CN109073823B - 多芯光纤、光纤布拉格光栅以及光纤布拉格光栅的制作方法 - Google Patents
多芯光纤、光纤布拉格光栅以及光纤布拉格光栅的制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及适用于制作具有改善的纹波特性的FBG的MCF等。MCF主要由石英玻璃组成,并包括共同包层和多个导光结构。每个导光结构包括芯部、第一包层和第二包层。第二包层的折射率高于第一包层的折射率,并且低于芯部的折射率和共同包层的折射率。由第一包层和第二包层构成的内包层区域的至少一部分包含感光材料,感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变掺杂有感光材料的玻璃区域的折射率的感光性。
Description
技术领域
本发明涉及多芯光纤、光纤布拉格光栅以及光纤布拉格光栅的制作方法。
背景技术
在用于传输C波段或L波段的信号光的长距离光纤通信系统中,掺杂有例如铒(Er)等稀土元素的光纤放大器被用作放大信号光的光放大器。包含作为光放大介质且掺杂有铒的光纤(掺铒光纤,在下文中被称为“EDF”)的放大器(掺铒光纤放大器,在下文中被称为“EDFA”)的增益谱在波长为1.53μm的波段中具有峰值。由于该增益谱的不平坦性,误码率增加并且传输系统的性能劣化。作为用于避免这种性能劣化的部件,已经开发出了作为增益平坦化装置的光纤布拉格光栅(在下文中被称为“FBG”),特别是倾斜光纤光栅(以下称为“SFC”)。
同时,近年来,已经提出了一种长距离光纤通信系统作为显著增加每根光纤的传输容量的技术。长距离光纤通信系统使用由多个导光结构构成的多芯光纤(下文称为“MCF”)作为光传输线路进行空间多路复用信号光传输,每个导光结构均包括芯部和包围多个导光结构的单个共同包层。因此,多芯EDF(MC-EDF)和多芯SFG(MC-SFG)的重要性增大。
在专利文献1和2中描述了使用单芯光纤制作增益平坦化装置等技术。用在芯部轴向上具有空间调制强度的紫外光照射包括由石英玻璃构成且掺杂有感光材料(例如,GeO2或B2O3)的芯部或包层的光纤,从而可以写入在芯部轴向上具有基于紫外光强度分布的折射率分布的光栅。氩离子激光(244nm)的二次谐波、KrF准分子激光(248nm)、YAG激光(265nm)的四次谐波、铜蒸气激光(255nm)的二次谐波等适于作为紫外光。
存在如下方法作为用在芯部轴向上具有空间调制强度的紫外光照射光纤的方法:使利用啁啾光栅相位掩模产生的±1阶衍射光彼此干涉的相位掩模法、用激光直接曝光光纤的方法以及在将激光分成两个之后使两个分支光束相互干涉的双光束干涉曝光法。在上述方法中,相位掩模法可以比其他方法更容易地制作具有更好再现性的光栅。
专利文献3中描述了MC-SFG的制作技术。在专利文献3中描述的制作技术中,在MCF的周围被填充匹配油之后,用具有空间调制强度的紫外光同时照射MCF的多个导光结构,从而同时在多个导光结构中形成光栅。MCF的周围被填充匹配油的原因是为了补偿由于MCF具有圆柱形状而产生的冷凝效应。在该制作技术中,由于在MCF的多个导光结构中同时形成光栅,因此可以减少制作时间。另外,期望分别在多个导光结构中形成的光栅的均匀特性。
引用列表
专利文献
专利文献1:日本已公开专利申请公报No.2003-4926
专利文献2:国际公布No.WO2003/093887
专利文献3:日本已公开专利申请公报No.2014-194538
专利文献4:日本已公开专利申请公报No.2015-206993
发明内容
技术问题
作为检查常规FBG的结果,本发明的发明人发现了以下问题。首先,根据本发明的发明人的发现,用紫外光同时照射MCF的多个导光结构以同时形成光栅的技术存在如下问题:在每个导光结构中形成的光栅的透射光谱的纹波(ripple)宽度在某些情况下可能变大。应注意的是,纹波指的是叠加在光栅上形成损耗的相对于波长的脉动分量。纹波宽度指的是在通过对每个0.2nm的波长在±0.6nm的波长范围内取移动平均值来进行平滑处理之后波长范围为±2nm的脉动分量的最大值和最小值之差。
