模场直径扩大的光纤以及扩大光纤模场直径的方法技术

本发明专利技术是一种普通小模场直径（“ＭＦＤ”）的光纤，它具有包裹着包层的纤芯、一切割端和一扩大的模场直径。形成扩大ＭＦＤ的方法是用高度局域化的热源使小ＭＦＤ光纤之纤芯中的一种或多种掺杂物热扩散。所得到的绝热锥形具有扩大的ＭＦＤ，该ＭＦＤ适宜于连接另一个ＭＦＤ较大的光纤。在小ＭＦＤ光纤中形成绝热锥形的方法是对准并邻接两根ＭＦＤ不同的光纤的切割端，以形成一接缝。使接缝偏移热源加热区的中心一段预定距离，从而连接两光纤并扩大模场直径。随着模场直径扩大，监测接头两端的接头损耗。当接头损耗达到或充分接近目标损耗时，停止加热，并在接头光纤中ＭＦＤ较小部分的ＭＦＤ经光学扩大后与另一光纤的ＭＦＤ匹配的地方，切割所述接头光纤。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤与其它具有不同光学性能的光波导之间的连接。尤其，本专利技术涉及一种模场直径(“MFD”)扩大的光纤，以及一种用于扩大光纤MFD以供后来与MFD较大的光纤连接的方法。尽管本专利技术可用于许多连接场合，但它特别适于将特种光纤连接到标准单模光纤，本文将对这方面作特别描述。
技术介绍
由于光纤工业已经成熟，诸如掺铒光纤、色散补偿光纤、纤维布拉格光栅光纤以及长周期光栅光纤等特种光纤在光子光波系统中变得越来越重要。为了提供必要的性能，需要将这些和其它特种光纤与其它光纤或光学器件相连接，但又不造成过大的连接损耗或“接头损耗”，这是光子光波系统领域中的熟练技术人员所知的。无一例外，这些特种光纤的MFD大小和其它方面都不同于将与特种光纤连接的光纤或器件的MFD。连接MFD不匹配的光纤一般会产生过大的接头损耗。标准单模光纤是现今最常用的光纤，它也不例外。多年来，已经开发了许多技术，用于限制因MFD不匹配而产生的接头损耗负作用。迄今为止，已尝试用物体锥形化、同轴式光学器件以及热扩散的膨胀纤芯(“TEC”)方法来适当地匹配光纤和其它具有不同MFD的器件的模场。物体锥形化包括下锥形化和上锥形化两种。同轴式光学器件包括透镜之类的简单光学器件，以及与诸如隔离器和调制器等微型光学器件结合的扩束光纤。TEC方法包括那些通过扩散来扩大MFD的方法。在下锥形化方法中，首先用传统方法熔接光纤，然后对光纤的接头部分加热，以便可以拉伸光纤。用这种方式，软化后的接头部分可以变成锥形。由于锥形以及MFD在纤芯直径较小的光纤中扩展可以减小纤芯的不对准性，所以与原始的非锥形接头相比，可以减小接头损耗。但是，用此方法制造的锥形对形体扰动或外界的折射率变化很敏感，因为模场不再紧束纤芯。另外，锥形光纤的外直径在拉丝过程中会改变，因此对于任何连接都需要提供特殊的光纤插头。与下锥形化方法不同，上锥形是在拉预制棒的阶段形成的，并会产生膨胀的纤芯。纤芯膨胀导致了MFD扩大。此方法一般可用于掺铒光纤“EDF”与普通单模(“SM”)光纤之间的机械连接、粘合连接或连接器。但是，此方法还要求连接器具有特殊的插头，并且还需要特殊的预制棒。大多数同轴式光学器件使用透镜元件，用于准直来自发射光纤的光束，或者将扩展的光束聚焦到接收光纤的纤芯上。其它组合器件，诸如层叠偏振器、微隔离片或嵌入光纤的调制器等，在某些特种光纤中存在热致和掺杂物扩散。但是，这两种方法都很复杂、不稳定，并且昂贵。另外，对于使用透镜的器件，对准是关键问题。TEC方法利用掺杂物在加热光纤中扩散的现象来扩大MFD。将两根MFD不同的光纤熔接的通常做法是，连续或绝热地改变一根或两根光纤的纤芯直径，使得MFD在其边界处匹配。在掺杂物扩散过程中，纤芯直径局部变大，并且与普通光纤部分相比，相对折射率的差局部变小。结果形成一锥形纤芯，从而在光纤中形成锥形MFD。因此，TEC方法是一种局部扩大光纤MFD的有效方法。但是，如以下将进一步讨论的，迄今为止本领域已知的TEC方法对于某些应用是无效的。TEC技术实施方法一般可归于两类中的一类。第一类是在炉或燃气器内对MFD较小的光纤进行热处理，然后将经扩大的光纤与MFD较大的光纤熔接。第二类是先熔接两根光纤，然后加热以扩散熔接区。在第一种方法中，一般用炉子或微燃烧器为扩散提供热量。由于大多数炉子有温度限制，所以该工艺一般要化几小时才能完成，并且要求在从光纤上剥下原始涂层后马上施加一碳涂层。施加碳涂层是很贵的，并且费时，但对减少适当扩散掺杂物所需的热接触时间却是必要的。