光纤及光纤之间的耦合方法技术

一种可输出高功率光的单模式光纤，其输出端处的模式场直径做得较大从而能减小其光能密度。在光纤端面上涂覆一种材料，该材料的导热率或熔点高于光纤材料的导热率或熔点。涂覆膜的厚度设定成能使光的波长有１／４波长的相位移，以降低连接端面处的反射。与该光纤相连的另一光纤也采用同样类型的光纤。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤，其端面可通过与另一光纤的实体接触而与其光耦合，还涉及这种光纤之间的耦合方法。更具体说，涉及一种高功率光放大器输出端处的光纤、供光传输的光纤构件、含这种光纤的光放大器、以及含这种光纤的光传输系统。图8示出一种光纤连接器的外形。更详细说，光连接器800起到将两条光纤810实体连接起来以使其光耦合的作用。为此目的，使用者将插头81装到要连接的两条光纤810的各端面上，然后将插头牢固地拧入一个适配器80两侧的相应螺孔802中，从而将两条光纤精确就位连接。在这种情况下，由于适配器80内有接合凹槽801，凹槽801又与插头81的相应接合头812啮合在一起，因而妨碍了适配器80的旋转。使用者剥开光纤810的表层从而露出芯线(未示出)，然后用插头81包住芯线，这时将光纤芯插入插头81的相应环箍4中。图9示出供光纤用的现有技术的光连接器主要部分的剖面图。该光连接器具有下述的结构，也就是，光纤的折射率分布是由掺杂物的分布决定的。光纤中心部分为芯线2，其折射率高，而周围包覆层3的折射率低。绕在其外面的是环箍4(图中未画出其外周部分)，以便对其紧固。然后，为了防止在光纤端面5上的光反射，对其进行了精密的抛光，以在连接时提供-40分贝或更低的反射。二氧化硅单模式的通常用的光纤，当其中通过的传输光的波长为1.55米时，产生一种模式场(mode field)10，其有约10微米的直径，即使在光纤的内部和端部也都是相同的。JP-A-7-128544揭示的专利技术中，在一个光波导与一条光纤的连接部分，光纤的模式场有局部的扩大。该专利技术涉及的是在波导与光纤之间以熔融或粘接方式作永久性接合，而本专利技术涉及的是用连接器作可反复连接的接合，二者是不同的。在光放大器的紧急情况下期望光纤有高达20分贝或以上的光输出，以用于光传输系统。然而目前已发现，当空气中悬浮的尘埃微粒(以后只称为尘埃)沉积在具有20分贝或以上的所用单模式光纤的光输出端面上时，其光能就集中到尘埃上，于是有尘埃沉积的端面就会过热熔化。导致该端面熔化的过程如下光连接器的连接工作牵涉到尘埃沉积到要连接的光纤端面之间的界面上。当光信号通过光纤传输时，光线照射到已沉积到光连接器连接部分的尘埃上。尘埃吸收光能而发热，产生的热使光纤端部温度升高到光纤材料的熔点或以上时就会使光纤端面熔化。当图9所示现有技术的单模式光纤的光强为20分贝米(dBm)(100毫瓦)时，其功率密度达1300兆瓦/米2(MW/m2)。假定尘埃沉积在二氧化硅光纤的端面且通过光纤的光全部被尘埃吸收并转变成热，则因为石英(二氧化硅)玻璃的导热率为19.0瓦/米/K°(在100℃时)、比热为1.04焦耳/克/K°(J/g/k)、密度为2.22克/厘米3，并取此石英玻璃表面达到其1600℃熔点的时间为30秒，于是留在连接器上的尘埃会使该端面立刻熔化。特别是，当加到光放大器上的输入光强突然增大时，会产生如同浪涌般的非常高峰值的光强，很快就会导致光纤的光输出端面过热熔化。再有，在装有光纤和光放大器的光传输器中，光纤端面的过热熔化会使光传输器损坏。在装有这种光传输器的光传输系统中，光纤端面的过热熔化会大大降低光传输系统的可靠性。作为防止光纤端面过热熔化的一种方法，可考虑在一间干净的房间中预先连接适配器80和插头81，以避免尘埃沉积到光纤端面上。但是，要预先将传输线与光放大器这类分散的器件连接起来是非常困难的。另外，光纤、光放大器和光传输系统通常都是装在一间普通的办公室中的，安装或维修时临时搬走光连接器会造成整个传输系统可靠性变坏。如上所述，用这种方法，为了使光纤能传输高功率的输出光，对现有技术的光纤、光放大器和光传输系统须要使光纤的光输出端和输入端保持清洁。