当芯部模光通过倾斜光栅耦合至包层模时,获得SFG中的光学损耗。通过增大覆盖玻璃区域的树脂区域的折射率,耦合至包层模的光(包层模光)从玻璃区域发射到树脂区域。然而,由于玻璃区域与树脂区域之间的折射率之差,部分包层模光通过菲涅耳反射在与初始芯部模光的传播方向相反的方向上传播。
在MC-SFG中,由于在多个导光结构中分别形成光栅,因此很有可能在某个光栅中产生的包层模光在另一个光栅中重组成芯部模光。该重组之后的芯部模光的传播方向与初始芯部模光的传播方向相同。由于重组后的芯部模光与初始芯部模光之间的干扰,纹波宽度可能变大。具体而言,在例如海底电缆传输等长距离传输的情况中,由于大量的光放大器串联设置,因此用作增益平坦化滤波器(GFF)的MC-SFG的纹波特性成为一个大问题。
本发明是为了解决上述问题而做出的,并且本发明的目的在于提供一种用于制作具有改善的纹波特性的FBG的良好的MCF。本发明的另一个目的是提供使用这种MCF的FBG和FBG的制作方法。
解决问题的技术方案
根据本实施例的多芯光纤(MCF)由作为主要成分的石英玻璃构成,并包括:多个导光结构,每个导光结构均沿着中心轴线延伸;以及单个共同包层,其包围所述多个导光结构。所述多个导光结构中的每一个导光结构包括:芯部,其沿着所述中心轴线延伸;第一包层,其设置在所述芯部的外周上,所述第一包层的折射率低于所述芯部的折射率;以及第二包层,其设置在所述第一包层的外周上,所述第二包层的折射率高于所述第一包层的所述折射率,低于所述芯部的所述折射率并低于所述共同包层的折射率。此外,MCF的由第一包层和第二包层构成的内包层区域的至少一部分(感光区域)包含感光材料,感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变含有感光材料的掺杂玻璃的折射率的感光性。
本发明的有益效果
根据本实施例,可以容易地制作具有改善的纹波特性的光纤布拉格光栅(其中为MC-SFG)。
附图说明
图1是示出了MCF 1的横截面结构的视图。
图2是MCF 1的导光结构的折射率分布。
图3是示出了光栅制作装置100的构造的视图。
图4是描述间隙与干涉光变化之间的关系的视图。
图5是描述在间隙=150μm处的远场图案发展为±1阶衍射光之前的阶段中的干涉光区域和偏置光区域的状态的曲线图。
图6是示出了偏置光区域与干涉光区域之间的关系的曲线图。
图7是描述在MCF 1的横截面上用紫外光照射的视图。
图8是示出了各种类型的MCF的横截面结构的视图。
图9是示出了使用MCF 1B制作的MC-SFG的横截面结构的视图。
图10是示出了MCF 1D的横截面结构的视图。
具体实施方式
[本发明的实施例的描述]
首先,将单独列出和描述本发明的实施例的内容。
(1)根据一个方面,根据本实施例的多芯光纤(MCF)由作为主要成分的石英玻璃构成,并包括:多个导光结构,每个导光结构沿中心轴线(沿MCF的纵向延伸的光纤轴线)延伸;以及单个共同包层,其包围多个导光结构。多个导光结构中的每一个导光结构包括:芯部,其沿着中心轴线延伸;第一包层,其设置在芯部的外周上,第一包层的折射率低于芯部的折射率;以及第二包层,其设置在第一包层的外周上,第二包层的折射率高于第一包层的折射率,低于芯部的折射率并低于共同包层的折射率。此外,MCF的由第一包层和第二包层构成的内包层区域的至少一部分(感光区域)包含感光材料,感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变掺杂有感光材料的玻璃区域的折射率的感光性。应注意的是,包含感光材料的感光区域可以是如下中的任一者:仅第一包层的一部分或全部、仅第二包层的一部分或全部、第一包层的一部分和第二包层的一部分、第一包层的一部分和整个第二包层、以及整个第一包层和第二包层的一部分。
(2)根据本实施例的一个方面,用于从具有特定波长的光中去除不需要的成分的掺杂剂优选地被包含在除了多个导光结构之外的共同包层中。
