一种消色差光纤耦合器，其中三个单模光纤沿其长度的一部分熔合在一起形成一耦合区。每根光纤包括一芯线和一包层，光纤包层的最低折射率为ｎ↓［２］。光纤在耦合区中呈三角形排列。一折射率为ｎ↓［３］的基质玻璃壳体包围着耦合区，ｎ↓［３］取比ｎ↓［２］低一个使Δ↓［２－３］的值低于０. １２５％的数值，其中Δ↓［２－３］等于（ｎ↓［２］↑［２］－ｎ↓［３］↑［２］）／２ｎ↓［２］↑［２］。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单模光纤耦合器，这种耦合器能够在相当宽的波长范围上在光纤之间进行相当均匀的光耦合。熔合的光纤耦合器是通过将多根光纤以边挨边的方式沿其适当长度设置并与包层熔合在一起而构成的，以保护光纤和减少线芯之间的间隔。通过在加热和拉伸光纤之前插入一毛细管能改进各种耦合器特性，由此产生一种“外包层耦合器”(overcladcoupler)。为了构成外包层耦合器，将光纤插入一管中，将管子抽真空，并在其中部区域加热使中部区域向内收缩裹紧光纤。此后使中部区域的中心部分变细到为获得所需耦合度所必需的直径和耦合长度。线芯在耦合区域中变得如此之小以致它们的光传播作用变得非常小。当光纤包层直径变得足够小时，线芯和包层的复合物在耦合区域中起着波导的导光部分的作用、而包封的低折射率基体材料起包层作用，因此功率能在耦合区域中的相邻光纤包层之间进行传输，处于耦合区域(线芯/包层/外包层波导)的那部分光纤的基模有一个不同于耦合区域外光纤中的基模的传播常数。这里项βCR用来表示处于耦合区域那部分耦合光纤中的基模传播的传播常数。耦合区域中的基模的传播常数实际上随几何形状的改变而不断改变。为了能定性地掌握这些耦合器的性能，研究在耦合区中具有不变的几何形状并具有无损耗的输入输出光纤连接的耦合器是有用的。至今，一直用相同的光纤来制做一种标准耦合器，其耦合比与波长的关系极大，即如果耦合器在1310nm上呈现3dB耦合度，则由于与波长的相关性它不能用作1550nm上的3dB耦合器。一“标准耦合器”的特性在于其在约1310nm为中心的窗口中的功率传输特性，该窗口称为第一窗口。如，一个标准耦合器在60nm窗口中具有耦合比变化不超过5%。一种“消色差耦合器”是一种其耦合比对波长的敏感性比一标准耦合器低的耦合器。对于“消色差耦合器”没有更广泛可采纳的定义。不很严格的定义仅仅要求消色差耦合器比标准耦合器在第一窗口中呈现更好的功率传输特性。更实际地说，这种分类与要求消色差耦合器在那第一窗口中比标准耦合器运行得更好、或要求其在两个规定宽度的窗口中呈现较低的功率传输斜率紧密相联。例如这两个窗口可规定为宽度为100nm而中心在约1310nm和1530nm上。这些窗口不需要有相同宽度;例如它们的宽度可能一个为80nm而另一个为60nm。一个做得最佳的消色差耦合器基本上在整个单模工作范围上能呈现低的耦合功率斜率。对于石英基质光纤，这种工作范围如可规定在1260nm和1580nm之间。采用在耦合区中对基模具有不同传播常数的光纤已制成一类消色差耦合器，即通过使用不同直径的光纤和/或不同折射率分布的光纤或使两相同光纤之一根比另一根更有锥度或蚀刻更多来形成不同传播常数。美国专利5，011，251描述了外包层消色差光纤耦合器，其中，耦合光纤用折射率n3低于光纤包层材料折射率的基质玻璃来包复。由于光纤具有不同的包层折射率，所以两波导的βCR在耦合区中不同。在第一光纤包层的折射率n2和第二光纤包层的折射率n′2之间的差是这样的以便耦合器在相当宽的波长带上使耦合比随波长呈现很小的变化。附图说明图1表明按美国专利5，011，251所制做的典型的△β消色差耦合器的光谱特性。而两输出端的插入损耗曲线相交在两长途通信窗口的中心附近，它们在两窗口边缘附近发散，且两曲线之间在窗口边缘上通常相隔1dB左右。这种相隔称为“均匀性”，且一基础标准机构(keystandardsbody)Bellcore在它的标为TA1209的文件中提出需要的均匀性为1.0dB而指标(Objective)为0.5dB。美国专利5，011，251揭示了管子折射率n3的特征在于符号△2-3，其值从等式△2-3＝(n22-n23)/n22获得。项△常用百分率表达、即一百乘△。市售的单模光纤的n2值通常等于或近于二氧化硅的那个值。如果二氧化硅用作管子的基质玻璃，则把掺杂剂如B2O3(亦可选氟)添加到其中以便把管子折射率n3降低到低于n2。除了降低管子的折射率外，B2O3的优点还在于把管子的软化点温度降低到比光纤的更低的值上。