CN1437036A - 光纤、倾斜光纤光栅、光学滤波器、光学放大器模块 - Google Patents

Abstract

配置在核心(1)中央部分的内核心(1a)的感光度是低的。配置在接近于包覆层(2)的外核心(1b)的感光度是高的。在包覆层(2)中，接近于核心(1)的内包覆层(2a)的感光度是高的和处于内包覆层(2a)外面的外包覆层(2b)的感光度是低的。使用有这样感光度的光纤的多个倾斜光纤光栅有不同的光学特性，以便构成增益平衡光学滤波器。由此，能够提供一种含有倾斜光纤光栅的光学滤波器，它能在窄的带宽内保持滤波特性并增大损耗面积。

Description

光纤、倾斜光纤光栅、光学滤波器、光学放大器模块

技术领域

本发明涉及一种用于光学通信和光学信息处理的光纤组件。特别是，本发明涉及一种用于改善含有铒掺杂的光纤的光学放大器(下文叫做EDFA)的波长和增益关系的光学滤波器，以便进行增益平整化操作和增益平衡操作。另外，本发明还涉及一种用于光学滤波器的光纤。

背景技术

一种光纤光栅，通过利用紫外光辐照石英光纤中掺杂锗部分的折射率的增加，使得在光纤的纵向上具有周期性的折射率调制，其优点在于例如，低插入损耗、低制造成本、高可靠性。由于这些优点，这种光纤光栅已广泛地用于光学通信。

一般来说，这样的光纤光栅能分成两类。一类是布喇格(Bragg)光栅(下文叫做反射FBG)，它在介质中为光的周期的一半，如1550纳米(nm)运行波长的530nm周期，以致通过耦合到反向引导的模式光(下文叫做反射模式光)来获得滤波性能。此反射布喇格光栅的结构示于图47。

在图47中，参照编号1表示核心。参照编号2表示包覆层，它配置在核心1的周围。参照编号3表示折射率增加的部分3，它是由紫外光辐照形成的。光栅部分4是沿光纤纵向由周期性形成折射率增加的部分3构成的。在反射布喇格光栅中，一种引导的模式光5同反射模式光6耦合。在波长频带获得了有抑制损耗的发射光。

另一类光纤光栅是长周期光栅(下文叫做LPG)，它有几百微米的周期和有耦合引导的模式光和向前包覆模的发射特性。LPG的结构示于图48。在图48中，参照编号1到4表示如图47中所示的同样的功能部件。图47和48之间的差别在于图48中折射率增加的部分3的周期比图47中的更长。借助于此，引导的模式光5同向前包覆模式光7耦合；因此，在此波长频带获得有抑制损耗的发射光。

在反射FBG中，存在的优点在于通过沿光纤纵向改变折射率的调制幅度和周期，来设计损耗波长特性和实现大的抑制损耗如若干-10分贝是可能的。反过来，存在的缺点在于不能获得光谱的光滑度，因为在大约0.1nm周期的抑制频带存在0.1到5dB的波纹(ripple)和存在大的反射。为此原因，反射FBG已不用于使用铒掺杂光纤的光学放大器的增益平衡器(下文叫做GEQF)。

在另一方面，同反射布喇格光栅相反，长周期光栅的优点在于在抑制频带没有波纹和能获得光谱的光滑度。并且，只有很少的反射光。由于这些优点，长周期光栅已主要用于GEQF。然而，在长周期光栅中，难于获得需要的损耗谱。并且，其缺点在于即使为了特别的用途使用光纤，可以获得的抑制损耗最多也不过是5dB。因此，在很宽的波长带宽长周期光栅不适宜于增益平整化操作。

在不远的将来，预期运行的波长带宽可以展宽以便在波长划分多路复用系统中增加波长多重性的数目。因此，比之长周期光栅对损耗波长特性可能有更为灵活设计性能的GEQF已被需求。按照上述的条件，已经研制出一种像倾斜光纤光栅(下文叫做SFBG)一样的GEQF，它有像反射布喇格光栅的同样优点而没有反射布喇格光栅的缺点。这样的GEQF公开于文献“Gain equalization with optimizedslanted Bragg grating on adapted fiber for multichannellong-haul submarine transmission(I.Riant等，OFC’99，ThJ6-1，1999)”(下文叫做参考文献1)中。

在图49中，展示了该倾斜光纤光栅的结构。在图49中，参照编号1到4表示的部件与图47中所表示的那些相同。在图49中，较高折射率部分3被构成以使光栅上相等相位的表面向光纤轴A倾斜。像在反射布喇格光栅中的情况一样，通过以同样的周期，周期性地形成倾斜的较高折射率部分来构成光栅部分4。

垂直于较高折射率部分3的方向叫做该光栅的光栅向量方向。由光栅向量方向B和光纤的轴A所构成的角θ叫做倾斜角。较高折射率部分3的倾斜度用倾斜角来表示。在倾斜的短周期光纤光栅中，由光栅部分4反射的引导的模式光部分5同反向传输的包覆模8相耦合。这样，通过倾斜光栅部分4，特别对LP1x系统，同反向传输的包覆模8的耦合得到了增强。并且，通过适当地选择倾斜角θ，抑制同反射模的耦合大约是可能的。同时，在光的波导路径上不发生引导的模式的反射减少和多重反射。因此，不发生不必要的波纹。并且，同短周期反射光纤光栅相似，由于通过改变折射率的调制幅度和周期来改变滤波特性是可能的，所以展宽了对设计的限制。

然而，由于存在多个反向传输包覆模8，一般的问题是展宽了损耗发生波长频带。在用于常规的反射布喇格光纤光栅和长周期布喇格光纤光栅的一种光纤中，通过模耦合的损耗发生波长频带在最窄时是20nm。因此，已经发现过，为了制造具有陡峭损耗谱的光学滤波器或有几纳米的窄损耗带宽的光学滤波器，必须使用一种能同特定的包覆模选择性耦合的特殊光纤。这一点在参考文献1中作了描述。

为此目的已经提出的光纤的实例示于图50。在图50中，参照编号1是指核心并且参照编号2是指包覆层。在包覆层2中，参照编号式2a表示有感光度的内包覆层和参照编号式2b表示没有感光度的外包覆层。在此光纤中，核心1对紫外光的折射率感光度是低的而同核心1接触的内包覆层2a的感光度是高的。并且，同锗一起将一种不感光的有较高折射率介质添加到核心1上以及将较低折射率介质加到加到包覆层2上。

当用有上述结构的光纤来制造倾斜光纤光栅时，降低了同反射模的耦合。因此，以相对小的倾斜角来抑制同反射模的耦合是可能的。借助于此，选择性地进行同相对低次包覆模耦合是可能的。

使用上述的光纤，对有1.1μm理论截止波长的SFBG的传输特性进行了模拟。模拟条件示于表1。传输谱示于图51。在表1中，反射抑制角就是能够抑制同反射模耦合的倾斜角。

                      表1

使用的程序	阿波罗光子公司FOSS-BG版本2.2a
		光栅长度	1mm
光栅周期	530到530.35nm
		光栅啾声比	0.35nm/mm
倾斜角	反射抑制角

