专利名称：光纤耦合器及其中的光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光信息通信或光学测量等领域中的光纤耦合器，更具体地，涉及多路复用/多路分解不同波长的WDM(波分复用)耦合器及用于这种耦合器的光纤。
背景技术：
近年来，EDFA(掺铒光纤放大器)是光信息通信领域中所采用的主要类型放大器。在EDFA中，入射具有1.48μm或0.98μm附近波长的泵浦光来激发增益介质，即EDF(掺铒光纤)或其中的合成元素(铒)。在WDM耦合器(以下称作“光纤耦合器”)中，将具有0.98μm附近波长的光波射向增益介质(EDF)，同时并不消弱具有1.55μm附近波长的信号光。
光纤耦合器包括熔合拉伸型光纤耦合器或采用介质薄膜滤光器的光纤耦合器。传统上用来分别多路复用/多路分解在0.98μm和1.55μm附近的两个波长的熔合拉伸型光纤耦合器(以下称作“0.98μm/1.55μm波段光纤耦合器”)可以包括两根结合在一起、被设计且被制作用在0.98μm附近波长处的光纤(以下称作“0.98μm波段光纤”)，或者结合在一起的一根0.98μm波段光纤和一根被设计且被制作用在1.55μm附近波长处的光纤(以下称作“1.55μm波段光纤”)。然而，并不采用两根1.55μm波段光纤的结合，这是因为具有0.98μm波长的泵浦光不能以单模在1.55μm波段光纤内传播，从而不能获得稳定的性质。
在USP4,834,481、USP4,556,279和USP4,869,570中披露了传统的光纤耦合器。
在结合有两根0.98μm波段光纤(参看图1和图2，设想用0.98μm波段光纤代替1.55μm波段光纤11)的光纤耦合器的情形中，用于光纤耦合器的一根1.55μm波段光纤21和一根0.98μm波段光纤在接合部分A处连接。由于在接合部分A处的MFD(模场直径)失配，就会出现相对大的接头损耗。
对于大多数光纤，在光纤中传播的光波(电磁场)的强度分布很近似于高斯分布。MFD是决定接头损耗的一个重要参数，它等于该强度分布最大值1/e2的两点之间的长度(其中“e”表示自然对数的底数)。当具有相等MFD的光纤被接合时，能够获得极低的接头损耗(在理想情况下，没有损耗)，但是当具有完全不同的MFD的光纤被接合时，两光纤各自MFD的量级差越大，接头损耗的量级就会越大。由于接头损耗是0.2dB-0.3dB大，因此从传输质量的角度看，这就会极大的损害使用光学部件的光学通信系统的传输质量。
因此，为了减小接头损耗，优选的是如图1和图2所示，1.55μm波段光纤被用作光纤11来作为具有1.55μm波长的端口输入光波的光纤(在后向泵浦系统的情形下，该端口是具有1.55μm波长的光波输出的端口)。
图1示出了这种光纤耦合器第一种结构的一个例子。图2示出了这种光纤耦合器第二种结构的例子。图1中该第一种结构的例子描述了一种采用后向泵浦系统的连接方法，即一种将来自信号流上游侧的泵浦光沿与信号光相同方向输入至增益介质例如EDF的方法。
图1示出的光纤耦合器设有一个熔合拉伸部分15，其中1.55μm波段光纤11和0.98μm波段光纤13熔合在一起并被拉伸。信号光从提供了信号通道的1.55μm波段光纤21经由接合部分A射向上游侧，并射进1.55μm波段光纤11一端处的端口内。泵浦光从提供了泵浦光源的0.98μm波段光纤23经由接合部分B入射，并射入0.98μm波段光纤13一端处的端口内，进一步地，具有0.98μm波长的泵浦光和具有1.55μm波长的信号光耦合成的光波从0.98μm波段光纤13另一端处的端口通过接合部分C射进EDF(掺铒光纤25，用于激发具有0.98μm附近波长的光波)内。也就是说，在这种前向泵浦系统中，泵浦光从信号通道的上游侧沿与信号光相同的方向入射进EDF25内，该方向在图1中用箭头表示。处于1.55μm波段光纤11另一侧的端口11p并未使用。
示出在图2中的第二种结构的例子描绘了一种采用后向泵浦系统的连接方法。如图2中用箭头方向所示的，在后向泵浦系统中，泵浦光从信号通道的下游侧朝信号光的相反方向射向EDF25。
除了上述两种泵浦光系统外，还存在有双向泵浦光系统，其中泵浦光既从EDF的信号上游侧又从EDF的信号下游侧入射。因此，在这种双向结构中，光纤耦合器既设置在EDF的信号上游侧又设置在EDF的信号下游侧。从而，信号上游侧系统就以与前向泵浦系统相同的方式来操作，同时信号下游侧系统以与后向泵浦系统相同的方式来操作。
发明内容