(3)根据本实施例的一个方面,在MCF的与中心轴线正交的横截面中,在共同包层内有利地设置有第一吸收区域,第一吸收区域包括横截面的中心,并且包含吸收材料作为掺杂剂,吸收材料吸收具有特定波长的光。此外,根据本实施例的一个方面,第一吸收区域中的波长为244nm时的吸光度优选地为0.1以上且4以下。
(4)根据本实施例的一个方面,第一吸收区域可以包含荧光材料作为掺杂剂,荧光材料吸收具有特定波长的光并发射荧光。在该情况下,在第一吸收区域中具有特定波长的光的要被转换成荧光的光的量的百分比优选地为50%以上且100%以下。此外,根据本实施例的一个方面,第一吸收区域的直径优选地为5μm以上且100μm以下。
(5)根据本实施例的一个方面,在共同包层中可以设置有第二吸收区域,第二吸收区域包含吸收具述特定波长的光的吸收材料作为掺杂剂。
(6)根据本实施例的一个方面,可以用作吸收材料或荧光材料的掺杂剂优选地是金属原子或半导体原子。根据本实施例的一个方面,掺杂剂可以为Ge。此外,根据本实施例的一个方面,掺杂剂的掺杂量优选地为0.1重量百分比以上。
(7)根据一个方面,根据本实施例的光纤布拉格光栅(FBG)包括:具有上述结构的MCF(根据本实施例的MCF);以及光栅,其通过在MCF的多个导光结构中的每一个导光结构中进行空间折射率调制来设置。
(8)根据一个方面,根据本实施例的FBG的制作方法通过聚光透镜和衍射光栅的布置、具有上述结构的MCF(根据本实施例的MCF)的布置以及光栅的写入来设置。聚光透镜的焦距为300mm至1600mm,并且聚光透镜和衍射光栅布置在要照射紫外光的传播路径上。制备的MCF布置成使得MCF的中心轴线与衍射光栅的光发射表面之间的距离(间隙)变为250μm以下。在这种安装状态下,经由聚光透镜利用紫外光照射衍射光栅。当紫外光穿过衍射光栅时,形成周期性干涉条纹,并且用周期性干涉条纹照射MCF的多个导光结构中的任意导光结构,从而在被干涉条纹照射的导光结构中形成光栅。通过上述步骤,获得根据本实施例的FBG。
(9)根据本实施例的一个方面,在使MFC围绕中心轴线旋转的同时,优选地进行利用干涉条纹照射多个导光结构中的每一个导光结构。
[本发明的实施例的描述]中所列举的各方面可以应用于其余方面中的每一个方面或其余方面的所有组合。
[本发明的实施例的细节]
在下文中,将参照附图详细描述根据本实施例的MCF的具体结构、FBG和FBG的制作方法。应注意的是,本发明不限于这些示例性实例并且由权利要求的范围指示,并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有改变。此外,在附图的描述中,相同的元件由相同的附图标记表示,并且省略多余的描述。
图1是示出了多芯光纤(MCF)1的横截面结构的视图。MCF 1包含石英玻璃作为主要成分,并包括多个(图1中为四个)导光结构11至14和单个共同包层20。在光纤的横截面中,共同包层20的外形是以中心轴线(沿MCF 1的纵向延伸的光纤轴线)AX为中心的圆形形状,并且导光结构11至14在以中心轴线AX为中心的圆的圆周上以等间隔布置。导光结构11至14可以具有相同的结构。在图1的实例中,每个导光结构11至14由沿着中心轴线AX延伸的芯部a、设置在芯部a的外周上的第一包层b以及设置在第一包层b的外周上的第二包层c构成。
图2是MCF 1的每个导光结构11至14的折射率分布。该折射率分布示出了在图1所示的横截面中在穿过每个导光结构11至14的中心位置(与中心轴线AX1重合的位置)的线R1(图1中的虚线)上的位置处的折射率分布。应注意的是,在图2中,AX1是每个导光结构11至14的与MCF 1的中心轴线AX(光纤轴线)平行的中心轴线。
第二包层c的折射率高于第一包层b的折射率,并且低于芯部a的折射率和共同包层的折射率。应注意的是,第二包层c的折射率可以近似等于第一包层b的折射率。共同包层的折射率可以近似等于芯部a的折射率,或者可以高于芯部a的折射率。