如图51所示，可以明白，主损耗发生带宽的全宽度是10nm或更窄。使用上述结构的光纤，可以使损耗发生面积变窄。

然而，在这样的结构中，其中在光强密度大的核心部分不形成光栅。因此，只有少许光场分布的重叠部分和折射率的改变；于是，耦合系数降低。并且，除锗之外必须将低折射率介质添加到包覆层部分中去。因此，通常，与在其中只加锗的情况相比可以添加较少的锗。可添加的锗的最大量将近6％(重量百分比)，并且为了在稳定的批量生产中制造光纤似乎能添加的锗量应将近5％(重量百分比)。因此，通过添加锗来提高感光度存在一个限度。

由于上述两个原因，获得的抑制损耗值不是很大。使用具有图50所示结构的光纤制造了SFBG并且其结果解释如下。

在图52中，展示了使用上述光纤的SFBG的发射谱(基频谱)的实例。光栅长度约是1mm。根据图52，可以明白损耗发生带宽约是10nm。作为光纤的特性，模场直径(下文叫做MFD)是10μm，截止波长是1.2μm，并且掺到包覆层2中的锗量是4.5％(重量百分比)。

抑制损耗面积定义为主损耗发生带宽的面积，如图51所示的阴影部分，并且SFBG是通过曝光光纤来制造的。曝光时间和发生损耗面积之间的关系示于图53。这里，是通过考虑为了稳定热退化而进行的老化过程所引起的退化率来计算损耗面积的。这里，饱和面积定义为折射率的增加开始变为饱和时刻的损耗面积，例如在一个限度内拟合函数可以表示为S＝a·t^b。这里，t表示曝光时间，以及S表示损耗面积。在此情况下，饱和损耗面积此时约为3dB·nm。

例如，制造了具有发射抑制带宽30nm和抑制损耗为5dB的带阻滤波器。这样的特征是GEQF的通常要求；因此这样一种传输抑制带宽不是宽的带宽。如果假设以平滑的方式在30nm的带宽上产生5dB的损耗，那么损耗面积必然是150dB·nm。如果最大光栅长度是40mm，可以明白基频谱的损耗面积约为3.8dB·nm是必然的。

GEQF的实际特性并不平滑；因此，部分地，为得到5dB的损耗有近5.0dB·nm的损耗面积是必然的，它是上述的最大值时3.8dB·nm的1.3倍。因此，在图50所示的光纤中，可以明白制造有5dB峰损耗的GEQF是困难的。

至于提高损耗的其他方法，能够提出两种想法如提高核心的感光度和减少截止波长以便增大包覆层中的光学功率。

如果使用如提高核心的感光度的方法，损耗发生带宽增加；因此，感光度应该最好是20％或更小。因此，该方法对提高损耗并不那么有效。并且，如果使用如减少截止波长，存在一种权衡，其中损耗增加了但也发生弯曲损耗。因此，在此方法中存在一种限度。尽管通过提高相对折射率差Δ来减少截止的限制是可能的，在此情况下，核心直径减少。于是，损耗带宽增大。根据发明者的分析，可以相信能够获得的饱和损耗面积的限制是4dB·nm，它能够通过使用图50所示的结构来保持损耗带宽。

发明内容

考虑到上述问题提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种使用倾斜光纤光栅的光纤，它能在窄的带宽内保持滤波特性并比常规的光纤更多地增大损耗面积。

为了解决上述问题，根据本发明的一种光纤的第一方面是包括一个核心，和一个包覆层，该包覆层配置在核心周围，其中该核心至少含有不同折射率或不同感光度的两层或更多层，其最内层是一种较低感光度层，通过光辐照它的感光度相对于折射率的变化与其他层相比是较低的，该包覆层至少含有不同折射率的两层或更多层，接触核心的此层是较高感光度层，通过光辐照它的感光度相对于折射率的变化与其他层的感光度相比是较高的。

借助于使用由上述光纤制成的倾斜光纤光栅的带阻光学滤波器，可以在窄的带宽范围内保持滤波特性以便获得希望的损耗面积的特性。

根据本发明的光纤的第二方面的较高感光度包覆层的外直径是模场直径两倍或更大些。

借助于此，可以实现一种光纤，它的损耗带宽是窄的以便形成具有损耗面积大的带阻光学滤波器。

根据本发明的光纤的第三方面，由核心直径和该核心的较低感光度层的直径之间的比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.98或更短。

借助于此，可以实现一种光纤，它能构成一种损耗面积是3.9dB·nm或更大的带阻光学滤波器。

根据本发明的光纤的第四方面，由该核心感光度的最大值除以包覆层的感光度的最大值而得的商是0.8或更大。

借助于此，可以实现一种光纤，它能形成一种具有损耗面积大的带阻光学滤波器。

根据本发明的光纤的第五方面，理论截止波长λ_c为1.22μm或更短。

借助于此，可以实现一种光纤，它能构成一种带阻光学滤波器，其中波纹如幻想模式(ghost mode)的发生受到了抑制，此模是由低级包覆模和引导的模式耦合引起的。

根据本发明的光纤的第六方面的特征在于：核心和最内包覆层之间的相对折射率差Δ和理论截止波长λ_c满足关系式如λ_c＞2.48-4.53Δ+3.43Δ²。

借助于此，可以实现一种光纤，其中在弯曲直径为40mm条件下弯曲损耗是0.1dB或更少。通过使用该光纤制造带阻光学滤波器，可以实现一种带阻光学滤波器，当它被布置在狭窄的空间中时，由于弯曲所引起的损耗小。

根据本发明的光纤的第七方面，9nm或更短的损耗产生带宽BW，和核心直径和该核心的较低感光度层的直径之间的比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.98或更短。

借助于此，可以制造一种增益平衡的光学滤波器，它能使用该光纤平衡该光学放大器的1530nm频带附近的增益峰。

根据本发明的光纤的第八方面的特征在于损耗发生带宽BW为15nm或更短，和核心直径和该核心的较低感光度层的直径之间的比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.85或更小。

借助于此，可以制造一种增益平衡的光学滤波器，它能使用该光纤平衡该光学放大器的1555nm频带附近的增益峰。

根据本发明的光纤的第九方面，有包含在包覆层中并有不同的折射率的各层中的同核心接触的最内包覆层和最外包覆层之间的相对折射率差Δ_inclad在范围-0.1％＜Δ_inclad＜0％之内。

借助于此，防止传输特性衰减是可能的，这种衰减是由在最内包覆层中被约束和发射的模同引导的模式之间的干涉造成的。并且，可以防止出现不必要的峰，这些峰是由在使用此光纤制造带阻光学滤波器时产生耦合模所引起的。

根据本发明由石英玻璃制成的光纤的第十方面：给较低感光度核心层的主要掺杂质是铝，给较高感光度核心层的主要掺杂质是锗，给较高感光度包覆层的主要掺杂质是锗和硼，以及添加到较高感光度包覆层的锗量是3％的重量百分比或更多。

借助于此，可以实现一种光纤，它具有本发明的第一到第九方式中所描述的特性。

根据本发明由石英玻璃制成的光纤的第十一方面：给较低感光度核心层的主要掺杂质是铝，给较高感光度核心层的主要掺杂质是锗，给较高感光度包覆层的主要掺杂质是锗和氟，以及添加到较高感光度包覆层的锗量是4％的重量百分比或更多。

借助于此，可以实现一种光纤，它具有本发明的第一到第九方式中所描述的特性。

根据本发明由石英玻璃制成的光纤的第十二方面有：添加到较低感光度核心层的锗量是1％的重量百分比或更少，添加到较高感光度核心层的主要掺杂质是锗和氟，添加到较高感光度包覆层的主要掺杂质是锗和氟，添加到较高感光度包覆层的锗量是5％的重量百分比，并且添加到较低感光度包覆层的主要掺杂质是氟。