然而，如上所述结合有0.98μm波段光纤和1.55μm波段光纤的光纤耦合器是一种非对称耦合器，在其中对于各个光纤11和13，具有1.55μm附近波长的光波在熔合拉伸部分15内的传播常数是不同的。相应地，具有1.55μm附近波长的光波的光强就不能完全从1.55μm波段的光纤传递到0.98μm波段的光纤，换句话说，也就不可能获得完全的耦合。因此，在图1的接合部分A和C之间具有1.55μm附近波长的光波就存在着很大的插入损耗。
而且，在结合有两个0.98μm波段光纤的光纤耦合器中，在用于0.98μm的光纤和1.55μm波段光纤的端口(信号光端口)之间存在着不良的连接性。
为了解决上述的问题，本发明提供一种用于光纤耦合器的光纤和一种熔合拉伸型光纤耦合器，其能获得极好的光学特性(对于具有1.55μm附近波长的光波具有良好的耦合特性)和与输入/输出光纤极好的连接性(低的接头损耗)。
依照本发明的第一方面，提供一种光纤耦合器，它具有一个通过熔合拉伸若干个用于各个不同波长的光波的光纤形成的熔合拉伸部分，其中光纤间的传播常数差是10-4rad/μm或更小。
依照本发明的第二方面，提供一种光纤耦合器，它具有一个通过熔合拉伸若干个用于各个不同波长的光波的光纤形成的熔合拉伸部分，其中所述若干光纤的至少一个是用于光纤耦合器的光纤，用来单模传播具有0.98μm附近波长的光波，其中用于光纤耦合器的光纤包括第一芯、围绕第一芯设置且具有10μm和更大半径范围内的第二芯及围绕第二芯设置的包层，所述第二芯和所述包层的相对折射率差是0.1％或更小。
依照本发明的第三方面，提供一种用于光纤耦合器的光纤，包括第一芯；围绕所述第一芯且具有10μm或更大半径范围内的第二芯；和围绕第二芯的包层；其中所述第二芯和所述包层的相对折射率差是0.1％或更小；所述用于光纤耦合器的光纤是位于0.98μm附近波长处的单模光波。
图1示出第一种传统光纤耦合器结构的一个例子；图2示出第二种传统光纤耦合器结构的一个例子；图3示意性示出依照本发明一个实施例、由不同种类光纤构成的光纤耦合器；图4A和4B示出阶跃折射率型光纤的折射率分布；图5A和5B示出具有第二芯的光纤的折射率分布；图6是各种不同类型光纤细节的数据表；图7的曲线图示出采用1.55μm波段的光纤和可被熔合并拉伸作为一根光纤的0.98μm波段光纤，为x偏振和y偏振所计算的、波长为1.55μm的导模的传播常数β的计算结果；图8的曲线图示出对于图7中为x偏振和y偏振所计算的两个波长通道的传播常数差Δβ；图9示出采用1.55μm波段的单模光纤(等同于SMF28的产品)和类似的另一种光纤，对导模传播常数β计算的结果，其中的两种光纤都被拉伸；图10示出采用0.98μm波段的单模光纤(等同于CS980的产品)和类似的另一种光纤，对导模传播常数β计算的结果，其中的两种光纤都被拉伸；图11示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例1)，对导模传播常数β计算的结果；图12示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例2)，对导模传播常数β计算的结果；图13示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例3)，对导模传播常数β计算的结果；图14示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图10中示出的0.98μm波段光纤，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图15示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图11中示出的改进0.98μm波段光纤(例1)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图16示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图12中示出的改进0.98μm波段光纤(例2)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图17示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图13中示出的改进0.98μm波段光纤(例3)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图18示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图10