掺杂有感光材料的感光区域设置在由第一包层b和第二包层c构成的内包层区域的至少一部分中。因此,包含感光材料的感光区域可以是如下部分中的任一者:仅第一包层b的一部分或全部、仅第二包层c的一部分或全部、第一包层b的一部分和第二包层c的一部分、第一包层的一部分和整个第二包层、以及整个第一包层和整个第二包层。感光材料的感光性响应于具有特定波长(紫外光)的光的照射而改变掺杂有感光材料的玻璃区域的折射率,并且例如为GeO2、B2O3等。在MCF 1的每个导光结构11至14中,通过在掺杂有感光材料的区域中形成光栅来获得MC-SFG。
在由MCF 1制作的MC-SFG中,第二包层c的折射率低于共同包层的折射率,因此从每个导光结构的光栅中发射到共同包层20的包层模光不与其自身光栅或另一光栅中的芯部模光重组。通过使用MCF 1,可以制作具有改善的纹波特性的MC-SFG。
图3是示出了光栅制作装置100的构造的视图。光栅制作装置100是用于在MCF 1的每个导光结构11至14的感光区域(掺杂有感光材料的区域)中形成光栅(制作MC-SFG)的装置。在图3中,为了便于描述,示出了xyz正交坐标系。x轴是与MCF 1的中心轴线AX平行的轴线。z轴是与MCF 1的激光照射方向平行的轴线。y轴是与x轴和z轴垂直的轴线。
光栅制作装置100包括激光光源111、光束直径调节单元112、扫描镜121、扫描镜位置调节单元122、柱面透镜131、柱面透镜位置调节单元132、相位掩模141、相位掩模位置调节单元142、台架151、固定夹具152和同步控制单元160。
激光光源111输出具有可以改变MCF 1中的感光区域的折射率的波长(例如,244nm波段)的紫外激光。光束直径调节单元112调节从激光光源111输出的激光的光束直径和波前,并输出调节好的激光。
扫描镜121能够沿着MCF 1的中心轴线AX的方向(x方向)移动,并且使从光束直径调节单元112输出的激光在z方向上朝MCF 1偏转。扫描镜位置调节单元122调节扫描镜121的位置以调节MCF 1中的光栅写入位置。
柱面透镜131用作聚光透镜,聚光透镜接收被扫描镜121偏转的激光的输入并会聚激光。柱面透镜位置调节单元132调节柱面透镜131与MCF 1之间的间隔。应注意的是,柱面透镜131的焦距优选地为300mm至1600mm。
相位掩模141布置在柱面透镜131与MCF 1之间。在相位掩模141中,在面向MCF 1的表面(光发射表面)中形成具有波长级周期的凹凸光栅(衍射光栅)。相位掩模141接收从柱面透镜131输出的激光的输入,并产生±1阶衍射光。±1阶衍射光在MCF 1的感光区域中发生干涉,并形成光强度分布。结果,在MCF 1的感光区域中形成光栅。相位掩模位置调节单元142调节相位掩模141的位置(光发射表面相对于MCF 1的位置),以调节相位掩模141与MCF1之间的间隔(间隙)。应注意的是,间隙优选地为250μm以下。
MCF 1通过固定夹具152被固定在台架151上。MCF 1能够围绕中心轴线AX自由旋转,并能够沿中心轴线AX的方向(x方向)自由移动,中心轴线AX的方向与台架151上的光纤轴线重合。应注意的是,固定夹具152可以使MCF 1围绕中心轴线AX旋转。
同步控制单元160通过扫描镜位置调节单元122控制扫描镜121的位置调节,并且通过相位掩模位置调节单元142彼此相关联地控制相位掩模141的位置调节。还优选的是,同步控制单元160通过光束直径调节单元112与上述调节控制相关联地控制激光的光束直径调节,并且还优选的是,同步控制单元160通过柱面透镜位置调节单元132与上述调节控制相关联地控制柱面透镜131的位置调节。
优选的是,详细内容如下所述。柱面透镜131的焦距为300mm至1600mm。照射到相位掩模141的激光的波前的曲率半径为20mm以上。扫描镜121沿MCF 1的轴向移动,同时将照射到相位掩模141的激光的光束宽度改变为500μm至3000μm。进入柱面透镜131的激光的光束宽度为500μm至3000μm。此外,扫描镜位置调节单元122、柱面透镜位置调节单元132和相位掩模位置调节单元142均包括线性电机、步进电机和压电元件等。
