使用复合光纤的马赫-策恩德干涉型器件制造技术

一种马赫－策恩德波长选择器，用一根或多根复合光纤制成，每根复合光纤包含一相移区，其具有一有效折射率，被拼接在有效折射率不同的耦合区之间。每根这样的复合光纤所产生的光程长度差或相位延迟是相移区长度的线性函数。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及马赫-策恩德干涉型器件，以及制造该器件的方法。光纤通信系统就不同目的需要各种波长选择器。例如，在波分复用传输方式中，单根光纤可以传送波长略有差异的若干光束。每束光运载一独立的信息流。波长选择滤波器被运用在光纤分支的地方，在分支处，将具有某特定波长的一束光导入光纤的一个分支，而将其余光束导入另一分支。可将远程通信不同用户所拥有的几个接收机与一根光纤相连。每个接收机装有一个滤波器，该滤波器用于仅将一非常窄的波带导入该器件，并排斥所有其它的波带。供特殊用户使用的信号以与该用户相关的波长发送。这些以及其它波长选择器必须满足在实际通信系统中使用的要求。选择器应能分离相互间仅相差几个纳米的波长。波长选择器对于环境应该是稳定的、可靠的和耐用的。在某些应用中，波长选择器应该“可调”或可调节，以便改变它所选择的波长。另外，波长选择器工作的光功率损耗应该相当低，即选择器不能大量消耗提供给它的光功率。在光通信系统中，马赫-策恩德干涉仪已被用作波长选择器。如附图说明图1所示，马赫-策恩德干涉仪包括一对光纤F1和F2。在第一耦合器C1和第二耦合器C2处，两根光纤相互耦合，以在两者间进行光传输。耦合器用于将光从一根光纤传送到另一根光纤。如以下将进一步阐明的，耦合器可以是所谓的“渐逝”耦合器，在渐逝耦合器中，光纤的窄长部分在基体(matrix)或外被覆层内相互并置得很近。耦合器可以是3分贝耦合器，这种耦合器可将一根光纤上提供的大约一半光功率传送至另一根光纤。光纤F1和F2在耦合器间具有光程长度不同的相移区。因此，光纤F1中相移区的光程长度与光纤F2中相移区的光程长度不同。如在本专利技术中所使用的，“光程长度”是对某一给定波长和某一给定传输模式下的光穿过光纤一端到达另一端所需时间的量度。光程长度的差异已经可以用下述方法获得，即，使一根光纤的相移区实际比另一根的长，或者使两根光纤F1和F2具有不同的传播常数，以致于使两根光纤内的光速不同。后一种结构可以通过使用折射率分布不同的光纤来实现。当光纤是“阶跃-折射率”光纤(包含折射率相当大的纤心和覆盖住纤心的折射率相当小的被覆层)时，两根光纤的纤心可以具有不同折射率、不同的纤心直径、不同的被覆层折射率，或者这些不同量的组合。无论使用哪种特殊的机理来产生不同的光程长度，图1中所示的单级马赫-策恩德滤波器都将根据光的波长把通过输入端1提供的光引导至输出端3或输出端4。较复杂的马赫-策恩德器件采用多级形式，具有多个相移区并有多个串联耦合器，用以获得某些所需的波长选择特性。如美国专利第5,351,325号中所述，还有一些马赫-策恩德器件，它们在耦合器之间不止并联两根光纤，该
技术实现思路
引用包括在此。各种不同的光纤具有不同的光程长度。最好能够对光程差进行选择，以便提供相互间为有理数或整数倍数的光程差。对于用来提供所需波长选择特性的马赫-策恩德器件，光程差应与设计器件中所规定的相同，并且除了特意改变外应保持稳定。诸如各根光纤的移动或振动等环境作用以及光纤的不均匀加热或冷却，都会严重劣化马赫-策恩德各元件的性能。美国专利第5,295,205号(’205号专利)揭示了一种改进的马赫-策恩德器件，该器件包含一个由一种基质玻璃制成的细长体，如一空心的管子，此专利技术也通过引用包括在此。诸光纤穿过管孔延伸。每个耦合器可以这样来形成，即先将管子的一部分塌缩到光纤上(加热)，然后将塌缩的管子部分以及内含的光纤部分拉长，从而在周围包裹着基质玻璃的光纤中提供窄长的段区。采用这种普通的方式，可制成各种马赫-策恩德元件，包括那些具有不止两根光纤的马赫-策恩德元件和具有不止两个耦合器的级联器件。根据第’205号专利中较佳实施例，所制成的器件被牢靠地封装在基质玻璃管内，并由此基本上不受温度梯度和不希望有的无意产生的弯曲的影响。