为此，须要有一个干净的房间来进行适配器与插头的互连。此外，安装和维修时，一旦连接器脱开而要重新连接就会面临着可能在光纤端面发生过热熔化的风险。特别是在光纤端面处的光放大器很容易过热熔化，从而使光传输系统的可靠性变坏。本专利技术的第一目的在于提供一种传输光的光纤，它能防止其端面熔化，当高功率输出光通过光纤时只有很小的光耦合损失。本专利技术的第二目的在于提供一种光纤构件，包括两条光纤和用于连接这两条光纤的连接器，以供高功率光的耦合，它能防止光纤端面过热熔化，且只有很小的光耦合损失。本专利技术的第三目的在于提供一种光放大器，其能输出高功率的光，同时能防止光纤端面过热熔化，且只有很小的光耦合损失。本专利技术的第四目的在于提供一种光传输系统，即使用高功率输出光作为信息信号时，其可靠性也不降低，且只有很小的光耦合损失。按照本专利技术的一个方面，为达到本专利技术的目的，提供了一种光纤，该光纤具有一个端面，用于通过实体接触而进行光耦合，其端面具有对光耦合的抗过热功能，且具有光耦合时降低反射的功能。通过以下两点可实现抗过热功能(1)在具有通过实体接触而进行光耦合的端面的光纤中，将光纤端面的场直径(field diamefer)做得大于传输线的场直径。(2)在具有通过实体接触而进行光耦合的端面的光纤中，在光纤的端面上形成一层透明膜，使构成该膜的材料的导热率高于光纤材料的导热率；或者在光纤的端面上形成这样一层透明膜，使构成该膜的材料的熔点高于光纤材料的熔点。可以同时实施上述两点，也可以分别实施上述两点。降低反射的功能，对于上述第(2)点中的在端面上形成透明膜方面是很重要的，这可以通过以下方式实现在具有通过实体接触而进行光耦合的端面的一对光纤中，如果须要在两条光纤至少之一的端面上形成上述透明膜，两条光纤的透明膜的总厚度T应由下式表示T＝λ(N+1/2)/n其中λ为光的波长，N为一整数，n为透明膜的折射率。对于光纤连接器和光传输系统，若连接这种光纤，则可防止端面熔化，且光耦合损失可以减少。再有，若在光放大器的输出侧使用这种光纤，则可防止端面熔化，且光耦合损失可降至最低。附图说明图1是按本专利技术第一实施例的其模式场已扩大了的光纤光耦合端的剖视图；图2A和2B分别是按本专利技术第二实施例的光传输系统的示意图和用于该系统中的光连接器的剖视图，其中光传输系统包括一个高输出的光放大器和一条传输线；图3是按本专利技术第三实施例的光纤主要部分的剖视图；图4是按本专利技术第四实施例的用于两光纤之间连接的光连接器的剖视图，其中光纤的端面上形成有保护性的涂层；图5是按本专利技术第五实施例的光纤主要部分的剖视图，其中光纤的一端涂有Al2O3，且其模式场已扩大；图6是按本专利技术第六实施例的光放大器的安排方案；图7是按本专利技术第七实施例的光传输系统的安排方案；图8是光纤连接器的示意图；图9是现有技术的光纤主要部分的剖视图。以下结合附图描述本专利技术的几个实施例。(1)实施例1参照图1说明作为本专利技术基本形式的光纤实施例。图1示出的光纤具有要同另一光纤光耦合的端面5，用以说明该光纤端部的剖面结构和传播光的模式场分布。象在图9所示现有技术的实例中那样，当波长为1.55微米的光通过二氧化硅单模式光纤时，其模式场10在光纤部分而不是在端部为约10微米。如前面已说过的，光纤的折射率分布决定于其掺杂物的分布。该光纤由芯线2、包覆层3和紧固环箍4构成，其中芯线2处在光纤的中心，有高的折射率；包覆层3环绕芯线，其折射率低；环箍4(图中未画出其外周部分)又环绕着包覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤，具有一个要通过实体接触而进行光耦合的端面，包括： 用以防止所述端面过热的装置；和 用以减小所述光耦合时发生反射的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坂野伸治，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]