中示出的0.98μm波段光纤，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图19示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图11中示出的改进0.98μm波段光纤(例1)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图20示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图12中示出的改进0.98μm波段光纤(例2)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图21示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图13中示出的改进0.98μm波段光纤(例3)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性；图22示出对于熔合拉伸部分的横截面视图、长轴长度和短轴长度之比的宽高比；图23示出宽高比和强熔合及弱熔合间的关系。
具体实施例方式
通过改进光纤的相对折射率分布，本发明提供一种光纤，其在保持0.98μm波段光纤的性质(对于0.98μm附近的波长是单模的，且具有0.98μm波段光纤极好的连接性)的同时，能够借助于熔合拉伸与1.55μm波段光纤足够充分地耦合。
接下来，将描述这种光纤耦合器和用于这种光纤耦合器的光纤的理论背景，并参考附图详细说明本发明的实施例。
<背景理论>
(a)对称耦合器和非对称耦合器的耦合强度本说明仅讨论涉及同向类型耦合器的理论基础。
在两个波导11和13被拉伸彼此接近处，每个波导的模相互耦合。决定这种耦合最大值的参数F被描述为F=11+(δ12/κ12),---(1)]]>δ12=β2-β12,---(2)]]>κ12=ωϵ0∫-∞∞∫-∞∞(N12-N22)E1*·E2dxdy∫-∞∞∫-∞∞μ2·(E1*×H1+E1×H1*)dxdy,---(3)]]>其中，δ12是波导11和13本征模传播常数差的1/2。K12表示波导11和13的耦合常数。更具体地，β1和β2分别是波导11和13的传播常数，ω表示光波的频率，ε0表示真空的介电常数。uz是z方向的单位矢量，E1*和H1*是波导11的电场矢量E1和磁场矢量H1的复共轭。E2是波导13的电场矢量。N1和N2分别表示每个波导的折射率分布。此外，符号“·”和“×”分别是内积和矢量积。
由于在具有0.98μm附近波长的耦合光波足够小的情况下本发明的一个目标是以很低的损耗(即降低插入损耗)来耦合具有1.55μm附近的波长的信号光，因此在1.55μm附近的波长处，最大耦合率优选地尽可能接近于1。换句话说，方程(1)中的参数F优选尽可能接近于1。从而很明显，在各个波导11和13拉伸后的情形下，方程(1)中等于波导11和13传播常数差1/2的δ12优选与耦合常数相比K12足够小。
在熔合拉伸型光纤耦合器的例子中，强熔合情形下的耦合常数K12介于10-4rad/μm至10-2rad/μm的范围、弱熔合情形下的耦合常数K12介于10-7rad/μm至10-5rad/μm的范围。
相应地，假定在强熔合的情形下，为了实现低损耗地耦合具有1.55μm附近波长的信号波，则表示光纤耦合器中0.98μm波段光纤和1.55μm波段光纤其传播常数差1/2的δ12介于10-5rad/μm至10-3rad/μm的范围就可以。
(b)在0.98μm波段光纤和1.55μm波段光纤熔合和拉伸处传播常数的差异图7的曲线图示出采用1.55μm波段的光纤(康宁公司，SMF28及等同物)和可被简单拉伸(即被加热和延展)作为一个光纤的0.98μm波段光纤(康宁公司，CS980及等同物)，为x偏振和y偏振所计算的、波长为1.55μm的导模的传播常数β的计算结果。水平轴表示拉伸比，它描绘了被拉伸时光纤的粗细与原始状态之间的关系。100％的拉伸比意味着光纤并未被拉伸。而50％的拉伸比意味着作为拉伸的结果，光纤的外径已经减至其原始直径(62.5μm)的一半。在图7中，对于1.55μm波段的光纤，为x偏振(线β1.55x(SMF28))和y偏振(线β1.55y(SMF28))所计算的传播常数β的值接近重叠。同时，对于0.98μm波段的光纤，为x偏振(线β1.55x(CS980))和y偏振(线β1.55y(CS980))所计算的传播常数β的值完全重叠。