接下来,将参考图4至图6详细描述MC-SFG的制作方法。应注意的是,图4是描述间隙与干涉光变化之间的关系的视图。图5是描述在间隙=150μm处的远场图案发展为±1阶衍射光之前的阶段中的干涉光区域和偏置光区域的状态的曲线图。此外,图6是示出了偏置光区域与干涉光区域之间的关系的曲线图。
该制作方法使用图3中的光栅制作装置100,以便在MCF 1的导光结构11至14中的每个感光区域中写入光栅。在光栅制作装置100中,通过相位掩模141(包括构成周期性凹凸光栅的衍射光栅)和柱面透镜131等的位置调节,使选择性地写入光栅变为可能。应注意的是,图4中的类型A是图3中的区域A的放大视图,并且要被写入MCF 1中的光栅以相对于横截面(与中心轴线AX正交的表面)的大于0度且小于10度的角度θ被写入。
应注意的是,在图3中的光栅制作装置100中,经由柱面透镜131和相位掩模141用激光(紫外光)照射MCF 1。相位掩模141与MCF 1之间的距离(间隙)是重要参数。具体而言,如图4中的类型A所示,“间隙”由相位掩模141的发射衍射光的光发射表面(衍射光栅的光发射表面)与MCF 1的中心轴线AX之间的距离限定。图4中的类型B是示出了干涉光相对于间隙的行为的计算结果的实例的曲线图。从图4中的类型B可以看出,间隙越小,衍射光栅产生的干涉条纹的清晰度(光强度)越高,并且干涉条纹的明亮度和暗度的光强度比(明:Ii,暗:In)是Ii/In=∞。另一方面,间隙越大,清晰度越小。在这两种情况下,远离衍射光栅的远场图案是Ii/In≈0的±1阶衍射光。较大的Ii/In有利于光栅写入。也就是说,较小的间隙可能会造成设计损失。应注意的是,图5中的类型A是示出了图4中的类型B中所示的区域B中的干涉光区域(干涉条纹)与偏置光区域之间的关系的曲线图。应注意的是,图5中的类型B是示出了图4中的类型B中所示的区域C中的干涉光区域(干涉条纹)与偏置光区域之间的关系的曲线图。从这些曲线图中也可以看出,随着间隙增大,偏置光的比率增大。应注意的是,如图5中的类型B所示,“偏置光”是在干涉条纹崩塌的状态下叠加在干涉条纹上的光分量,并且对光栅写入的贡献度极小。
应注意的是,图5中的类型C是间隙=150μm的情况的计算实例(曲线图),其中,干涉光区域和偏置光在远场图案发展为±1阶衍射光之前的阶段中共存。入射激光的波长为244nm。此外,图5中的类型C示出了距入射光束的中心位置的距离与每个位置处的归一化光强度之间的关系。AR1是偏置光区域,AR2是干涉光区域,虚线R2是干涉光区域AR2的包络线。图6中的类型A至C示出了间隙与一比率之间的关系,该比率为干涉光区域的面积(由包络线划分的干涉条纹面积)和偏置光面积(区域)之比。衍射光上的入射光束的入射光束直径对于类型A而言为100μm,对于类型B而言为150μm,并且对于类型C而言为200μm。类型A至C的曲线图示出了对于光束直径为100μm的入射光束而言间隙与面积比(=偏置光区域AR1的面积/(偏置光区域AR1的面积+干涉光区域AR2的面积))之间的关系。此外,每个曲线图中的虚线是分别表示曲线图的上限和下限的包络曲线。间隙与MCF 1的横截面的直径方向对应。在类型A至C中的任何类型中,可以看出,随着间隙的增大,面积比增大,并且干涉光区域AR2的面积(干涉条纹面积)减小。增大入射光束直径会减小曲线图的斜率。如类型A中那样,在写入MCF 1时,示出了面积比相对于间隙的关系的曲线图的较大斜率是有利的。也就是说,曲线图的斜率越大,在短距离内写入的容易度和难度之间的所给出的反差就越大。在该情况下,即使在入射光束的光轴上存在多个导光结构(具体而言,感光区域),在靠近衍射光栅的导光结构中干涉条纹变得占主导地位,并且优先写入光栅。另一方面,难以写入光栅的光在远侧导光结构中占主导地位,并且光栅的写入变得困难。因此,从图6中的类型A至C可以看出,在入射光束直径被设定为100μm的情况下,该间隙在250μm以下特别有效,以使曲线图的斜率变得锐利。
这里,入射光束的波长λ(光栅的写入波长)、聚光透镜(柱面透镜131)的焦距f、进入聚光透镜的光束的直径D与聚光斑直径(即,进入衍射光栅(相位掩模141)的光束的直径D0)之间的关系由下式(1)表示。也就是说,将4λf除以πD获得的值是D0。
