带隙微结构光纤中的横模抑制制造技术

一种光纤包括芯和包层区域，其构造为在该芯区域内导引光（或辐射）的传播。该包层区域包括周期性结构，该周期性结构构造为通过带隙禁闭产生光导引。为了抑制该芯区域内的高阶模式（ＨＯＭ），该包层区域包括至少一个扰动区域，该扰动区域构造为使得包层区域内的模式与该芯区域的ＨＯＭ谐振。在本发明专利技术的优选实施例中，该扰动区域构造为使得该包层区域的基模与该芯区域的ＨＯＭ谐振。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微结构光纤，特别涉及在这种光纤中对预先选择的横模的抑制。
技术介绍
微结构光纤(MOF)在被周期性折射率包层区域包围的芯区域(例如，空气芯)内导引光。说明性地，包层区域包括限定了空气孔周期阵列的基质(matrix)(或点阵)。当进行适当设计时，可以使MOF显示出带隙禁闭；也就是说，支持和导引光模式传播的波长范围受到不支持该传播的波长范围的约束。这种光纤通常称作带隙光纤，其典型地具有折射率比包层区域的折射率更低的芯区域。相反，也可以将MOF设计为表现出更传统的折射率导引，在这种情况下芯区域具有比包层区域更高的折射率。在空气芯和其它带隙光纤中的改进已经证明了它们能够将标准光纤拉伸加工的许多材料及制造优点与标准光纤中不可能的独特性能结合在一起。由于空气芯光纤的非线性性比标准光纤小得多，引人注目地改变了传输链路的成本和性能，因此在数据传输中，空气芯光纤具有特别引人关注的潜力。然而，任何长距离传输光纤都必须与标准光纤的极低损耗相竞争。尽管迅速地改进，但是人们仍然认为空气芯光纤损耗已经逼近根本极限(fundamental limit)，并且仅能通过增大芯尺寸或发现改进的材料来进行进一步的改进。因此，利用较大的芯尺寸是非常合乎需要的，但是较大的芯尺寸通常支持较高阶横模(HOM)，并因此引起了由这些模式所带来的众所周知的问题。以下，术语“模式”既表示单个横模又表示多个横模。因此，现有技术中保持了对既具有相对大的芯尺寸又抑制HOM的带隙MOF的需要。
技术实现思路
基于本专利技术的一个实施例，抑制带隙MOF的HOM的策略是基于芯模式和包层模式之间的折射率匹配耦合(谐振)。芯附近的适当包层特征使HOM中的光在芯和包层之间谐振耦合，而基模的光仍然很大程度上限制在芯内。这些包层特征(在另外的周期性包层中)显著地增大了HOM损耗，并且对基模禁闭基本上没有影响，这去除了较大芯、单模带隙MOF光纤发展中的重要障碍。在更普遍的意义上，并且基于本专利技术的一个方面，光纤包含芯和包层区域，其构造为以第一芯模式在芯区域内导引光(或辐射)的传播。该包层区域包括构造为通过带隙禁闭导引光的周期结构。为了抑制至少一个第二芯模式，该包层区域包括至少一个扰动区域，该扰动区域构造为将扰动模式谐振耦合到该至少一个第二芯模式。在优选实施例中，该芯和扰动区域还构造为避免任何实质数量的扰动模式的能量耦合回到该第二芯模式中。在本专利技术进一步优选的实施例中，将该芯和扰动区域构造为将该扰动区域的基模谐振耦合到该芯区域的HOM，并在该芯区域内提供基模的传播。附图说明根据下面结合附图的更详细的描述，能够容易地理解本专利技术及其各种特征和优点，其中图1是基于本专利技术一个实施例的带隙MOF的示意性截面图。该截面图是垂直于该芯区域的传播轴截取的；图2A是具有详细示于图2B中的芯和扰动区域的图1所示类型的带隙MOF的折射率与径向距离之间的关系的示意性曲线图。该芯区域的折射率用nco标记。该芯和扰动区域由交叉阴影的带隙区域分离。在带隙区域中，光的传播被排除在该包层的周期性区域之外；图2B是详细示出该芯和扰动区域的图1所描绘类型的带隙MOF的一部分的截面图；图3示出了基于本专利技术的可替换实施例的带隙MOF的示意性截面图(3A)基本上六边形的四个空气导引扰动区域围绕基本上圆形的中空芯区域对称设置(在正方形的四个角)；(3B)基本上六边形的三个未掺杂扰动区域围绕ARROW光纤的基本上圆形的掺杂芯区域对称设置(在三角形的三个角)；(3C)基本上矩形的四个加载了气体的中空扰动区域围绕基本上正方形的中空、加载了气体的芯区域对称设置(在正方形的四个角)；以及(3D)扰动区域的环同心地围绕径向带隙光纤的基本上圆形的芯区域；图4是标准(现有技术)、空气芯、带隙MOF的示意性截面图(尽管内包层的外圆周表现为正方形，但是其典型地为圆形。)