借助于此，可以实现一种光纤，它具有本发明的第一到第九方式中所描述的特性。

根据本发明的光纤的第十三方面使用了根据本发明的第一方面的光纤，以及同反射抑制角相一致的倾斜角是在±0.3°范围内。

借助于此，可以实现一种光纤，其中损耗带宽窄以便构成损耗面积大的带阻光学滤波器。

根据本发明的光纤的第十四方面有任意的损耗谱，它能够沿光纤纵向通过改变光栅周期和折射率变化的幅度来获得。

根据本发明的光纤的第十五方面包括一种根据权利要求13的倾斜光纤光栅，和一种单模式光纤。在本发明的此方式中，倾斜光纤光栅含有根据第一方面的光纤，它的模场直径是8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ是0.40％到0.55％，一个或多个倾斜光纤光栅串联连接，和用于1.3μm传输的单模式光纤被连接到倾斜光纤光栅的两端。

借助于此，可以实现一种带阻光学滤波器，其中对传输单模式光纤的连接损耗小和损耗带宽小以及损耗面积大。

根据本发明的带阻光学滤波的第十六方面包括根据第十三方面的倾斜光纤光栅，和单模式光纤。在所述本发明方面中，该倾斜光纤光栅含在根据本发明的第一方面的光纤中，它的模场直径是8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ是0.50％到0.55％，一个或多个倾斜光纤光栅串联连接，以及色散偏移光纤连接到倾斜光纤光栅的两端。

借助于此，可以实现一种带阻光学滤波器，其中对色散偏移光纤的连接损耗小和损耗带宽小以及损耗面积大。

本发明的第十七方面是一种光学放大器的增益平衡光学滤波器，该滤波器有根据第十三方面的多个串联的倾斜光纤光栅并包括根据本发明的第七方面的用于平衡1530nm频带附近的增益峰的倾斜光纤光栅，以及根据第八方面的用于平衡1555nm频带附近的增益峰的倾斜光纤光栅。

借助于此，可以实现一种光学放大器的增益平衡光学滤波器，在宽的波长范围内该滤波器能够平衡光学放大器的增益。

本发明的第十八方面是一种增益平衡光学滤波器，其特征在于包括根据本发明的第十三方面的倾斜光纤光栅，和单模式光纤。在所述本发明方式中，该倾斜光纤光栅包含根据本发明的第一方面的光纤，其模场直径是8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ是0.40％到0.55％，多个倾斜光纤光栅串联连接，并且使用1.3μm传输的单模式光纤被连接到倾斜光纤光栅的两端。

借助于此，可以实现一种光学放大器的增益平衡光学滤波器，其中同传输单模式光纤的连接损耗小以便在宽的波长范围内平衡光学放大器的增益。

本发明的第十九方面是一种增益平衡光学滤波器，它包括倾斜光纤光栅，和单模式光纤。在本发明的本方式中，该倾斜光纤光栅含在根据本发明的第一方面的光纤中，其模场直径是8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ是0.50％到0.55％，多个倾斜光纤光栅串联连接，以及色散偏移光纤连接到倾斜光纤光栅的两端。

借助于此，可以实现一种光学放大器的增益平衡光学滤波器，其中同色散偏移光纤的连接损耗小以便在宽的波长范围内平衡光学放大器的增益。

本发明的第二十方面是一种光学放大器模块，它包含根据本发明的第十七方面的增益平衡光学滤波器中。

借助于此，可以实现一种能够产生放大光的光学放大器模块，它的增益在宽的波长带宽范围内被平衡。并且，因为在根据本发明的光学放大器的增益平衡光学滤波器中连接损耗小，所以可以实现一种光学放大器模块，如果将它用作光学放大器模块那么它的插入损耗小。

而且，因为根据本发明的光学放大器的增益平衡光学滤波器是利用弯曲损耗小的光纤制造的，所以实现一种弯曲损耗小的光学放大器模块是可能的，以便将它在狭窄的空间内构成如果用作光学放大器模块的话。

根据在此实例中的光纤，该核心1至少含有两个或更多具有不同折射率的层，其最内层是较低的感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射射率的变化比其他层的感光度要低些，包覆层2至少含有两个或更多具有不同折射率的层，并且接触核心1的层是较高感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射射率的变化比其他层的感光度要高些。借助于此，使用此光纤制造倾斜光纤光栅，借以构成带阻光学滤波器用以保持在狭窄带宽中的滤波器特性和抑制损耗面积，来获得更好的光学特性是可能的。

并且，通过制造一种光纤使得包覆层2的较高感光度层的外直径是模场直径的两倍或比之更大，于是实现一种光纤是可能的，它能生产一种损耗带宽窄和损耗面积大的带阻光学滤波器。

并且，通过制造一种光纤以使其核心直径和核心1的较低感光度层的直径之比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.98μm或更短，因此实现一种光纤是可能的，它能生产一种带阻光学滤波器，其中损耗面积是3.9dBnm或更大。

并且，通过制造一种光纤使得核心1的感光度的最大值除以包覆层2的感光度的最大值所得的商是0.8或更大，因此可以实现一种光纤，它能生产一种损耗面积大的带阻光学滤波器。

并且，通过制造一种光纤使得理论截止波长λ_c为1.22μm或更短，因此可以实现一种光纤，它能生产一种能抑制叫做幻想模式的波纹的带阻光学滤波器，此幻想模式是由低级包覆模和引导的模式的耦合所引起的。

并且，通过制造一种光纤使得核心1和最内包覆层之间的相对折射率差Δ和理论截止波长λ_c满足关系式如λ_c＞2.48-4.53Δ+3.43Δ²，因此实现一种光纤是可能的，其中弯曲损耗在弯曲直径为40mm条件下是0.1dB/m。并且，通过使用此光纤制造一种带阻光学滤波器，可以实现一种带阻光学滤波器，其中当它在狭窄空间内构成时由此频带引起的损耗增加少。

并且，通过制造一种光纤使得损耗产生带宽BW是9nm或更短，并且其核心直径和该核心1的较低感光度层的直径之比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.98或更小，因此通过使用该光纤来制造一种增益平衡光学滤波器是可能的，它能平衡光学放大器的1530nm频带附近的增益峰。

并且，通过制造一种光纤使得损耗产生带宽BW是15nm或更短，并且其核心直径和该核心1的较低感光度层的直径之比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.85或更小，因此通过使用该光纤来制造一种增益平衡光学滤波器是可能的，它能平衡光学放大器的1555nm频带附近的增益峰。

并且，通过制造一种光纤使得包含在包覆层2并且折射率不同的各层中同核心1接触的最内包覆层和最外包覆层之间的相对折射率之差Δ_inclad的范围为-0.1％＜Δ_inclad＜0％，因此防止传输特性衰减是可能的，这种衰减是由在最内包覆层中被约束和发射的模同引导的模式之间的干涉造成的。并且，防止出现不必要的峰是可能的，这些峰是由在使用此光纤制造带阻光学滤波器时产生耦合模所引起的。

并且，通过制造由石英玻璃制成的一种光纤使得核心1的较低感光度层的主要掺杂质是铝，核心1的较高感光度层的主要掺杂质是锗，包覆层2的较高感光度层的主要掺杂质是锗和硼，以及添加到包覆层的较高感光度层的锗量是3％的重量百分比或更多，因此实现一种有上述特性的光纤是可能的。