D0=4λf/(πD)...(1)
例如,在写入波长λ为244nm且光束直径D为1mm的激光进入聚光透镜的情况下,聚光透镜的焦距f100μm根据式(1)变为323mm,从而使入射光束在衍射光栅上的直径为100μm。类似地,为了使入射光束在衍射光栅上的直径为150μm,聚光透镜的焦距f150μm为485mm。此外,为了使入射光束在衍射光栅上的直径为200μm,聚光透镜的焦距f200μm为645mm。也就是说,在激光进入衍射光栅之前的阶段使聚光透镜的焦距f变小是有效的。
当然,利用光栅写入波长λ和进入聚光透镜的光束的直径D来调节D0。有效的是,入射光束直径D在1mm至5mm的范围内,并且光栅写入波长λ在244nm至265nm的范围内。对于用于光栅写入的这种激光而言,氩离子激光(244nm)的二次谐波、KrF准分子激光(248nm)、铜蒸气激光(255nm)的二次谐波、YAG激光(265nm)的四次谐波等是适用的。
具体而言,根据上式(1),有效的是,聚光透镜相对于波长λ为244nm的入射光束的焦距f是323mm至1615mm。此外,有效的是,聚光透镜相对于波长λ为265nm的入射光束的焦距f是297mm至1485mm。
图7是描述在MCF 1的横截面上用紫外光进行照射的视图。在由柱面透镜131会聚后在相位掩模141中产生的紫外激光的±1阶衍射光L会聚在MCF 1的导光结构11至14之中的导光结构11的位置,使得光栅可以有效地形成在导光结构11的感光区域中。通过使MCF 1围绕中心轴线AX(光纤轴线)一次旋转90度,可以在MCF 1的导光结构11至14的各个感光区域中顺序地形成光栅,从而可以得到MC-SFG。
当紫外激光的±1阶衍射光L会聚在导光结构11的位置并且光栅形成在导光结构11中时,光栅稍微形成在另一导光结构13的感光区域中。为了避免这种情况,可以使用具有如图8中的类型A所示的横截面结构的MCF。
图8中的类型A是示出了MCF 1A的横截面结构的视图。与图1和图7中所示的MCF 1的横截面结构相比较,类型A的MCF 1A的不同之处在于包括第一吸收区域30。
第一吸收区域30是包含与MCF 1A的横截面(与中心轴线AX正交的表面)中的共同包层20的中心轴线AX一致的横截面中心的区域。第一吸收区域30是包含吸收具有特定波长的光(紫外光)的掺杂剂(吸收材料)的区域,掺杂剂可以改变导光结构11至14的感光区域的折射率。第一吸收区域30可以是包含掺杂剂(荧光材料)的区域,掺杂剂吸收具有特定波长的激发光并发射荧光。
第一吸收区域中的波长为244nm时的吸光度优选地为0.1以上且4以下。在第一吸收区域30包含荧光材料的情况下,在第一吸收区域30中,具有特定波长的光之中要被转换成荧光的光量百分比优选地为50%以上且100%以下。第一吸收区域30的直径优选地为5μm以上且100μm以下。
掺杂剂优选地包括金属原子或半导体原子。例如使用Ge、TeO2、ZnO、Er、Yb或MgO作为吸收材料。例如使用Ge、B、Cu、Fe、Ce或Sn作为荧光材料。掺杂剂的掺杂量优选地为0.1重量百分比以上。
在使用MCF 1A制作MC-SFG的情况下,紫外激光的±1阶衍射光L在导光结构11的位置处会聚,使得光栅在导光结构11中的感光区域中形成。此时,由于穿过导光结构11的紫外激光在第一吸收区域30中被吸收,因此抑制了光进入导光结构13。因此,抑制了在导光结构13的感光区域中形成光栅。在第一吸收区域30中的掺杂剂是荧光材料的情况下,在第一吸收区域30中产生荧光。然而,由于感光材料对荧光没有感光性,因此没有由荧光引起的感光区域的折射率变化。
在第一吸收区域30中的掺杂剂是荧光材料的情况下,可以利用光电检测器检测光栅形成期间的荧光强度。在该情况下,可以掌握用紫外激光的±1阶衍射光L照射MCF 1A的状态。因此,可以进行照射光学系统的对准状态的检查和调节。
图8所示的类型B是示出了MCF 1B的横截面结构的视图。将类型B的MCF 1B的横截面结构与类型A的MCF 1A的横截面结构进行比较,类型B的MCF 1B的不同之处在于第一吸收区域30具有大直径。