因此，根据第’205号专利制成的较佳器件可用作实际远程通信系统中的元件。除了本领域中的这些和其它进步，还需要作进一步的改进。用传播常数不同的光纤来制造马赫-策恩德器件要求制造商储备传播常数不同的光纤。当单个器件中使用不止两根光纤时，必须制作传播常数相互呈所需关系的光纤。对于某些设计，必须成批制造传播常数不同的光纤，使其差值互为整数倍。这在光纤拉丝工艺中施加了很大的限制和花费。另外，为获得所需传播常数需要对光纤进行调节，这些调节具有不希望有的副作用。例如，为产生一特定传播常数而调整光纤纤心成份会产生一种纤心特别软的光纤，在用来形成耦合器的拉伸工艺期间，这会形成椭圆的截面。这又会导致光学性能随通过器件传送的光的偏振而变化。因此，希望对制造马赫-策恩德器件的方法以及所制得的器件作进一步的改进。本专利技术的一个方面是，提供制造马赫-策恩德器件的方法。依照本专利技术该方面的方法，最好包括提供多根光纤的步骤，其中多根光纤至少包括一根复合光纤。每根这样的复合光纤具有一对耦合区和一个相移区。每根复合光纤相移区的传播常数与该光纤中耦合区的传播常数不同。依照本专利技术该方面的方法，还最好包括在光纤上相隔一段距离的位置上形成一对光学耦合器的步骤，以便每根复合光纤的相移区位于耦合器之间。提供每根复合光纤的步骤可以通过在第一备料光纤(stock fiber)的光纤段之间拼接一段第二备料光纤来实现。除了复合光纤之外，用来制造马赫-策恩德器件的多根光纤，可包括一根传播常数沿其整个长度都相同的均匀光纤。最好用用于制造每根复合光纤的一段第一备料光纤整个地形成该均匀光纤。由于第二备料光纤仅出现于复合光纤的相移区，所以第二备料光纤不受耦合器制作工艺的影响，并且它不会形成耦合器的任何部分。因此，无需考虑第二备料光纤在耦合器制作工艺中的表现便能选择第二备料光纤的特性。复合光纤的光程长度依赖于复合光纤中所含第二备料光纤段的长度。因此，通过控制复合光纤中所含第二备料光纤段的长度便能控制复合光纤的光程长度，不会影响光纤在耦合器间总的实际长度。最好，所有的光纤在耦合器间都具有相同的总长度。可通过调节形成每根复合光纤相移区的第二备料光纤段的长度来补偿任何光纤传播常数对标称值的偏离。当使用该工艺制造在耦合器之间延伸不止两根光纤的马赫-策恩德器件时，多根光纤可以包括多根复合光纤。这里，所有的光纤在耦合器间同样具有相同的实际长度。复合光纤的光程长度直接与每根这样的复合光纤中所含第二光纤段的长度相关。因此，无需制造具有各种不同传播常数的特殊光纤便可获得各种光纤间光程差之间的精确关系。最好，所有的均匀光纤和复合光纤全都由同样的第一和第二备料光纤制成。在本专利技术的较佳实施例中，形成耦合器的步骤包括将光纤封装在一基质玻璃中并将光纤拉长以在基质玻璃内形成相互并排延伸的窄长段区的步骤。使用时，最好仅将复合光纤的耦合区和均匀光纤部分拉长，以形成耦合器。将光纤封装在基质玻璃中的步骤最好通过以下方法来实现，即将光纤安置在由基质玻璃制成的管子的孔中并使该管塌缩到光纤上以形成塌缩区，而且拉伸光纤的步骤包括拉伸每个塌缩区部分以及被安置在其中的光纤部分的步骤。该工艺的这些步骤可以依照上述’205号专利来实现。本专利技术的另一方面是，提供一种包括多根光纤的马赫-策恩德器件。多根光纤至少包括一根复合光纤，每根这样的复合光纤包括一对耦合区和一个相移区。每根复合光纤相移区的传播常数与该光纤中耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造马赫－策恩德器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：（ａ）提供多根光纤，它们至少包括一根复合光纤，每根所述复合光纤包括一对耦合区和一个相移区，每根所述复合光纤之所述相移区的传播常数与该光纤耦合区的传播常数不同；以及（ｂ）在所述 光纤上相隔一段距离的位置形成一对光耦合器，使每根所述复合光纤的所述相移区位于所述耦合器之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉J米勒，
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]