并且，通过制造由石英玻璃制成的一种光纤使得较核心1的较低感光度层的主要掺杂质是铝，核心1的较高感光度层的主要掺杂质是锗，包覆层2的较高感光度层的主要掺杂质是锗和氟，以及添加到包覆层的较高感光度层的锗量是4％的重量百分比或更多，因此实现一种有上述特性的光纤是可能的。

并且，通过制造由石英玻璃制成的一种光纤使得添加到核心1的较低感光度层的锗量是1％的重量百分比或更少，添加到核心1的较高感光度层的主要掺杂质是锗和氟，添加到包覆层2的较高感光度层的主要掺杂质是锗和氟，添加到包覆层2的较高感光度层的锗量是5％的重量百分比，以及添加到包覆层的较低感光度层的主要掺杂质是氟，因此实现一种有上述特性的光纤是可能的。

并且，通过用上述的光纤来制造倾斜光纤光栅，使得同反射抑制角相一致的倾斜角是在±0.3°范围内，因此可以制造一种具有损耗带宽窄和损耗面积大的带阻光学滤波器。

并且，通过用上述的光纤来制造倾斜光纤光栅，使得在光纤的纵向上可以改变光栅周期和折射率变化的幅度，因此可能获得任意的损耗谱。

并且，通过构成一种包括倾斜光纤光栅和单模式光纤的带阻光学滤波器，使得此倾斜光纤光栅包含根据第一方面的8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ为0.40％到0.55％的光纤中，一个或多个倾斜光纤光栅串联连接，并且用于1.3μm传输的单模式光纤连接到倾斜光纤光栅的两端，因此实现一种带阻光学滤波器是可能的，其中同传输单模式光纤的连接损耗小，损耗带宽小，以及损耗面积大。

并且，通过构成一种包括倾斜光纤光栅和单模式光纤的带阻光学滤波器，使得此倾斜光纤光栅包含8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ为0.50％到0.55％的光纤中，一个或多个倾斜光纤光栅串联连接，并且色散偏移光纤连接到倾斜光纤光栅的两端，因此实现一种带阻光学滤波器是可能的，其中同传输的色散偏移光纤的连接损耗小，损耗带宽小，以及损耗面积大。

并且，为了平衡1530nm频带附近的增益峰，通过使用一种光纤来制造倾斜光纤光栅使得，损耗产生带宽BW是9nm或更短，以及其核心直径和该核心的较低感光度层的直径之比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.98或更小，以及为了平衡1555nm频带附近的增益峰，通过使用光纤来制造倾斜光纤光栅使得，损耗产生带宽BW是15nm或更短，以及其核心直径和该核心的较低感光度层的直径之比l和理论截止波长λ_c的乘积为0.85或更小，以及通过将这些倾斜光纤光栅串联，来实现光学放大器的增益平衡光学滤波器是可能的，其中光学放大器的增益能在宽的波长范围内被平衡。

通过构成光学放大器的增益平衡光学滤波器使得倾斜光纤光栅包含根据第一方面的8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ为0.40％到0.55％的光纤中，多个倾斜光纤光栅串联连接，并且用于1.3μm传输的单模式光纤被连接到倾斜光纤光栅的两端，因此实现一种光学放大器的增益平衡光学滤波器是可能的，其中同传输的单模式光纤的连接损耗小，并且光学放大器的增益能在宽的波长范围内被平衡。

并且，通过构成光学放大器的增益平衡光学滤波器使得倾斜光纤光栅包含8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ为0.50％到0.55％的光纤中，多个倾斜光纤光栅串联连接，并且色散偏移光纤连接到倾斜光纤光栅的两端，因此实现一种光学放大器的增益平衡光学滤波器是可能的，其中同传输的色散偏移光纤的连接损耗小，并且光学放大器的增益能在宽的波长范围内被平衡。

并且，根据本发明通过使用光学放大器的增益平衡光学滤波器构成光学放大器模块，来实现一种能产生光放大的光学放大器模块是可能的，其中增益在宽的波长范围内被平衡。

并且，在根据本发明的光学放大器的增益平衡光学滤波器中，因为连接损耗小，因此实现一种插入损耗小的光学放大器模块是可能的，即使它被用作光学放大器模块。

而且，因为根据本发明的光学放大器的增益平衡光学滤波器是用弯曲损耗小的光纤制造的，因此实现一种当用作光学放大器模块时弯曲损耗小并能在狭窄空间内构成的光学放大器模块是可能的。

附图说明

图1A和1B是表示根据本发明的光纤的每一核心层和包覆层的相对折射率差和归一化感光度的视图。

图2A到2C是在相对折射率差Δ是0.3％的条件下损耗发生带宽相对于感光度的变化图。

图3A到3C是在相对折射率差Δ是0.4％的条件下损耗发生带宽相对于感光度的变化图。

图4A到4C是在相对折射率差Δ是0.5％的条件下损耗发生带宽相对于感光度的变化图。

图5A到5C是在相对折射率差Δ是0.6％的条件下损耗发生带宽相对于感光度的变化图。

图6A到6C是在相对折射率差Δ是0.3％的条件下损耗面积相对于感光度的变化图。

图7A到7C是在相对折射率差Δ是0.4％的条件下损耗面积相对于感光度的变化图。

图8A到8C是在相对折射率差Δ是0.5％的条件下损耗面积相对于感光度的变化图。

图9A到9C是在相对折射率差Δ是0.6％的条件下损耗面积相对于感光度的变化图。

图10是表示损耗面积相对于内核心直径与核心直径之比和截止波长的乘积的倒数的变化图。

图11是表示损耗带宽相对于在作为低光敏核心的内核心的感光度是0(零)的条件下其直径的倒数的变化图。

图12是表示虚拟损耗带宽相对于在内核心的感光度p₁=0.00的条件下内核心直径的倒数的变化图。

图13是表示虚拟损耗带宽相对于在内核心的感光度p₁＝0.05的条件下内核心直径的倒数的变化图。

图14是表示虚拟损耗带宽相对于在内核心的感光度p₁＝0.10的条件下内核心直径的倒数的变化图。

图15是表示虚拟损耗带宽相对于在内核心的感光度p₁＝0.15的条件下内核心直径的倒数的变化图。

图16是表示虚拟损耗带宽相对于在内核心的感光度p₁＝0.20的条件下内核心直径的倒数的变化图。

图17是表示虚拟损耗带宽相对于内核心直径的倒数的变化图。

图18A和18B是表示在相对折射率差Δ是0.5％和内核心直径比＝80％的条件下，归一化带宽和归一化损耗相对于由包覆层感光度部分的外直径除以MFD所得的商的变化图。

图19A和19B是表示在相对折射率差Δ是0.5％和内核心直径比＝70％的条件下，归一化带宽和归一化损耗相对于由包覆层感光度部分的外直径除以MFD所得的商的变化图。

图20A和20B是表示在相对折射率差Δ是0.4％和内核心直径比＝80％的条件下，归一化带宽和归一化损耗相对于由包覆层感光度部分的外直径除以MFD所得的商的变化图。

图21A和21B是表示在相对折射率差Δ是0.4％和内核心直径比＝70％的条件下，归一化带宽和归一化损耗相对于由包覆层感光度部分的外直径除以MFD所得的商的变化图。

