具有受控模场直径扩大匹配的光纤熔接制造技术

一种熔接包括一个具有一个第一ＭＦＤ和一个第一ＭＦＤ热扩大率的第一光纤。该熔接进一步包括一个具有一个第二ＭＦＤ和一个第二ＭＦＤ热扩大率的第二光纤（１００），其中第二ＭＦＤ小于第一ＭＦＤ。第二光纤包括一个光纤芯（１１０），一个径向包围光纤芯的包覆层（１３０）和一个在光纤芯和包覆层之间的高浓度的氟圈（１２０）。在熔接操作期间，第一光纤的ＭＦＤ扩大率小于第二光纤的ＭＦＤ扩大率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本案涉及并要求申请于2001年5月30日，题为“Optical Fiber IncludingA Fluorine-Containing Zone”的共同待批共同拥有的美国临时申请No.60/294740，和申请于2001年8月21日，题为“Optical Waveguide ArticleIncluding A Fluorine-Containing Zone”的共同待批共同拥有的美国临时申请No.09/934388的优先权，上述两申请均通过引用而结合在本文中。本案也涉及并要求申请于2001年5月30日，题为“Method of Manufacture of anOptical Waveguide Article Including A Fluorine-Containing Zone”的共同待批共同拥有的美国临时申请No.60/294741，和申请于2001年8月21日，题为“Method of Manufacture of an Optical Waveguide Article IncludingA Fluorine-Containing Zone”的共同待批共同拥有的美国临时申请No.09/934361的优先权，上述两申请也均通过引用而结合在本文中。
技术介绍
本专利技术涉及光纤熔接。更具体地说，本专利技术涉及至少一个光纤具有受控的模场直径(MFD)扩大率以匹配另一个熔接光纤的MFD的光纤熔接。熔接是采用电弧将两个光纤的端头焊接在一起。其目的是匹配两个光纤以达到最低可能的信号损耗。极端高温(～2000℃)被用于熔接光纤的二氧化硅玻璃端头，然后该端头被放在一起并允许其熔接和冷却。单模光纤要求光纤芯的精确对准。为了最大程度地减小光学损耗，理想的是两个光纤的MFD匹配。采用复杂的计算机控制设备对准光纤并监视光学匹配。掺铒光纤(EDF)特别对熔接提出挑战，因为为了最大的效率，它要求一个小的光纤芯和高数值孔径，从而降低MFD。这个问题由于掺杂离子在EDF中和其将要被熔接到的光纤中的不同扩散率而变得更复杂，诸如在掺铒光纤放大器(EDFA)泵激合并器中所发现的问题。应用到EDF熔接上的先有方法包括有意识地凭借折射率提升离子扩散出光纤芯而扩大低MFD光纤的MFD，以和第二光纤的MFD匹配。折射率提升离子扩散有两重效果，降低光纤芯的折射率，同时增加光纤芯的有效尺寸。但是，虽然扩大MFD是理想的，但其发生率经常证明对其控制的困难。降低折射率同时增加芯尺寸的两重效果令使MFD扩大过程在适当的时间停止极端困难。例如，当放大器制造商在利用EDF时会有对于熔接时间上的问题，对MFD扩大适当的时间却对给予适当的机械强度来说太短。而且，短熔接时间使控制熔接器的间隙变得困难，导致重复性的问题。当熔接器中由于二氧化硅在电极上的堆积发生的变化(熔接电流，电弧位置，电弧稳定性)有更大的效应时，该匹配问题变得更加复杂，因为只有更少的时间可用来化解不稳定性。很多先前的努力都集中在试图使光纤芯增大(因此MFD也扩大)而不是减小它。一个实例提出一种设计，为了降低光纤芯相对于包覆层的折射率差，从而提高MFD扩大率，该设计采用将氟扩散进光纤芯的办法。另一个相关的实例叙述了一种有意识地扩散折射率提升光纤芯掺杂剂以提高MFD以优化熔接损耗的方法。这样就始终存在对进行有规律的MFD匹配熔接以及达到这般熔接的可重复方法的需要。
技术实现思路