图8的曲线图示出对于图7中为x偏振和y偏振所计算的两个波长通道的传播常数差Δβ(＝2δ)。如从图8可以看出的，在75％的拉伸比处，δ的值变为0，但在拉伸比的值小于或大于75％处，δ的值不为0。从而，可以理解，对于1.55μm波段的光纤(SMF28及等同物)和0.98μm波段的光纤(CS980及等同物)，仅仅在拉伸比为75％处δ的值才等于0，也即，总耦合的条件出现在这种情形下。在图8中，对于为x偏振(线β1.55x)和y偏振(线β1.55y)所计算的两个波长通道，其传播常数差Δβ的值完全重叠。
但正因为仅有δ值等于0这一个点，所以很显然，在制作过程中仅存在有很小的偏差。而且，定性地，光纤很细的小拉伸比对应着较长的波长，而光纤较粗的大拉伸比对应着较短的波长。相应地，可以理解，随着在较长波长侧两波导间模式耦合的增强，插入损耗就会高度地取决于波长。因此，在WDM耦合器中，这是一个不期望有的特性，因为如果在整个1.55μm附近波长处的波长曲线不平坦而且耦合强度并不充分地接近于1的话，1.55μm附近处波长的插入损耗就不会足够地小，波长依赖性(wavelength dependence)也不会平坦。也就是说，在制作过程中处于熔合拉伸的状态下，两类光纤传播常数β的拉伸比依赖性(或者波长关系)理论上应当具有相同的绝对值，而且它们应当具有相同的梯度(即，在图8中，曲线图上绘出的、代表每一类光纤的各条线应当是接触的)。
<依照本发明实施例的例举光纤耦合器>
基于上述的理论背景，现在将描述一种本发明的例举光纤耦合器，通过改进0.98μm波段光纤的相对折射率分布，这种光纤耦合器能够提高将0.98μm波段光纤与1.55μm波段光纤耦合的耦合强度。
图3示意性地示出了一种依照本发明的实施例、由不同类型的光纤构成的光纤耦合器。图3示出的0.98μm/1.55μm波段光纤耦合器包括有0.98μm波段光纤和1.55μm波段光纤(SMF 28及等同物)。在图3中，输入入射光和输出光的方向与前向泵浦系统中相同。在后向泵浦系统的情形中，1.55μm的信号光流与图3中示出的相反。
尽管熔合条件会出现差别，但除了极强熔合的情形，可以说具有0.98μm附近波长的光波不会通过端口来耦合(因为在宽高比介于1.1至1.2范围内的情况下，具有0.98μm附近波长的光波的耦合常数要比具有1.55μm附近波长的光波的耦合常数小几百倍或几千倍)。因此在此处，没有描述0.98μm附近波长的耦合，相反，集中描述了具有1.55附近波长的光波其耦合常数的最优化。
上述的熔合条件指的是在光纤耦合器的熔合拉伸部分处拉伸比、拉伸长度(熔合拉伸部分的长度)、拉伸部的锥形及宽高比(即比率b/a，其中b和a分别是在如图22所示的熔合拉伸部分15的横截面图中长轴的长度和短轴的长度)等各种条件。
若彼此接触的两根光纤被加热至玻璃开始熔化的温度，则这两根光纤就在各自包层外表面相接触的部分处熔合(图23中的熔合拉伸部分15a)。如果继续加热，则由于像包层表面的表面张力等这些作用，两光纤间的间隙就会继续变窄，从而使得光纤各芯间的距离进一步减小(图23中的熔合拉伸部分15b和15c)。最终，两根光纤间的间隙完全消失，从而形成横截面大体为圆形的形状(图23中的熔合拉伸部分15d)。这种效应的充分运用称作强熔合，而弱熔合指的是这种效应并不充分的情形。相应地，如图23中所示，弱熔合情形下的宽高比就高(最大的b/a＝2)，而强熔合情形下的宽高比就低(最小的b/a＝1)。而且，如图23所示，当以相同的拉伸比来比较时，在弱熔合情形下耦合强度的波长依赖性就很高，而在强熔合情形下耦合强度的波长依赖性就很小。如用图23所进一步示出地，在弱熔合的情形下，当以相同的拉伸比来比较时，耦合强度很小(绝对值)，而在强熔合情形下，耦合强度就较大。
当实际地制作光纤时，能够通过调节制作条件像加热温度、施加的拉力和拉伸速度等来得到最佳形式的光纤。
图3中示出的光纤耦合器包括一个熔合拉伸部分15，其中1.55μm波段光纤11和0.98μm波段光纤12被熔合和拉伸。信号光从设为信号通道的1.55μm波段光纤21入射至上游侧并经由接合部分A进入位于1.55μm波段光纤11一端处的端口内。泵浦光从设为泵浦光源的0.98μm波段光纤23经由接合部分B入射进位于0.98μm波段光纤12一端处的端口内。具有在0.98μm附近波长的耦合光和具有在1.55μm附近波长的信号光从位于0.98μm波段光纤12另一端处的端口经由接合部分C入射进入EDF 25内。处于1.55μm波段光纤11另一端处的端口11p并未使用。