图22A和22B是表示在相对折射率差Δ是0.5％和归一化频率V＝1.7的条件下，归一化带宽和归一化损耗面积相对于外核心的感光度的变化图。

图23A和23B是表示在相对折射率差Δ是0.5％和归一化频率V＝1.9的条件下，归一化带宽和归一化损耗面积相对于外核心的感光度的变化图。

图24A和24B是表示在相对折射率差Δ是0.4％和归一化频率V＝1.7的条件下，归一化带宽和归一化损耗面积相对于外核心的感光度的变化图。

图25A和25B是表示在内核心直径和核心直径之比为1：当相对折射率差Δ是0.4％时l＝80％和70％的条件下损耗谱的形状图。

图26A和26B是表示在内核心直径和核心直径之比为1：当相对折射率差Δ是0.5％时l＝80％和70％的条件下损耗谱的形状图。

图27是表示EDF的增益谱的一个示例图。

图28是表示相对所希望地损耗模拟倾斜光纤光栅的光学特性的概念示例图。

图29是表示在长波长和短波长范围内增益漂移和基本谱的损耗带宽之间的关系图。

图30A和30B是表示在相对折射率差Δ＝0.55％和截止波长λ_c＝1.22μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图30A是长波长范围情况的视图。图30B是短波长范围情况的视图。

图31A和31B是表示在相对折射率差Δ＝0.55％和截止波长λ_c＝1.10μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图31A是长波长范围情况的视图。图31B是短波长范围情况的视图。

图32A和32B是表示在相对折射率差Δ＝0.50％和截止波长λ_c＝1.22μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图32A是长波长范围情况的视图。图32B是短波长范围情况的视图。

图33A和33B是表示在相对折射率差Δ＝0.50％和截止波长λ_c=1.10μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图33A是长波长范围情况的视图。图33B是短波长范围情况的视图。

图34A和34B是表示在相对折射率差Δ＝0.45％和截止波长λ_c＝1.22μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图34A是长波长范围情况的视图。图34B是短波长范围情况的视图。

图35A和35B是表示在相对折射率差Δ＝0.45％和截止波长λ_c＝1.16μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图35A是长波长范围情况的视图。图35B是短波长范围情况的视图。

图36A和36B是表示在相对折射率差Δ＝0.40％和截止波长λ_c＝1.22μm的条件下，设计光学放大器的增益平衡光学滤波器的光学特性的示图。图36A是长波长范围情况的视图。图36B是短波长范围情况的视图。

图37A到37C是表示在根据本发明制造光纤的实例中折射率分布的视图。

图38是表示制得的光纤的损耗谱的示例图。

图39是表示制得的光纤的损耗谱的另一示例图。

图40是表示制得的光纤的损耗谱的另一示例图。

图41是表示制得的光纤的损耗谱的另一示例图。

图42是表示当将制得的光纤曝光时，曝光时间和损耗面积之间的关系图。

图43是表示当将制得的光纤曝光时，曝光时间和损耗面积之间的关系图。

图44是表示当将制得的光纤曝光时，曝光时间和损耗面积之间的关系图。

图45是表示当将制得的光纤曝光时，曝光时间和损耗面积之间的关系图。

图46是表示根据本发明的光学放大器的结构示例图。

图47是表示反射光纤光栅的结构图。

图48是表示发射光纤光栅的结构图。

图49是表示倾斜光纤光栅的结构图。

图50是表示用于制造常规倾斜光纤光栅的光纤的相对折射率差和归一化感光度的视图。

图51是表示常规倾斜光纤光栅的损耗谱模拟结果的示例图。

图52是表示常规倾斜光纤光栅的损耗谱测量结果的示例图。

图53是表示常规倾斜光纤光栅的曝光时间和损耗面积之间的关系图。

具体实施方式

下面对本发明作详细解释。

根据本发明的一种光纤包括一个核心和一个配置在此核心周围的包覆层，其中该核心至少含有不同折射率的两层或更多的层。最内层是低感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射率的变化比其他层的感光度较低，该包覆层至少含有不同折射率的两层或更多的层，同核心接触的此层是较高感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射率的变化比其他层的感光度较高。

图1A和1B表示根据本发明的该光纤的折射率和感光度的分布实例。

在图1A中，参照编号1表示核心。参照编号2表示包覆层。形成的核心1的折射率要高于包覆层2的折射率。包覆层2相对于核心1的相对折射率差是Δ。

在核心1中，形成的核心1的中心部分的内核心1a的感光度较低，而形成的配置在较接近于包覆层2的外核心1b的感光度较高。因此，这里，内核心1a是较低感光度层。在包覆层2中，形成的配置在较接近于核心1的内包覆层2a的感光度较高。形成的配置在包覆层2a外面的外包覆层2b的感光度较低。因此，这里，内核心1a是较低感光度层。因此，这里，内包覆层2a是较高感光度层。

在内包覆层2a的感光度如标记的是1的条件下，内核心1a的感光度是p₁，并且外核心1b的感光度是p₂。并且，核心1的外半径是r_core，内核心1a的外半径是lr_core，并且内包覆层2a的外半径是mr_core。

在每一核心层1和包覆层2的直径和感光度都改变的条件下，使用光纤的倾斜光纤光栅的光学特性通过同常规情况相比来解释。

首先，使用图1所示的参数例如内核心1a同核心1的直径比l和内核心1a的感光度比为p₁，在内包覆层2a同外核心1b相比的感光度比p₂=1以及感光度包覆层如内包覆层2a同核心1相比的直径比m＝3的条件下，对相对折射率差Δ和归一化频率V实施了模拟计算。光栅的条件如图1A和1B中所示的相同。

根据上述模拟所得的结果，具有图49所示的结构的倾斜光纤光栅的光学特性，如损耗发生带宽和损耗面积表示在图2A到9C。这里，损耗发生带宽定义为一种宽度，在此宽度相对于峰损耗dB比是0.05。在损耗发生的主频带的损耗面积定义为在其中损耗最小的面积，即在短波长中透明度最大。

在图2A到9C中，用I＝100％表示的一条曲线表示常规光纤的光学特性，在此光纤中没有装配具有较高感光度的外核心1b。损耗面积在dB标度中是相对值。在图52中显示抑制损耗的光纤的情况下，它的损耗面积差不多相当于0.7。在此条件下，相对折射率差Δ是0.4％，核心灵敏度是0.2，和归一化频率V是2.0。

根据上述结果，可以明白除非添加较大量的锗否则不能生产具有常规结构的光纤，其中损耗面积的相对值是9，即实际值是3.9dBnm或更大。

在另一方面，相似于根据本发明的光纤的情况，可以明白通过在核心1的外面配置具有较高感光度的外核心1b，因此同增加内核心1a感光度的情况相比大大改进损耗面积而无需增大带宽是可能的。

基于上述模拟的结果，第一，这里，解释了与该光纤参数相应的损耗面积的趋势。这里，在内核心1a的感光度是0(零)条件下，损耗面积成为如图10所示的关于获得的内核心1a与核心1的直径比l和理论截止波长λ_c的乘积的倒数的函数形式。这里，理论截止波长λ_c用公式F1来表示。 ${\mathrm{\λ}}_c=\frac{V}{2.405}---F1$

