[發(fā)明專利]純石英芯包層模諧振特種光纖及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810034119.5
• 申請(qǐng)日: 2008-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN101236272A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐拂飛;向文超;梁文斌;陳振宜;王廷云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/036
• 分類號(hào): G02B6/036;C03B37/018
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種純石英芯包層模諧振特種光纖，屬光纖技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的包層模諧振特種光纖具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用靈活、便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于制作光纖光譜濾波器、色散補(bǔ)償器、光纖傳感器等。

背景技術(shù)

包層模諧振是利用某些特殊的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將在光纖纖芯中傳輸?shù)墓饽芰狂詈系焦饫w包層波導(dǎo)中傳輸，耦合結(jié)構(gòu)參數(shù)決定不同階纖芯模式和包層模式的相位匹配條件，從而實(shí)現(xiàn)包層模諧振[B.J.Eggleton，P.S.Westbrook，et?al.Journal?of?Lightwave?Technology，2000，18(8)：1084-1100]。包層模諧振特性可以解決許多光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)問題：其一，色散管理作用——利用包層模諧振特性可以實(shí)現(xiàn)光能量在纖芯模和包層模間交換，這將改變整個(gè)光纖波導(dǎo)的模式色散特性，能夠獲得色散補(bǔ)償、色散平坦等特種光纖；其二，光譜濾波作用——基于包層模諧振特性，能夠獲得性能優(yōu)良的光纖光譜濾波器，在光纖通信系統(tǒng)中的許多技術(shù)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，如在EDFA系統(tǒng)中，利用長(zhǎng)周期光纖光柵的包層模諧振濾波特性實(shí)現(xiàn)增益平坦化；其三，光纖傳感作用——光纖的包層相對(duì)于纖芯對(duì)于外界物理量的變化(如折射率、吸收)更加敏感，因此通過監(jiān)測(cè)光纖包層模傳輸特性的變化，能夠更加易于獲得具有高靈敏度的光纖傳感器，而包層模諧振特性在這里既可以起到將光能量由纖芯模轉(zhuǎn)移到包層模的作用，又可以起到監(jiān)控包層模特性變化的作用，即實(shí)現(xiàn)對(duì)被傳感量高靈敏度的檢測(cè)。綜上所述，包層模諧振已經(jīng)成為光纖通信、傳感等相關(guān)領(lǐng)域研究中一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，由此可以演化出許多獨(dú)特的、具有原創(chuàng)新性的光纖應(yīng)用系統(tǒng)和器件，因此制備包層模諧振特種光纖是很有必要的。

實(shí)現(xiàn)光纖包層模諧振的技術(shù)主要包括光纖光柵[Na?Chen，Binfeng?Yun，and?Yiping?Cui.Applied?Physics?Letters，2006，88：133902?1-3]、光子晶體光纖等。光纖光柵技術(shù)是利用在光纖中寫入光柵結(jié)構(gòu)，通過光柵輔助以獲得纖芯模和包層模的相位匹配，從而實(shí)現(xiàn)包層模諧振，它是目前研究最為廣泛和系統(tǒng)的包層模諧振技術(shù)，尤其是長(zhǎng)周期光纖光柵；基于光子晶體光纖的包層模諧振技術(shù)是近年來隨著光子晶體光纖理論和制備工藝日漸成熟而出現(xiàn)的，它通常是在均勻周期性分布的多孔包層結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)某種折射率結(jié)構(gòu)缺陷，控制包層模和纖芯模的色散特性以滿足相位匹配條件，從而實(shí)現(xiàn)包層模諧振[Kunimasa?Saitoh，Nikolaos?John?Florous，et?al.Optics?Express，2006，14(16)：7342-7352]，這種包層模諧振技術(shù)對(duì)于根據(jù)特殊的應(yīng)用情況，優(yōu)化光子晶體光纖的性能十分有用，因此也是光子晶體光纖特性的一個(gè)重要研究方向。

但是，基于光纖光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的包層模諧振需要光纖的二次加工，其可靠性和一致性等方面均會(huì)存在問題，特別是在高溫和長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)性能退化的問題，這一深層次的科學(xué)問題將有待解決；基于光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)的包層模諧振，因其制備工藝十分復(fù)雜，目前我國(guó)還沒有商業(yè)化的生產(chǎn)廠家，主要需進(jìn)口，特別是模式分布以及與常規(guī)單模光纖的耦合問題也是有待解決的科學(xué)難題。同時(shí)，以上兩種實(shí)現(xiàn)形式，在包層模諧振器件的濾波寬度、濾波穩(wěn)定性、模式噪聲等方面還存在有待進(jìn)一步解決的難題，這就需要研究基于新原理的光纖波導(dǎo)及其器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于根據(jù)包層模諧振理論，提供一種新型的純石英芯包層模諧振特種光纖。該光纖具有制備簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用靈活、便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于制作光纖光譜濾波器、色散補(bǔ)償器、光纖傳感器等。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思在于：

提出了一種新的純石英芯包層模諧振特種光纖，該光纖基于雙包層光纖結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，纖芯和外包層之間由一低折射率內(nèi)包層相隔，纖芯模和包層模通過漸逝波相互作用，在纖芯模和包層模滿足相位匹配的情況下，在纖芯中傳輸?shù)墓饽芰哭D(zhuǎn)移到外包層中傳輸，實(shí)現(xiàn)包層模諧振。由于模式色散特性的相位匹配條件同波長(zhǎng)有關(guān)系，即諧振波長(zhǎng)，在此波長(zhǎng)處纖芯模傳輸光譜表現(xiàn)為阻帶濾波特性。通過纖芯和包層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的光纖濾波、色散補(bǔ)償、傳感等器件。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種純石英芯包層模諧振特種光纖，包括純石英的纖芯(1)和純石英的外包層(3)，其特征在于有一諧振內(nèi)包層(2)夾在纖芯(1)和外包層(3)之間，該諧振內(nèi)包層(2)具有比纖芯(1)和外包層(3)低的折射率、并能保證部分光能在諧振內(nèi)包層(2)內(nèi)傳輸諧振內(nèi)包層厚度。