如图4A所示，1.55μm波段光纤11是一种具有阶跃折射率型相对折射率分布的光纤，如图4B所示。光纤11包括第一芯11a和围绕第一芯11a设置的包层11b。如图5B中所示，0.98μm波段光纤12包括第一芯12a、围绕第一芯12a设置的第二芯12b和围绕第二芯12b设置的包层12c。
在图4A和5A中，nclad表示包层11b和12c的折射率，n(1)表示第一芯11a和12a的折射率，n(2)表示第二芯12b的折射率。rclad表示包层11b和12c的半径，r(1)表示第一芯11a和12a的半径，r(2)表示第二芯12b的半径。Δ(1)表示相对折射率差，描述第一芯11a、12a和包层11b、12c的相对折射率的差，Δ(2)表示相对折射率差，描述第二芯12b和包层12c的相对折射率的差。这里，相对折射率差Δ由下式得到Δ(i)=n(i)2-nclad22n(i)2≈n(i)-ncladn(i),---(4)]]>其中的i表示第i个芯，i＝1或2。因为该相对折射率的差与1相比一般都是极小的值，因此通常将该值乘以100用百分数来表示。
通过设置第二芯12b，该0.98μm波段光纤12具有改进的(变化的)分布，从而减小了光纤12和光纤11的传播常数差。
(a)通过改进光纤分布来减小传播常数差现在将描述由于0.98μm波段光纤12分布的改进而引起的传播常数差的减小。
首先，图9至13示出了当每个都被拉伸的多种不同光纤其中的每一个都被使用时，对导模传播常数β计算的结果。此外，图6的表格示出了被用来计算传播常数β的不同类型光纤的各个方面的数据。
图9示出了采用1.55μm波段的单模光纤(等同于SMF28的产品)和类似的另一种光纤，对导模传播常数β计算的结果，其中的两种光纤都被拉伸。在此例中，第一芯的半径r(1)是4.4μm，第一芯11a和包层11b的相对折射率差Δ(1)介于0.3％至0.55％的范围内。
图10示出了采用0.98μm波段的单模光纤(等同于CS980的产品)和类似的另一种光纤，对导模传播常数β计算的结果，其中的两种光纤都被拉伸。在此例中，第一芯的半径r(1)是2.4μm，第一芯12a和包层12c的相对折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范围内。
图11示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例1)，对导模传播常数β计算的结果。在此例中，第一芯的半径r(1)是2.4μm，第一芯12a和包层12c的相对折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范围内，同时第二芯的半径r(2)是20μm，第二芯12b和包层12c的相对折射率差Δ(2)是0.1％。
图12示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例2)，对导模传播常数β计算的结果。在此例中，第一芯的半径r(1)是2.4μm，第一芯12a和包层12c的相对折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范围内，同时第二芯的半径r(2)是20μm，第二芯12b和包层12c的相对折射率差Δ(2)是0.02％。
图13示出了采用拉伸的改进0.98μm波段光纤(例3)，对导模传播常数β计算的结果。在此例中，第一芯的半径r(1)是2.4μm，第一芯12a和包层12c的相对折射率差Δ(1)介于0.6％至1％的范围内，同时第二芯的半径r(2)是10μm，第二芯12b和包层12c的相对折射率差Δ(2)是0.02％。
在图9至13中，相对于每种光纤来考虑拉伸时由加热引起的光纤分布的变化(即分布的凹陷、元件的热扩散等)，计算了几种具有相对折射率差Δ的光纤。
此处，对于0.98μm波段的光纤和1.55μm波段的光纤，其绝对值在拉伸比处的差别介于50％至10％的范围附近(对于0.98μm波段的光纤，绝对值稍微小些)，但是由各个数据曲线所示的梯度很相似。因此，按照上文理论背景所提供的说明，0.98μm波段光纤和1.55μm波段光纤的相对传播常数差Δβ可以通过将这些曲线垂直方向地变换(沿改变传播常数β的方向)来减小。在这里，通过研究光纤分布的改变来获得这些曲线沿垂直方向的变换。
因此，可以充分地来提高光纤整体的折射率，尤其是包层的折射率，以增大传播常数β。但在考虑到光纤的耐环境性能和机械可靠性时，优选的是光纤的最外层是纯SiO2(石英)。如果添加另一种元素来调节相对折射率，则通常会导致光纤耐环境性能和机械可靠性的恶化。因此，该0.98μm波段光纤的第二芯12b设有一个折射率高于包层12c且围绕第一芯12a的区域。
