6包围的第一主介质5构成。内包层区由第二主介质和多个副介质区7构成。外包层区由第三主介质8构成。外包层区的作用，除改进机械强度外，是增加高阶模的弯曲损耗。外包层区的外边界是圆周，直径例如125μm。最好用涂层介质，例如UV固化树脂，覆盖外包层区的外表面。光纤的外经可以小于125μm，例如80μm，以便降低弯曲产生的应变。或者，光纤的外经可以大于125μm，例如180μm，以便防止光纤的微弯曲。最好还要在光纤拉制当中或光纤拉制之后，让微结构光纤以高于2.5％的应变通过一过筛步骤，从而降低在光纤中包含低强度的段的概率。具体说，经2.5％的过筛后，2米长的光纤弯曲成15mm直径的断裂概率小于10-3。又，经3.5％的过筛后，2米长的光纤弯曲成10mm直径的断裂概率小于10-3。第一主介质是以GeO2掺杂的石英玻璃。第二和第三主介质是纯的石英玻璃。副介质是不活泼的气体，如空气和氮气，于是副介质区是空气孔。因此，如把第一、第二、和第三主介质的折射率分别记为n1、n2、和n4，副介质的折射率记为n3，而内包层区的平均折射率记为N，那么下面的关系式成立。n1＞n2＞n3，和N＜n4。内包层区的平均折射率N，第一主介质对第二主介质的相对折射率之差Δ，和第一主介质区的形状，按如下方式选取，使在200nm到1700nm的波长λ上，基模的模场直径大于或等于8.0μm，并当副介质被第二主介质代替时，小于或等于50λ。结果是，把基模与外界光学系统耦合时，耦合损耗是低的，同时，在副介质被代替的部分，泄漏损耗也是低的。因此，降低了伴随光耦合的费用和光损耗。在该第一实施例的微结构光纤中，第一主介质区和空气孔在垂直于光纤轴剖面上的的形状，是圆的。空气孔排列在恒定间距L的六方晶格的格点上。空气孔的数目是36，占据三层六方晶格。第一主介质区的折射率，在空间上基本是均匀的。也可以用锗、氟、氯、硼、铝、和钛，对第一到第三主介质的石英玻璃掺杂，以便形成折射率分布。还有，虽然熟知的芯区折射率分布是突变折射率分布，但其他分布，如人们熟知的W形分布也是可能的。此外，空气孔的排列不一定是六方晶格。可以替换的是把副介质区排列在多个同心的圆周上，从而改善模场的圆度并增强常规光纤间的耦合效率。下面的表1，列出第一实施例举出的三种微结构光纤A1-A3的结构细节。比较是在包括副介质的光纤与副介质被第二主介质代替的光纤间进行的。不论副介质是否被第二主介质代替，模场直径都在8.0μm与50λ之间。表1 (*1)是当副介质没有被第二主介质代替时(*2)是当副介质被第二主介质代替时内包层对第二主介质的相对折射率之差Δ，是根据在1550nm波长上，第二主介质与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤，包括芯、包围芯的内包层、和包围内包层的外包层，其中芯是第一主介质，在２００ｎｍ到１７００ｎｍ的波长λ上，具有折射率ｎ１；至少作为光纤的一部分的内包层，包括第二主介质和多个副介质区，第二主介质在波长λ上的折射率是低于 ｎ１的ｎ２，多个副介质区在波长λ上的折射率是低于ｎ２的ｎ３；外包层是第三主介质，在波长λ上的折射率ｎ４高于内包层的平均折射率Ｎ；所述芯、内包层、外包层、和副介质区，沿光纤的轴伸延；光纤的基模在弯曲直径为１５ｍｍ时，在 波长λ上的弯曲损耗，低于０．１ｄＢ／ｍ；在光纤的端部，在波长λ上，基模的模场直径在８．０μｍ到５０λ之间；和在波长λ上，第一高阶模在弯曲直径为３０ｍｍ时的弯曲损耗，高于１ｄＢ／ｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川健美，笹冈英资，西冈大造，上田知彥，细谷俊史，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]