当试图缩短光栅形成所需的时间时,可以想到增加要照射到MCF的紫外激光的功率。然而,从导光结构11透射穿过第一吸收区域30并照射到导光结构13的紫外激光的功率变大,并且在导光结构13的感光区域中形成光栅。在该情况下,如在MCF 1B中那样,通过增大第一吸收区域30的直径并增大第一吸收区域30中的掺杂剂(吸收材料或荧光材料)的浓度,可以使透射通过第一吸收区域30并照射到导光结构13的紫外激光的功率变小。
图8所示的类型C是示出了MCF 1C的横截面结构的视图。将类型C的MCF 1C的横截面结构与类型B的MCF 1B的横截面结构进行比较,类型C的MCF 1C的不同之处在于在横截面中进一步包括位于共同包层20中的第二吸收区域31至34。
第二吸收区域31设置在导光结构11与导光结构12之间。第二吸收区域32设置在导光结构12与导光结构13之间。第二吸收区域33设置在导光结构13与导光结构14之间。此外,第二吸收区域34设置在导光结构14与导光结构11之间。
第二吸收区域31至34是包含吸收具有特定波长的光(紫外光)的掺杂剂(吸收材料)的区域,掺杂剂可以改变导光结构11至14的感光区域的折射率。第二吸收区域31至34可以是包含掺杂剂(荧光材料)的区域,掺杂剂吸收具有特定波长的激发光并发射荧光。要被掺杂到第二吸收区域31到34的吸收材料和掺杂剂可以与要被掺杂到第一吸收区域30的吸收材料和掺杂剂类似。
在使用MCF 1C制作MC-SFG的情况下,可以利用对于在导光结构11的感光区域中形成光栅无贡献的紫外激光来抑制其他导光结构12至14的感光区域的折射率的变化。
图9是示出了使用MCF 1B(图8中所示的类型B)制作的MC-SFG的横截面结构的视图。图9中的类型A示出了MCF 1B的与中心轴线AX(光纤轴线)垂直的横截面。此外,图9中的类型B示出了在从类型A中的箭头AB所示的方向观看时,MCF 1B的沿着中心轴线AX的导光结构11至14。如类型B中所示那样,导光结构11中的光栅形成区域41、导光结构12中的光栅形成区域42、导光结构13的光栅形成区域43以及导光结构14中的光栅形成区域44沿着中心轴线AX(沿MCF 1B的纵向)设置在彼此不同的位置处。
如上所述,通过使MCF 1B围绕中心轴线AX一次旋转90度,可以在MCF 1B的导光结构11至14的各个感光区域中顺序地形成光栅。如果各个导光结构11至14中的光栅形成区域是沿着中心轴线AX彼此相同的区域,则第一吸收区域30的荧光材料可能会损坏。为了避免这样的问题,如图9中的类型B所示,各个导光结构11至14中的光栅形成区域41至44优选地沿中心轴线AX设置在彼此不同的位置。利用这种构造,可以抑制第一吸收区域30的荧光材料的损坏。
共同包层20中的导光结构的数量不限于4,并且可以是2、3或5或更多。图10是示出了MCF 1D的横截面结构的视图。图10中所示的MCF 1D包括位于共同包层20中的八个导光结构11至18。八个导光结构11至18以相等间隔布置在以中心轴线AX为中心的圆的圆周上。此外,第一吸收区域30包括MCF 1D的横截面中心且设置在共同包层20中。应注意的是,第二吸收区域可以设置在导光结构11至18中的每两个导光结构之间。
通过使用根据本实施例MCF,可以容易地制作具有改善的纹波特性的光纤布拉格光栅(其中为MC-SFG)。
此外,根据本实施例,光栅可以单独地形成在被包括在MCF的每个导光结构中的感光区域中,因此可以单独地优化被写入到多个导光结构中的光栅的透射光谱。例如,每个导光结构的增益光谱也可能由于MC-EDF的导光结构的制作变化而变化。即使在这种情况下,也可以单独优化MC-SFG的每个导光结构的透射光谱,以匹配MC-EDF的每个导光结构的增益光谱。
附图标记列表
