专利名称：单模和多模包层模干涉特种光纤及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单模和多模包层模干涉特种光纤，属光纤技术领域。
技术背景包层模干涉是利用某些特殊的光波导结构将在光纤纤芯中传输的光能量耦合到光纤 包层波导中传输，耦合结构参数决定不同阶纤芯模式和包层模式的相位匹配条件，从而 实现包层模干涉[T. Erdogan. Journal of the Optical Society of America A, 1997， 14(8):1760-1773]。包 层模干涉特性可以解决许多光纤通信和光纤传感领域中的关键技术问题第一，光谱滤 波作用——基于包层模干涉特性，能够获得性能优良的光纤光谱滤波器，如在EDFA系 统中增益平坦化，光谱的滤波等；第二，光纤传感作用——光纤的包层相对于纤芯对于 外界物理量的变化(如折射率、吸收)更加敏感，因此通过监测光纤包层模传输特性的 变化，能够更加易于获得具有高灵敏度的光纤传感器，如光纤温度、压力、位移传感器 等。综上所述，包层模干涉已经成为光纤通信、传感等相关领域研究中一个重要的技术 环节，因此制备单模和多模包层模干涉特种光纤是很有必要的。实现光纤包层模干涉的技术主要包括光纤光栅[Na Chen, Binfeng Yun, and Yiping Cui. Applied Physics Letters, 2006, 88: 133902 1-3]、光子晶体光纟千[B. J. Eggleton, P. S. Westbrook, et al. Journal of Lightwave Technology, 2000， 18(8):1084-1100]等。光纤光栅技术是通过光纤中写入光 栅的辅助作用以获得纤芯模和包层模的相位匹配，从而实现包层模干涉；基于光子晶体 光纤的包层模干涉技术是通过在均匀周期性分布的多孔包层结构中设计某种折射率结 构缺陷，控制包层模和纤芯模的色散特性以满足相位匹配条件，从而实现包层模干涉 [Kunimasa Saitoh, Nikolaos John Florous, et al. Optics Express, 2006, 14(16):7342-7352]。但是，基于光纤光栅结构实现的包层干涉需要光纤的二次加工，其可靠性和一致性 等方面均会存在问题，特别是在高温和长时间使用时会出现性能退化的问题；基于光子 晶体光纤实现的包层模干涉，因其制备工艺十分复杂，目前我国主要需进口，特别是模 式分布以及与常规单模光纤的耦合问题也是有待解决的问题，因此这就需要新型的光纤 波导及其器件出现。 发明内容本发明的目的在于根据包层模干涉理论，提供一种单模和多模包层模干涉特种光纤 及其制备方法。该光纤具有性能稳定、制备简单、使用灵活、便于批量生产等特点，可 应用于光纤通信器件和光纤传感器等领域的光纤光谱滤波器、色散补偿器、光纤压力传感器、光纤温度传感器，等等。为了达到上述目的，本发明的构思在于提出了的单模和多模包层模干涉特种光纤，该光纤基于双包层光纤结构，其基本结 构如图1所示，纤芯和外包层之间由一低折射率内包层相隔，纤芯模和包层模通过渐逝 波相互作用，在纤芯模和包层模满足相位匹配的情况下，在纤芯中传输的光能量转移到 外包层中传输，实现包层模干涉。由于模式色散特性的相位匹配条件同波长有关系，即 干涉波长，在此波长处纤芯模传输光谱表现为阻带滤波特性。通过纤芯和包层结构的优 化设计，可以实现性能优良的光纤滤波、传感等器件。根据上述构思，本发明釆用下述技术方案一种单模和多模包层模干涉特种光纤，它由纤芯(1)、干涉内包层(2)和外包层(3) 组成，其特征在于纤芯(1)的材料是由纯石英芯掺杂Ge02材料构成，它的折射率要大于纯石英材料；干涉内包层(2)的材料是由纯石英掺杂低折射率的添加物B203或氟F 组成，其掺杂浓度为200 400ppm，包层厚度为5 10]Lim;而外包层(3)的材料是纯石 英；干涉内包层(2)夹在纤芯(1)和外包层(3)之间，且具有比纤芯(1)和外包层 (3)低的折射率；一种上述的单模和多模包层模干涉特种光纤的制备方法，其特征在于采用气相沉积 法MCVD，在气相沉积法MCVD制棒机上依次直接以气相沉积方式制成纯石英外包层 (3)、干涉内包层(2)和纤芯(1)，最后縮棒形成光纤预制棒，然后再进行拉丝制成 光纤。