这里，λ表示运行波长。这里，使用1.55μm。根据图10，损耗面积几乎呈线性关系。一种近似公式用公式F2表示成如下。

               Sloss＝1.9/(l·λ_c)-1.03  F2

因此，获得其损耗面积是0.9或更大的损耗面积的条件能用公式F3表示如下。

内核心与核心的直径比l·理论截止波长λ_c[μm]＜0.98  F3

借助于此，可以明白在截止波长是1.1μm的条件下，内核心1a的半径是核心半径的85％或比之更短。

下面，解释与该光纤参数相应的损耗发生带宽的趋势。

在内核心1a的感光度为0(零)的条件下，表示模拟过程中的带宽和低感光度核心的内核心的半径例如内核心1a的半径比1和核心半径的函数曲线示于图11。这里，核心半径能用公式F4表示成如下。 $r_{\mathrm{core}}=\frac{\mathrm{V\λ}}{2{\mathrm{\π}\·n}_{\mathrm{clad}}\sqrt{2\mathrm{\Δ}}}---F4$

在F4中，n_clad表示包覆层的折射率。

根据图11，可以明白损耗发生带宽相对于作为低感光度核心的内核心的半径有一定的趋势。损耗发生带宽BW能用公式F5近似地表示成如下。

BW＝{α₁·(1/l·r_core)2+a₂·(1/l·r_core)}  F5

下面，还分析了其中内核心1a的感光度不是0(零)的情况。在此情况下，在基本模中内核心1a的功率比是p_inside，和在基本模中内核心1a外部的功率比是p_outside的条件下，耦合系数相对于反射模的增加比能够表示成p₁·p_inside/p_outside。这里，p_inside和p_outside能够用公式F6和F7近似地表示。 $P_{\mathrm{inside}}=1-\exp [-2{\left(\frac{l\·2r_{\mathrm{core}}}{\mathrm{MFD}}\right)}^2]---F6$

P_outside＝1-P_inside  F7

这里，假设反射抑制角随对反射模的耦合系数的增加成比例地增加；于是，损耗发生带宽正比地增加。在此情况下，公式F8能够满足。 ${\mathrm{BW}}_{\left(p_1\right)}\·(1-p_1\·P_{\mathrm{inside}}/P_{\mathrm{outside}})=\mathrm{BW}\left(0\right)F8$

这里，在BW(0)是虚拟损耗带宽条件下画出了对所获得的1/1·r_core的函数曲线。此结果表示在图12到16中。在这些情况下，可以明白画出的曲线进一步变为表示条件如p₁＝0的线，以及当相对折射率差Δ大或当p₁大时虚拟损耗带宽BW并未完全分布在一条线上。这里，为了调节它，依赖于Δ和p₁的各常数项加到F8的左边。这里，公式F9表示如下。 ${\mathrm{BW}}_{\left(p_1\right)}\·(1-p_1\·P_{\mathrm{inside}}/P_{\mathrm{outside}})-p_1\·(b_1\·\mathrm{\Δ}+b_2)=\mathrm{BW}\left(0\right)---F9$

在此情况下，发现了在b₁＝60.8和b₂＝-19.8的条件下如图17所示虚拟损耗带宽分布在一条线上。

相应地，发现了由F9表示的损耗发生带宽能够近似地用公式F10来代替如下。

   BW＝｛a₁·(1/l·r_core)²+a₂·(1/l·r_core)+p₁·(b₁·Δ+b₂)}/(1-p₁·P_inside/P_outside)  F10

在公式F10中，条件是a₁＝24.35，a₂＝9.650，和b₂＝-10.8。下面，分析感光度包覆层对倾斜光纤光栅的各种特性的依赖关系并解释它的结果。

对光纤的各参数来说，核心1相对于作为感光度包覆层的内包覆层2a的相对折射率差Δ设定为Δ＝0.4％或0.5％。核心较低感光度部分如内核心1a的半径比l设定为l＝80％或70％。归一化频率V设定为V＝1.7，1.9，和2.1。对各种情况，通过改变感光度包覆层如内包覆层2a的外半径进行了模拟。各模拟的结果以如损耗发生带宽和损耗面积的形式示于图18A到21B。

在作为较低感光度核心的内核心1a的感光度为0(零)的条件下进行了计算。水平轴表示作为较高感光度包覆层的内包覆层2a的外直径，它们被各条件下的MFD归一化了。并且，各个特性值如归一化带宽和归一化损耗，都相对于其中作为感光度包覆层的内包覆层2a的直径是核心1直径的3倍，即m＝3的情况，进行归一。

根据图18A到21B，可以明白确定各种特性值对感光度包覆层的依赖关系而不考虑诸如Δ，l，和V因子，但与MFD相应。那就是说，可以明白光学特性如作为感光度包覆层的内包覆层2a的损耗发生带宽，在内包覆层2a的直径相当于MFD或更小的条件下迅速变坏。并且，可以明白光学特性如作为感光度包覆层的内包覆层2a的损耗面积，在内包覆层2a的直径相当于MFD的两倍或更小的条件下迅速变坏。并且，可以明白，当内包覆层2a的外直径大于这些值时内包覆层2a的各光学特性不变。根据以上得到的结果，作为感光度包覆层的内包覆层2a的直径最好是MFD的两倍。

下面，分析了倾斜光纤光栅的各特性对外核心1b的感光度依赖关系。其结果解释如下。

相似于图18A到21B所示的结果，选择了几个条件作为光纤的参数。进行了模拟，在模拟中改变了外核心1b的感光度p₂以便获得两种特性如损耗发生带宽和损耗面积。该结果示于图22A到24B。

这里，作为较低感光度核心的内核心1a的感光度是0(零)的条件下，进行了计算。并且，各个特性值如归一化带宽和归一化损耗都相对于如外核心的感光度p₂＝1进行归一。在图22A到24B中，外核心1b的感光度p₂是用水平轴表示的。这里，可以明白当损耗发生带宽窄时如果p₂低那是有益的。并且，当损耗面积大时如果p₂高那是有益的。考虑一种目标如增大损耗面积，最好是满足条件如p₂＞0.8。

在损耗发生带宽的容差范围内能够增大最大值p₂。然而，感光度是根据所添加的物质和它的数量而变化的。根本上，感光度是由添加的锗的数量来决定的，并且存在添加锗的限度。然而，减少给包覆层2添加的锗量以增加感光度差意味着从基本结构观点来看损耗减少；这样，那是所不希望的。因此，实际可信的核心1的更可取的感光度是2或更小。对引导线来说在p₂≠1的条件下为设计一种光纤，根据公式F11来考虑带宽的如下增加是必须的。ΔBW＝0.2(p₂-1)·BW  F11

到此为止，通过集中对光纤的各因子如损耗发生带宽和损耗面积进行了分析。下面，解释由损耗谱形决定的光纤的一种限制因子。在光纤的参数如相对折射率差Δ＝0.4％或0.5％，作为低感光度核心的内核心1a的直径比l：l＝80％或90％，作为低感光度核心的内核心1a的感光度p₁：p₁＝0(零)，以及外核心1b的感光度p₂：p₂＝1条件下，通过改变归一化频率(截止波长)进行了模拟。在模拟中获得的损耗谱示于图25A到26B。

根据图25A到26B，尽管在此损耗带宽和此损耗中存在差别，但可以明白损耗谱的形状是只由归一化频率决定的。那就是，可以明白归一化频率越短，损耗谱的形状在作为中心的损耗峰处变得越对称。然而，当归一化频率变得更长，损耗峰就移近更长的波长区。并且，可以明白损耗谱的形状变得更不对称了。那就意味着其中耦合最大的包覆模移到较低的模。