1...1A至1D多芯光纤(MCF);1至18...导光结构;20...共同包层;30...第一吸收区域;31至34...第二吸收区域;100...光栅制作装置;111...激光光源;112...光束直径调节单元;121...扫描镜;122...扫描镜位置调节单元;131...柱面透镜;132...柱面透镜位置调节单元;141...相位掩模;142...相位掩模位置调节单元;151...台架;152...固定夹具;160...同步控制单元;a...芯部;b...第一包层;以及c...第二包层。
Claims (13)
1.一种多芯光纤,其主要由石英玻璃构成并包括:多个导光结构,每个导光结构均沿着中心轴线延伸;以及单个共同包层,其包围所述多个导光结构,其中,
所述多个导光结构中的每一个导光结构包括:
芯部,其沿着所述中心轴线延伸;
第一包层,其设置在所述芯部的外周上,所述第一包层的折射率低于所述芯部的折射率;以及
第二包层,其设置在所述第一包层的外周上,所述第二包层的折射率高于所述第一包层的所述折射率,低于所述芯部的所述折射率并低于所述共同包层的折射率,并且
由所述第一包层和所述第二包层构成的内包层区域的至少一部分包含感光材料,所述感光材料具有响应于具有特定波长的光的照射而改变掺杂有所述感光材料的玻璃区域的折射率的感光性,其中,所述共同包层的折射率等于或高于所述芯部的折射率。
2.根据权利要求1所述的多芯光纤,其中,
用于从具有所述特定波长的所述光中去除不需要的成分的掺杂剂被包含在除了所述多个导光结构之外的所述共同包层中。
3.根据权利要求2所述的多芯光纤,其中,
在所述多芯光纤的与所述中心轴线正交的横截面中,在所述共同包层内设置有第一吸收区域,所述第一吸收区域包括所述横截面的中心并包含吸收材料作为所述掺杂剂,所述吸收材料吸收具有所述特定波长的所述光。
4.根据权利要求3所述的多芯光纤,其中,
所述第一吸收区域中的波长为244nm时的吸光度为0.1以上且4以下。
5.根据权利要求3或4所述的多芯光纤,其中,
所述第一吸收区域包含荧光材料作为所述掺杂剂,所述荧光材料吸收具有所述特定波长的所述光并发射荧光,在所述第一吸收区域中,具有所述特定波长的所述光中的要被转换成所述荧光的光的量的百分比为50%以上且100%以下。
6.根据权利要求3或4所述的多芯光纤,其中,
所述第一吸收区域的直径为5μm以上且100μm以下。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的多芯光纤,其中,
在所述共同包层中设置有第二吸收区域,所述第二吸收区域包含吸收具有所述特定波长的所述光的吸收材料作为所述掺杂剂。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的多芯光纤,其中,
所述掺杂剂包括金属原子或半导体原子。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的多芯光纤,其中,
所述掺杂剂包括Ge。
10.根据权利要求2至4中任一项所述的多芯光纤,其中,
所述掺杂剂的掺杂量为0.1重量百分比以上。
11.一种光纤布拉格光栅,包括:
根据权利要求1至10中任一项所述的多芯光纤;以及
光栅,其借助空间折射率调制而设置在所述多芯光纤的所述多个导光结构中的每一个导光结构中。
12.一种光纤布拉格光栅的制作方法,所述方法包括:
在紫外光的传播路径上布置衍射光栅和聚光透镜,所述聚光透镜具有300mm至1600mm的焦距;
将根据权利要求1至10中任一项所述的多芯光纤安装为使得所述多芯光纤的中心轴线与所述衍射光栅的光发射表面之间的距离变为250μm以下;
经由所述聚光透镜利用所述紫外光照射所述衍射光栅;以及
利用由所述衍射光栅形成的周期性干涉条纹照射所述多芯光纤的所述多个导光结构中的任意导光结构,以在被所述干涉条纹照射的导光结构中写入光栅。
13.根据权利要求12所述的制作方法,在使所述多芯光纤围绕所述中心轴线旋转的同时,利用所述干涉条纹照射所述多个导光结构中的每一个导光结构。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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