一种上述的单模和多模包层模干涉特种光纤的制备方法，其特征在于采用管外气相 沉积法OVD，在管外气相沉积法OVD制棒机上依次直接以气相沉积方式制成纤芯(l)、 干涉内包层(2)和纯石英外包层(3)，最后形成光纤预制棒，然后再进行拉丝制成光 纤。与光纤光栅和光子晶体光纤实现的包层模干涉相比，本发明具有其独特的优点(1) 由于包层模干涉特种光纤与常规单模和多模光纤结构相似，其具有制备工艺成熟、简单、 生产效率高、成本低廉，同各种预制棒制备技术相兼容等优点；(2)与光纤光栅相比， 无需光纤的二次加工、性能的一致性好、不存在高温或长期使用性能退化的问题；(3) 包层模干涉特种光纤同光子晶体光纤相比具有更为简单的折射率分布，因此通过结构参 数的优化设计，可以更为方便地实现同常规单模和多模光纤的高效耦合，即直接用熔接 技术同常规光纤进行耦合；(4)这种包层模干涉特种光纤使用起来十分灵活，同时可以通过控制其接入长度来调节其传输特性，另外还可以接入多段这种特种光纤，优化滤波特性。
图1为本发明单模和多模包层模干涉特种光纤结构示意图。 图2为图1所示光纤的折射率分布图。图中1一纤芯、2—干涉内包层、3—外包层；nc。一纤芯折射率、ncll—干涉内包层 折射率、nd2—外包层折射率、n—纵坐标折射率、r—横坐标光纤半径、ra—光纤纤芯半 径、rdl—光纤内包层半径、fb—光纤半径。
具体实施方式
现结合附图和实施例将本发明进一步叙述于后。实施例一参见图1，本发明的一种单模和多模包层模干涉特种光纤，由三部分组成纤芯1、干涉内包层2和外包层3，纤芯1的材料为纯石英掺杂高折射率的Ge02 材料组成；干涉内包层2的材料是由纯石英掺杂低折射率的添加物氟(F)组成，氟的 掺杂量为350ppm，对125pm的单模光纤，其内包层厚度为8pm;外包层3的材料是由 纯石英组成，干涉内包层2夹置于纤芯1和外包层3之间。上述的单模和多模包层模干涉特种光纤，是用改进的化学气相沉积法MCVD，在化 学气相沉积法MCVD制棒机上依次直接以气相沉积方式制成纯石英外包层(3)、干涉 内包层(2)和纤芯(1)，最后縮棒形成光纤预制棒，然后再进行拉丝制成纯石英芯包 层模干涉特种光纤，其纤芯直径8pm、光纤直径125pm。上述的光纤的折射率分布示于图2。
权利要求
1.单模和多模包层模干涉特种光纤，它由纤芯(1)、干涉内包层(2)和外包层(3)组成，其特征在于纤芯(1)的材料是由纯石英芯掺杂GeO2材料构成，它的折射率要大于纯石英材料；干涉内包层(2)的材料是由纯石英掺杂低折射率的添加物B2O3或氟F组成，其掺杂浓度为200～400ppm，包层厚度为5～10μm；而外包层(3)的材料是纯石英；干涉内包层(2)夹在纤芯(1)和外包层(3)之间，且具有比纤芯(1)和外包层(3)低的折射率。
2. —种根据权利要求1所述的单模和多模包层模干涉特种光纤的制备方法，其特征在 于采用气相沉积法MCVD，在气相沉积法MCVD制棒机上依次直接以气相沉积方 式制成纯石英外包层(3)、干涉内包层(2)和纤芯(1)，最后縮棒形成光纤预制棒， 然后再进行拉丝制成光纤。
3. —种根据权利要求1所述的单模和多模包层模干涉特种光纤的制备方法，其特征在 于采用管外气相沉积法OVD，在管外气相沉积法OVD制棒机上依次直接以气相沉 积方式制成纤芯(1)、干涉内包层(2)和纯石英外包层(3)，最后形成光纤预制棒， 然后再进行拉丝制成光纤。
全文摘要
本发明涉及一种单模和多模包层模干涉特种光纤及其制备方法。本光纤由纤芯、干涉内包层和外包层组成，干涉内包层夹于在纤芯和外包层之间，且具有比纤芯和外包层低的折射率。本光纤的制备方法是采用改进的化学气相沉积MCVD、管外气相沉积法OVD，在制棒机上直接制成光纤预制棒，然后进行拉制光纤。本发明的单模和多模包层模干涉特种光纤具有性能稳定、制备简单、使用灵活、便于批量生产等特点，可应用于光纤通信器件和光纤传感器等领域的光纤光谱滤波器、色散补偿器、光纤压力传感器、光纤温度传感器，等等。
文档编号G02B6/02GK101236273SQ200810034120
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者向文超, 庞拂飞, 梁文斌, 王廷云, 陈振宜 申请人:上海大学