本发明的一种特定的目的是平衡EDFA的增益轮廓。在本发明中，通过在光纤的纵向上改变折射率变化的幅度来形成传输特性，像后面所解释的那样以便获得同损耗谱的形状相一致的需要的形状。因此，如果损耗谱的形状是不规则的，那是难于使之与希望的形状等同。

并且，较低包覆模如LP11和LP13接近于引导的模式；因此它容易同引导的模式共振。因此，如果同这些模的耦合大，那么存在的一个问题在于称做幻想模式峰的大波纹容易发生。例如，可以明白作为常规情况的一种实例，如图52所示在损耗发生面积中这些波纹存在于较长波长区。因此，根据上述的两个原因，归一化频率是1.9或更短，即理论截止频率是1.22μm或更短为最好。

以上解释了由倾斜光纤光栅的特性决定的光纤的结构。这里，光纤光栅不仅是一种光学滤波器而且也是一种光的传输线。因此，考虑传输特性是必须的。当光纤光栅用于光学组件时，光学组件的长度短；因此，抑制损耗不是问题。从构成它的观点来看，该纤维的弯曲损耗小到某种程度最好。更特别地，当抽头以40mm直径绕制构成时只要弯曲损耗是0.1dB/m或更小就没有问题。使用公式(3.4)到(3.6)能够计算这样的弯曲损耗，这些公式公开于“Single-mode fiberoptics(单模纤维光学)/L.B.Jeunhomme，Marcel Dekker，Inc.”的第105页上像下面的公式F12到F14那样。

      α_c＝A_cR^-1/2exp(-UR)[dB/m]  F12 $A_c\≅30{\left(\mathrm{\Δn}\right)}^{1/4}{\mathrm{\λ}}^{-1/2}{\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{\mathrm{\λ}}\right)}^{3/2}---F13$ $U\≅0.705\frac{{\left(\mathrm{\Δn}\right)}^{3/2}}{\mathrm{\λ}}{(2.748-0.996\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_c})}^3---F14$

这里，R表示弯曲半径。Δn表示核心和包覆层之间的折射率差。根据F12，在R＝20mm的条件下用α_c0.1来表示的弯曲损耗能够近似地用下面的公式F15来表示。

       λ_c＞2.48-4.53Δ+3.43Δ²  F15

因此，为了减少弯曲损耗最好制造一种光纤使公式F15得到满足。

关于要考虑的光纤的另一种参数，名为为连接损耗。当一种光纤装在光学放大器模块中时，使用融合拼接方法来进行连接。一般来说，连接损耗是由模场失配引起的；因此，当待连接的光纤同MFD匹配时，减少连接损耗是可能的。然而，如果MFD减少太多，该损耗发生面积将被展宽。因此，最可取的是只要连接损耗能够接受就增加MFD。当同色散偏移纤维(DSF)进行连接时，MFD应最好是8.0到9.0μm(在此情况下相对折射率差Δ应是0.50到0.55％)。并且，当同1.3μm传输的单模式光纤进行连接时，MFD应最好是8.0到10.0μm(在此情况下相对折射率差Δ应是0.40到0.55％)。

因此，通过配置使用光纤的多个串联倾斜光纤光栅，在光纤中MFD是8.0到10.0μm并且相对折射率差Δ是0.40到0.55％，和通过将1.3μm传输的单模式光纤连接在倾斜光纤光栅的两端，来制造带阻光学滤波器是可能的。

并且，通过配置使用光纤的多个串联倾斜光纤光栅，在光纤中MFD是8.0到9.0μm并且相对折射率差Δ是0.50到0.55％，和通过将色散偏移光纤连接在倾斜光纤光栅的两端，来制造带阻光学滤波器是可能的。

本发明不同于常规的情况在于光纤的折射率的分布不随需要的特性如损耗发生带宽和损耗面积而改变。而代之以，在本发明中，改变作为较低感光度核心的内核心1a的直径；因此，改变损耗发生带宽和损耗面积而不改变MFD是可能的。因此，从连接损耗观点来看，通过多级地连接使用光纤的倾斜光纤光栅来构成光学滤波器是更可取的。下面，使用上述光纤的增益平衡滤波器(下文叫做GEQF)解释如下。

使用上述光纤来制造的倾斜光纤光栅有示于图49的结构。在此情况下，构成的较高折射率部分3以使倾斜角在反射抑制角周围的±0.3度之内，它适合于该光栅的结构。

在图27中，展示出EDF的典型的增益谱。在GEQF中，图27中展示出的相反的特性，即增益被视为损耗，必定实现。这里，简单地解释用于平衡相对于需要谱的SFBG的特性的方法。这里，该光栅的周期是以啾声光栅的形式，其中在纵向上该周期逐渐改变。那就是，在此光栅中每一点的波长对应于光栅的周期，以及如上述的模拟中所示，每一点的损耗特性构成适当的由光纤结构决定的波长处有一中心的损耗特性(基本谱)。图28中展示出一种实例。

而且，如在图28中的虚线所示，每一点的光栅幅度是受控的。此幅度的轮廓叫做曝光轮廓。在此时，整个光栅的特性变成基本谱和曝光轮廓的褶合，如图28中的粗线所示。因此，在增益平衡滤波器的实际设计中，确定曝光轮廓以使该褶合的结果成为需要的谱是必须的。使用计算设备如计算机来实施这样的计算。

由图27可能明白，EDF的增益带宽一般能分成两类。那就是，它们是在大约1530nm有一个峰的1520到1540nm频带(下文叫做“短波长频带”)和在大约1555nm有一个峰的1540到1570nm频带(下文叫做“长波长频带”)。关于每一频带的特性，短波长频带的形状像一对称的单峰并且其带宽窄。长波长频带的形状不像短波长频带陡峭，但其形状却较为复杂。在此长波长频带，传输损耗的必须面积比短波长频带的要大。

因此，关于EDF，在此短波长频带损耗发生带宽窄是必须的。在此长波长频带，尽管损耗发生带宽可能要比此短波长频带的大，但损耗面积大是必须的。基于上述原因，通过分别制造此短波长频带和此长波长频带和然后将它们连接起来借以形成这样的特性，比之用单个光纤光栅借以形成全部特性，能够获得更为优越的特性。

为了用上述方法来构成增益平衡滤波器，通过改变高斯函数的基本谱的带宽利用模拟获得了基本谱的带宽、损耗发生带宽、和根据所需值(下文叫做增益偏差)损耗差之间的关系，以形成图27所示的损耗谱。该模拟的结果示于图29。这里，为了便于进行卷积，0.5dB的漂移损耗包含于需要的损耗中。并且，此长波长频带和此短波长频带的边界波长是1538nm。

根据图29，损耗带宽和增益偏差的关系能够近似地表示为线性关系。根据这里所示的结果，为了实现0.2dB或更低的增益偏差，可以明白该基本谱的带宽必须是：在此长波长频带是14nm或更短以及在此短波长频带是7nm或更短。这些值随各因子如需要的谱形、需要的偏差、和能够接受的过量的损耗而变化。对于近似引导线，该基本谱的带宽最好是：在此长波长频带是15nm或更短以及在此短波长频带是9nm或更短。

并且，根据该模拟在此长波长频带的损耗面积是1.2或更大(饱和的损耗面积是5dB nm或更大)。在此短波长频带的该损耗带宽短到如长波长频带损耗带宽的2/3。这里，必要的损耗面积是0.8。然而，因为此特性是陡峭的，于是，曝光轮廓也是陡峭的。因此，损耗面积最好是0.9或更大(饱和的损耗面积是4dB nm或更大)。因此，根据近似公式F2，损耗面积能够通过下面的公式F16和F17来获得。