(b)减小传播常数差Δβ的第一实施例图14至17示出在图10至13中示出的0.98μm波段光纤和图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)的传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
图14示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图10中示出的0.98μm波段光纤，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。图15示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图11中示出的改进0.98μm波段光纤(例1)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
图16示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图12中示出的改进0.98μm波段光纤(例2)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。图17示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.35％)和图13中示出的改进0.98μm波段光纤(例3)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
如图16中所示，对于改进的0.98μm波段光纤(例2)，第一芯12a具有相对于包层12c为0.8％的相对折射率差Δ(1)，第二芯半径r(2)的半径为20μm，第二芯12b具有相对于包层12c为0.02％的相对折射率差Δ(2)，在拉伸比为50％或更小的区域内，传播常数差Δβ最大是10-4rad/μm。在这些条件下，就可以减小1.55μm的总端口插入损耗。
此外，实验表明，在拉伸比是50％或更小的区域内，为了使传播常数差Δβ等于10-4rad/μm或更小，第二芯的半径r(2)优选是10μm或更大，第二芯12b和包层12c的相对折射率差Δ(2)优选是0.1％或更小。而且，已经表明，当用于与0.98μm波段光纤12结合的1.55μm波段光纤11的第一芯12a的相对折射率差Δ(1)是0.35％时，0.98μm波段光纤12的第一芯12a和包层12c的相对折射率差Δ(1)优选是介于0.7％至0.9％的范围内。
(c)减小传播常数差Δβ的第二实施例图18至21示出在图10至13中示出的0.98μm波段光纤和图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)的传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
图18示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图10中示出的0.98μm波段光纤，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。图19示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图11中示出的改进0.98μm波段光纤(例1)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
图20示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图12中示出的改进0.98μm波段光纤(例2)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。图21示出对于图9中示出的1.55μm波段单模光纤(Δ＝0.3％)和图13中示出的改进0.98μm波段光纤(例3)，传播常数差Δβ的拉伸比依赖性。
如图20中所示，对于改进的0.98μm波段光纤(例2)，第一芯12a具有相对于包层12c为0.7％的相对折射率差Δ(1)，在拉伸比为50％或更小的区域内，传播常数差Δβ是10-4rad/μm或更小。此处，在拉伸比为50％或更小以使传播常数差Δβ等于10-4rad/μm或更小的区域内，第二芯的半径r(2)优选是10μm或更大，第二芯12b和包层12c的相对折射率差Δ(2)优选是0.1％或更小。而且，已经表明，当用于与0.98μm波段光纤12结合的1.55μm波段光纤11的第一芯12a的相对折射率差Δ(1)是0.3％时，0.98μm波段光纤12的第一芯12a的相对折射率差Δ(1)优选是介于0.6％至0.8％的范围内。