；图5A和5B是基于本专利技术两个实施例的带隙MOF的示意性截面图，其中(5A)两个象正方形的扰动区域对称地设置在芯区域的上方和下方，以及(5B)两个象菱形的扰动区域对称地设置在芯区域的左侧和右侧(尽管内包层的外圆周表现为正方形，但是其典型地为圆形。)；并且图5C比较了图4所示类型的标准带隙MOF(虚线曲线)和图5B所示类型的抑制HOM的MOF(实线曲线)的HOM的光强度分布；图6是对图5B的MOF 90计算的模式损耗与波长之间的关系的曲线；图7是对各种芯模式计算的有效折射率与波长之间的关系的一组曲线图，其中(7A)针对图4所示类型的标准、空气芯MOF 70；(7B)示出图5A所示类型的扰动区域80.4的模式；以及(7C)示出图5B所示类型的扰动区域90.4的模式；图8是模式损耗与波长之间的关系的一组曲线图，其中(8A)针对图4所示类型的标准、空气芯MOF 70；和(8B)针对图5A所示类型的带隙MOF 80；图9是模式损耗与波长之间的关系的一组曲线图，其中(9A)针对图4所示类型的标准、空气芯MOF 70；和(9B)针对图5B所示类型的带隙MOF 90；图10是基于本专利技术另一实施例利用带隙MOF的通信系统的示意性框图；图11是基于本专利技术又一实施例利用带隙MOF的传感器系统的示意性框图；图12是基于本专利技术再一实施例利用带隙MOF的光放大器的示意性框图。具体实施例方式抑制HOM的一般原理现在参考图1和2B，带隙MOF 10包括芯区域10.1、围绕芯区域10.1的内包层区域10.2、以及围绕内包层区域10.2的外包层区域10.3。将该芯和包层区域构造为沿该芯区域的纵向轴10.7支持并导引光(或辐射)的传播。为了有资格成为此处使用的术语“带隙光纤”，例如，通过形成孔10.5的阵列的实心基质或点阵10.6的方式，将内包层区域10.2构造为使其折射率产生周期性变化。芯区域10.1具有比内包层区域10.2的有效折射率更低的折射率。(尽管不是决定性的，但是外包层区域10.3典型地具有比内包层区域10.2更高的折射率。通过内包层区域10.2内的谐振反射条件(现有技术中也称作带隙条件)使芯区域10.1内传播的光被在其中导引。该条件也称作带隙禁闭。基于本专利技术的一个方面，如图1和2B所示，内包层区域10.2包括扰动区域10.4，在该扰动区域10.4中，该折射率的周期性被破坏。将扰动区域10.4构造为使得其模式的至少一个与该芯区域10.1的至少一个HOM谐振耦合。如图2A所示，优选使芯区域10.1的HOM 12(说明性地描绘为一阶模式)与扰动区域10.4的基模14谐振，而芯区域的基模16不与扰动区域的任何模式谐振。术语“谐振”或“谐振耦合”表示芯区域内的模式的有效折射率(neff)基本上等于扰动区域内的模式的有效折射率。由此，芯区域的一阶模式12的neff12.1基本上等于扰动区域的基模14的neff14.1，这使得HOM 12内的能量能够从芯区域传递或耦合(箭头18)到扰动区域的基模14内，并从那里辐射进入外包层区域10.3内。(箭头20表示经过泄漏的包层模式的这种辐射，其通常是存在的。)这种谐振传递和辐射的过程有效地抑制了芯区域内的HOM 12。相反，芯区域的基模16的neff16.1并不与扰动区域内的任何模式的neff相对应。因此，基模16在芯区域内有效地传播，并且不发生其能量(箭头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙微结构光纤，其包括：　　　　具有纵向轴的芯区域，　　　　围绕所述芯区域的包层区域，所述芯和包层区域构造为在所述芯区域内沿所述轴的方向支持和导引光的传播，　　　　所述包层区域包括内包层区域，所述内包层区域的垂直于所述轴的截面具有构造为通过带隙禁闭导引所述光的其折射率的周期性空间变化，并且　　　　所述内包层区域包括扰乱其内部的所述折射率的周期性的至少一个扰动区域，所述至少一个扰动区域构造为将所述芯区域的至少一个横模谐振耦合到所述扰动区域的至少一个横模。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M芬尼，
申请(专利权)人：古河电子北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]