即使炉内温度一般并非极端温度，但长时间接触气焰会使光纤发脆。为此，用最大温度大约为1300°的开端炉处理光纤。使用这种开端炉一般要求将Δ为1％的光纤受热10小时以上。由于开端炉的温度梯度较小，所以在达到最大直径之前，纤芯沿至少200mm光纤长度慢慢地扩大。结果，光纤中较长的经热处理的部分具有相对较低的机械强度，需要在有效用于光子元件中之前进行额外保护和包装。另外，由于炉子和微燃烧器系统具有较大的规模，所以第一种方法不容易在必须制作许多光纤接头的现场使用。只有小MFD光纤之纤芯掺杂物的扩散系数大大地大于大MFD光纤之掺杂物的扩散系数时，第二种方法才能工作得很好。掺铒的小MFD光纤是一典型的例子。对于高Δ(“HD”)和单模(“SM”)光纤，两者都用慢扩散的锗来掺杂，但用该方法不能完全消除纤芯的不连续性。当用电弧熔接放电来制造接头时，所得到的接头损耗一般在0.3dB左右。这仍然太高，不能接受，因为在光学网络中一般存在许多这样的熔接连接。因此，仅仅在连接后加热熔接部分是不能实现绝热耦合的。鉴于以上叙述，需要一种MFD扩大的光纤，该扩大的MFD与光子元件(或其它光子光波系统)中光纤或其它光波导器件的较大MFD相匹配，致使光纤可以一致性地连接，并且接头损耗最小。另外，需要一种扩大光纤MFD的方法，该方法容易重复；应用时坚固；消耗有限时间和资源；相对光纤长度产生一较小的MFD扩大区；当MFD扩大的光纤与另一光纤相连时接头损耗最小，并且能够在现场完成。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种MFD扩大的光纤，以及一种用于扩大光纤MFD的方法。所述方法不需要为光纤内纤芯扩散，并因此有利于形成扩大的MFD而长时间地在炉中加热。这种MFD扩大的光纤具有一优点，即它具有较短的膨胀模场区，接头后更容易保护。并且为光纤提供了足够的强度。当本专利技术的MFD扩大光纤与标准SM光纤相连时，较短的膨胀模场区可以形成光子子组件，并缩小包装尺寸。相应地，子组件成本降低以及子组件维修次数减少。本专利技术扩大光纤MFD的方法具有一优点，即热处理时间短。短时间热处理可以使本领域的熟练技术人员快速确定各种光纤接头组合可以获得的最小接头损耗。同样，很容易确定各种光纤组件的目标损耗。相反，那些需要几小时热处理的方法要化费一整天或更长的时间，才能确定单个接头是否提供了可接受的接头损耗。另外，本专利技术的方法不需要对光纤尾纤进行特殊的处理，因为尾纤的长度很短。为了获得这些和其它优点，可以在光纤中形成一绝热锥形。其方法是，靠近热源，对准并邻接小MFD光纤的切割端和大MFD光纤的切割端，形成接缝。使接缝偏移热源产生的加热区中心一段预定的距离，并且在加热区加热，以连接光纤并扩大MFD，与此同时监测接头损耗的降低。当观察到接头损耗达到或充分接近目标损耗时，停止加热，并在加热区中心将所述热源的热量传递给小MFD光纤的地方，切割小MFD光纤。在另一方面，本专利技术包括一种光纤，它具有周围包裹着包层的纤芯，以及一切割端，在切割端中形成一个长度小于1cm的绝热锥形。切割端适于连接具有较大MFD的第二光纤，接头损耗小于0.1dB。在另一方面，本专利技术包括一种与波分复用系统(“WDM”)系统一起使用的元件。该元件包括一个MFD较大的光纤输入光纤跨度和一根小MFD光纤，其中所述小MFD光纤至少具有一个纤维布拉格光栅和一个MFD扩大的部分。依照本专利技术的上述这些方面，小MFD光纤的MFD扩大部分与输入光纤跨度熔接。本专利技术的附加特征和优点将在以下详细描述中叙述，并通过描述部分清楚，或者通过实施本专利技术而认识到。本领域的熟练技术人员应该理解，以上一般描述和以下详细描述都是举例性的，它们试图为所要求保护的本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤，它具有ＭＦＤ且适于连接具有较大ＭＦＤ的第二光纤，其特征在于，所述光纤包括：包层；纤芯，它被所述包层包裹着；和切割端，其中形成一个长度小于１ｃｍ的绝热锥形，所述切割端适于与第二光纤接头，接头损耗小于０．１ｄＢ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴奇，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]