那专利还揭示了当△2-3低于约0.2%时，二氧化硅管中的B2O3量不足以软化1×2或2×2耦合器中的管子玻璃，因此它使光纤在向内收缩裹紧(collapse)步骤期间过度变形。因此，标准耦合器的△2-3值一般在0.26%和0.35%之间，为了改进那专利中揭示的制造那种类型的消色外包层耦合器的工艺过程的重复性，△2-3最好大于0.4%。1992年7月递交的美国专利申请SN07/913，390(D.L.Weidman-6)揭示了一种外包层消色差光纤耦合器，其中多个单模光纤沿它们的长度部分熔合在一起以形成由折射率n3的基质玻璃体包围的耦合区域。耦合器锥度和n3这样来安排使耦合器的耦合常数在两个隔开很宽的波长上相等，于是获得消色差的性能。为了得到这样的消色差性能，n3必须比n2低这样一个值，以致使△2-3的值低于0.125%，n2是光纤包层的折射率。△2-3的值最好如此选择以便非绝热锥度的额外损耗保持在0.5dB以下。在W.J.Stewart等人著的“关于单模光纤的锥度和耦合器的设计限制”一文(见Proc.Iopoc期刊中第559-562页)中讨论了非绝热锥度(taper)装置。为了满足这种要求，似乎△2-3必须低于0.125%、最好低于0.02%。当△2-3变得更小时，使折射率减少得较少掺杂剂出现在二氧化硅为基质的玻璃管中。因此相当硬的基质玻璃管使其中的光纤在耦合器制造过程中的向内收缩紧裹步骤期间产生变形。这样的光纤变形会增加耦合器额外损耗，这样就抵消了由于减少锥度陡度引起的额外损耗的减少。本专利技术的目的在于提供一种制造单模外包层消色差光纤耦合器而不会使耦合区域中的光纤过度变形的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种单模外包层消色差光纤耦合器，其特征在于，该耦合器在宽波长带上耦合功率的变化很小。本专利技术的再一目的在于提供一种具有改进的插入损耗均匀性的1×2外包层消色差耦合器。简言之，本专利技术涉及一种1×N的消色差耦合器，其中，N为2或3。该耦合器包含一伸长的基质玻璃(matrix glass)的壳体，和三个经该壳体延伸的光波导通路。每个通路包含一由折射率低于线芯区域的包层区域包裹的线芯区域，包层区域的最低折射率为n2。光波导通路以足够贴近方式延伸足够长的距离以形成一耦合区域，在该区域中，在通路之一中传播的部分光功率耦合到其它通路中。当在垂直于壳体纵轴的平面中观察时，线芯区域以三角形阵列配置在耦合区域中。至少邻接通路的那部分壳体区域的折射率为n3，这里n3低于n2这样一个值以下以便△2-3的值低于0.125%，这里△2-3等于(n22-n23)/n22。用一个具有第一和第二相向端和一中间区域的玻璃管就能制造耦合器。至少在邻接内腔的管子的内里部分具有折射率n3。一输入玻璃光纤的一部分和两输出玻璃光纤的端部分设置在内腔中。第一光纤的一部分延伸超过管子的第一端，而两光纤的每一个的一部分延伸超过管子的第二端。管子中间区域被紧裹到光纤上，且中间区域的中心部分内陷以减少它的直径并形成耦合区域。输入光纤和两输出光纤的位于耦合区域中的那些部分当在垂直于管子纵轴的平面观察时呈三角形阵列配置。图1是表明用已有技术的方法生产本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种１×Ｎ消色差耦合器，其中Ｎ为２或３，其特征在于，所述耦合器包含：一被拉伸的基质玻璃壳体；和通过所述玻璃壳体延伸的三个光波导通道，所述通道的每一个包含一芯线区，所述每个芯线区由一折射率低于所述芯线区的包层区包围着，所述包层区的最低 折射率为ｎ↓［２］，所述光波导通道足够靠近地延伸一足够长的距离以形成一耦合区，其中在所述通道之一中传播的部分光功率耦合到其它所述通道中，所述芯线区当从垂直于所述玻璃壳体的纵轴平面中观察时以三角形阵列配置在所述耦合区中。至少在所述 玻璃壳体邻接所述通道的区域上的折射率为ｎ↓［３］，这里ｎ↓［３］低于ｎ↓［２］这样一个量以便使△↓［２－３］的值小于０. １２５％，其中△↓［２－３］等于（ｎ↓［２］↑［２］－ｎ↓［３］↑［２］）／２ｎ↓［２］↑［２］。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔阿洛塞斯诺兰，戴维利魏德门，
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]
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