如上所述，具有低损耗且由1.55μm波段单模光纤和改进的0.98μm波段光纤形成的0.98μm/1.55μm波段光纤耦合器就能够实现。也即，本发明提供一种用于光纤耦合器的光纤，和一种低插入损耗、熔合拉伸型光纤耦合器，其中该光纤耦合器能够获得优良的光学特性(对于在1.55μm附近波长的光波是耦合特性)和与输入/输出光纤连接的优良连接性(低耦合损耗)。
而且，如上所述，当实际设计光纤并结合对熔合和拉伸后的光纤分布的计算结果时，需要考虑拉伸时由加热引起的分布变化(折射率分布的凹陷)。此外，当改进的0.98μm波段光纤的最佳分布依照耦合(结合)在其上的1.55μm波段光纤的分布来改变时，优选的是要在设计阶段考虑这些分布变化。
应当理解，在不脱离由所附权利要求确定的本发明的精神和范围下，可以对本发明的实施例和实施方式作出多种改变。
权利要求
1.一种光纤耦合器，包括若干根光纤，包括一λ1波段光纤和一λ2波段光纤，在熔合拉伸部分处熔合在一起，其中在该熔合拉伸部分处，所述若干根光纤的每一根逐渐变细所成的外径与所述熔合拉伸部分外的光纤外径相比较窄；其中所述λ1波段不同于λ2波段；和所述光纤间的传播常数差是10-4rad/μm或更小。
2.一种光纤耦合器，包括若干根光纤，包括一λ1波段光纤和一λ2波段光纤，在熔合拉伸部分处熔合在一起，其中在该熔合拉伸部分处，所述若干根光纤的每一根逐渐变细所成的外径与所述熔合拉伸部分外的光纤外径相比较窄；其中所述λ1波段不同于λ2波段；和至少在所述熔合拉伸部分外，所述λ1波段光纤是位于0.98μm附近波长处的单模光纤；至少在所述熔合拉伸部分外，所述λ1波段光纤包括第一芯、围绕第一芯且具有10μm或更大半径的第二芯、和围绕第二芯的包层；及所述第二芯和所述包层的相对折射率差是0.1％或更小。
3.依照权利要求2的光纤耦合器，其中所述第一芯和所述包层的相对折射率差在0.7％至0.9％的范围内。
4.依照权利要求3的光纤耦合器，其中所述λ2波段光纤是位于1.55μm附近波长处的单模光纤。
5.依照权利要求2的光纤耦合器，其中所述第一芯和所述包层的相对折射率差在0.6％至0.8％的范围内。
6.依照权利要求5的光纤耦合器，其中所述λ2波段光纤是位于1.55μm附近波长处的单模光纤。
7.一种用于光纤耦合器的光纤，包括第一芯；围绕所述第一芯且具有10μm或更大半径的第二芯；和围绕第二芯的包层；其中所述第二芯和所述包层的相对折射率差是0.1％或更小；所述用于光纤耦合器的光纤是位于0.98μm附近波长处的单模光纤。
8.依照权利要求7的用于光纤耦合器的光纤，其中所述第一芯和所述包层的相对折射率差在0.7％至0.9％的范围内。
9.依照权利要求7的用于光纤耦合器的光纤，其中所述第一芯和所述包层的相对折射率差在0.6％至0.8％的范围内。
10.一种光纤耦合器，包括一λ1波段光纤，具有半径r1的第一芯，围绕第一芯且具有半径r2的第二芯，和围绕第二芯的包层；一λ2波段光纤，包括具有半径r3的芯和围绕该芯的包层；和熔合拉伸部分，在此处所述λ1波段光纤和λ2波段光纤熔合在一起，所述光纤的每一个在该熔合拉伸部分内逐渐变细所成的外径与所述熔合拉伸部分外的光纤外径相比较窄；其中λ1波段在波长方面小于λ2波段，及r1＜r3≤r2。
11.依照权利要求10的光纤耦合器，其中所述λ1波段光纤和所述λ2波段光纤间的传播常数差是10-4rad/μm或更小。
12.依照权利要求10的光纤耦合器，其中所述λ1波段光纤的第二芯和包层的相对折射率差是0.1％或更小。
13.依照权利要求10的光纤耦合器，其中所述λ1波段光纤的第一芯和包层的相对折射率差在0.7％至0.9％的范围内。
14.依照权利要求10的光纤耦合器，其中所述λ1波段光纤是位于0.98μm附近波长处的单模光纤，所述λ2波段光纤是位于1.55μm附近波长处的单模光纤。
全文摘要
一种光纤耦合器包括一个熔合拉伸部分15，其中被设计并制作用在1.55μm附近波长处的光纤11和被设计并制作用在0.98μm附近波长处的光纤12在此处熔合且拉伸。光纤11和12的传播常数差是10
文档编号G02B6/28GK1517733SQ20041000244
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月21日
发明者石井裕, 松本亮吉, 田中大一郎, 一郎, 吉 申请人:株式会社藤仓