本专利技术致力于的光纤熔接包括一个在光纤芯和包覆层之间有一个氟圈的光纤。虽然允许MFD扩大，本专利技术的熔接通过放慢MFD扩大而提供对全过程更高控制的益处。而且，因为MFD扩大率的结果曲线可以预言并且可以通过包含在光纤内的氟的化学合成物受到控制，本专利技术就使使用者能将理想的熔接时间和理想的MFD扩大率相匹配。根据本专利技术的熔接包括一个具有第一MFD和第一MFD扩大率的第一光纤。该熔接进一步包括一个具有第二MFD和第二MFD扩大率的第二光纤，其中第二MFD低于第一MFD。第一光纤在光纤芯中可以有一个比第二光纤更低的折射率提升掺杂剂浓度，或第一光纤在光纤芯中可以有一个比第二光纤更低的折射率提升掺杂剂扩散率。第二光纤的第二MFD扩大率的变化可以由圈中氟的数量控制。第二光纤包括一个光纤芯，一个径向包围光纤芯的包覆层和一个在光纤芯和包覆层之间的高浓度的氟圈。高浓度这样定义，在圈中的氟浓度要大于在芯中或包覆层中的氟浓度。在一个具体的实施例中，圈中最大的氟浓度在0.5到6摩尔％之间。在熔接的操作中第一光纤的MFD扩大率小于第一光纤的MFD扩大率。第二光纤的芯可以掺铒，掺铝和/或掺镧。第二光纤也可以进一步包括至少一个扩散阻挡层。同样，第一光纤也可以包括一个光纤芯，一个包覆层和一个在光纤芯和包覆层中间的高浓度的氟圈，其中，第一光纤的MFD扩大率的变化由氟的数量和折射率提升掺杂剂的数量控制。各种器件都可以从根据本专利技术的熔接中得到好处。包括熔接的宽带放大器很引人注目，其中第一和第二光纤提供对不同波长的放大。相似地，也有包括熔接的宽带放大器，其中只有第二光纤提供放大。第一光纤可以是一个泵激激光器合并器或一个泵激激光器尾纤。这些器件可以是通讯系统的一部分。根据本专利技术的熔接第一和第二光纤的方法包括在加热和提供具有第二MFD和第二MFD扩大率的第二光纤时提供具有第一MFD和第一MFD扩大率的第一光纤的步骤。第二MFD小于第一MFD，第二MFD扩大率大于第一MFD扩大率。第二光纤包括一个光纤芯，一个径向包围光纤芯的包覆层和一个在光纤芯和包覆层中间的高浓度的氟圈。圈中的平均氟浓度高于芯中心或包覆层外边缘的氟浓度。和没有氟圈的相似光纤相比，氟圈减小了第二光纤的MFD扩大率。然后两个光纤通过向每个光纤的端面施加热量而熔接并使它们紧密接触和光学对准，同时匹配第一和第二光纤的MFD。在熔接步骤中第一和第二光纤两者的MFD可以受到监视，其中施加热量的步骤受到控制以达到MFD匹配。或者，在第一和第二光纤的MFD扩大率已知的地方，热量可以施加一个预先确定的时间和在一个预先确定的温度下施加，该预先确定的值被认知为第一和第二MFD扩大曲线的交点。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的熔接方法的图解。图2描绘根据本专利技术的具有一个匹配包覆抑制圈(MCDR)结构的光纤的第一实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图3描绘根据本专利技术的具有一个匹配包覆匹配圈(MCMR)结构的光纤的第二实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图4描绘根据本专利技术的具有一个抑制包覆降低圈(DCLR)结构的光纤的第三实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图5描绘根据本专利技术的具有一个抑制包覆抑制圈(DCDR)结构的光纤的第四实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图6描绘根据本专利技术的具有一个匹配包覆提升圈(MCRR)结构的光纤的第五实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图7描绘根据本专利技术的具有一个抑制包覆提升圈(DCRR)结构的光纤的第六实施例的折射率剖面轮廓和相应的剖面示意图。图8描绘根据本专利技术的具有一个阻挡层结构的光纤的第七实施例的剖面示意图。图9描绘根据本专利技术的具有一个双阻挡层结构的光纤的第八实施例的剖面示意图。图10是三个不同光纤的MFD％变化相对融化时间的曲线图。图11是光纤MFD相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔接包括：ａ）一个具有一个第一ＭＦＤ和一个第一ＭＦＤ热扩大率的第一光纤；ｂ）一个具有一个第二ＭＦＤ和一个第二ＭＦＤ热扩大率的第二光纤，其中第二ＭＦＤ小于第一ＭＦＤ；ｃ）第二光纤包括ｉ）一个 光纤芯，ｉｉ）一个径向包围光纤芯的包覆层，和ｉｉｉ）一个越过光纤芯和包覆层的边界，具有一个高氟浓度的圈；ｄ）其中在熔接期间第一光纤的第一ＭＦＤ热扩大率小于第二光纤的第二ＭＦＤ热扩大率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CR西科拉，JR昂斯托特，MT安德森，CR沙德特，LJ唐纳尔兹，AOP沙瑞利，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]