长波长限制：1·λ_c≤0.85  F16

短波长限制：1·λ_c≤0.98  F17

在这些限制下，来设计光纤的光学特性的范围。这里，在核心1中，在如相对折射率差Δ＝0.55％，0.50％，0.45％和0.40％的条件下来分析四种情况。这里，规定p₂＝1和M＝3。第一，在Δ＝0.55％的条件下，截止波长由于弯曲损耗的限制必定是1.02μm或更长以及由于基本谱形状的限制必定是1.22μm或更短。这里，截止波长是在λ_c＝1.10μm(V＝1.7)和λ_c＝1.22μm(V＝1.9)的条件下获得的。

第二，在Δ＝0.50％的条件下，截止波长由于弯曲损耗的限制必定是1.07μm或更长以及由于基本谱形状的限制必定是1.22μm或更短。这里，截止波长是在λ_c＝1.10μm和λ_c＝1.22μm的条件下获得的。

第三，在Δ＝0.45％的条件下，截止波长由于弯曲损耗的限制必定是1.14μm或更长以及由于基本谱形状的限制必定是1.22μm或更短。这里，截止波长是在λ_c＝1.16μm(V＝1.8)和λ_c＝1.22μm的条件下获得的。

最后，在Δ＝0.40％的条件下，截止波长由于弯曲损耗和基本谱形状的限制必定差不多是1.22μm。这里，截止波长是在1.22μm的条件下获得的。

在图30A到36B中，展示出在各种折射率轮廓的条件下，用于长波长范围和短波长范围的内核心1a的比率l的范围和内核心1a的感光度p₁的范围。在附图中箭头所示的的线条之内的面积表示一种范围，它满足于用于增益平衡倾斜光纤光栅的光纤的损耗面积和损耗带宽的限制。

其次，光纤的结构和内包覆层1a相对于外包覆层2b的相对折射率差之间的关系解释如下。当内包覆层1a的折射率大于外包覆层2b的折射率时，一种约束在内包覆层1a的以待发射的模就发生。由于该模和引导的模式的干涉，传输特性变坏。因此最好是内包覆层1a的折射率低于外包覆层2b的折射率。

相反，如在“Coupling characteristics of photo-inducedBragg grations in depressed-and-matched claddingding(在抑制和耦合的包覆光纤中光致布喇格光栅的耦合特性)(S.J.Hewlett等，0pt Quantum Electron，Vol.28，pp1641-1654，1996)”所公开的，当内包覆层1a的折射率比外包覆层2b的折射率小得多时，就发生耦合模；于是就出现不必要的峰。因此，相应于同外包覆层2b的折射率差，内包覆层1a的折射率最好确定为使公式F18被满足。

      -0.1％＜Δ_inclad＜0％  F18

其次，解释根据本发明的光纤的制造方法的实例。

用下面的方法制造了有上述特性的光纤。在图37A到37C中，展示出三种实际制造出的光纤。在图37A到37C中，参照编号1a表示内核心以及参照编号1b表示外核心。并且，参照编号2a表示内包覆层以及参照编号2b表示外包覆层。

在石英光纤中，已知感光度是正比于被添加的高折射率物质如锗的量。因此，这里，所希望的折射率和所希望的感光度轮廓，是通过根据感光度的分布控制添加的锗量和通过使用其他掺杂质控制折射率的分布来实现的。关于非感光度的高折射率的掺杂质，铝或磷是已知的。磷降低抗氢特性；因此不可能添加大量的磷因为它降低抗氢特性。并且，关于低折射率的组成部分，氟和硼是已知的。

在光纤的结构A和B中，为了使内核心1a成为低感光度核心，使用了铝作为主要掺杂质。并且，因为为了使内包覆层2a成为高感光度包覆层而添加锗，氟添加到光纤的结构A中，并且硼添加到光纤的结构B中。

在光纤的结构C中，内核心1a的感光度是低的。并且，比之光纤的结构A的情况将更大量的氟添加到内包覆层2a和外包覆层2b中以便使之折射率低。来自KrF准分子激光器光源的波长248nm的恒定量的光从侧面辐照到各个光纤上。在辐照之前和辐照之后用折射近场图形(下文叫做RNFP)方法测量折射率轮廓以便获得折射率的增量。

在表2中，在光纤的结构A中内包覆层1a的折射率的增量设定在1(壹)的条件下，展示出各个光纤的折射率变化量的相对值。

                                  表2

纤维结构调整	类型A		类型B		类型C
							测量的部分	外核心	内包覆层	外核心	内包覆层	外核心	内包覆层
折射率的增量	1.5	1	1.5	1.5	1	0.6

这里，在表2中，给各类纤维结构添加同样量的锗。在表2中，随着测量部分的不同感光度是不同的。可以相信这是因为感光度的减少正比于添加的氟量。在类型A和类型C的情况下，外核心1b的感光度要比内包覆层2a的高。因此，根据常规光纤和本发明的光纤之间的比较，图22A到24B所示的损耗面积是图4A到9C所示的那些的1.5倍。于是，可以明白本发明有优越的效能。

根据表2所示的结果，类型B在它们中似乎是上等的。然而从制造容易如稳定的掺杂锗的观点来看，确定类型A和类型B的哪一类更为有益是不可能的。

在类型C中，添加像类型A的1.5倍那样多的锗是必要的以便保持像类型A和类型B一样的感光度。因此，从损耗面积观点出发，类型C比类型A和类型B是不大有益的。根据本发明为增益平衡器添加锗的必须量，对类型A，是4％的重量百分比或更多。对类型B，必须添加3％的重量百分比或更多的锗。对类型C，必须添加5％的重量百分比或更多的锗。

在另一方面，从拼接连接损耗观点出发，类型C则是有益的。拼接连接损耗是由所连接的光纤之间的MFD的差来决定的。在类型A和类型B的光纤中，存在着一种倾向，即拼接连接损耗是以更坏的方式偏离理论值。相反，类型C的光纤几乎是由纯SiO₂制成的；因此，不存在如在类型A和类型B中观察到的那些现象。因此，以安全的方式进行拼接连接是可能的。

因此，所用的光纤是根据它的用途来确定的。表3中展示出制得的光纤的光学特性如MFD、截止波长、和损耗发生带宽。

                                表3

纤维编号	1号	2号	3号	4号
					用途	用于长波长	用于长波长	用于短波长	用于短波长
M.F.D[μm]	9.06	8.13	9.21	8.6
					截止波长[μm]	1.13	1.11	1.2	1.05
损耗发生带宽[nm]	11	13	7	9

并且，在图38到41中展示出损耗谱形。在图42到45中展示出曝光时间和损耗面积的关系。

示于表3的截止波长用2m方法来测量。因此相当于理论截止波长的各值比测量值稍长。在图38到45中，可以明白对在光纤(1号，2号)中的长波长，实现了15nm或更低的损耗发生面积和5dB或更长的损耗面积。并且，可以明白对在光纤(3号，4号)中的短波长，实现了9nm或更低的损耗发生面积和4dB或更大的损耗面积。

并且制造出光纤2号和4号以便有近5％的相对折射率差Δ用以同DSF相连。制造出长波长光纤1号和短波长光纤3号以便有近4.5％的相对折射率差Δ用以同SMF相连。关于各种光纤中的连接损耗，1号和3号的连接损耗差不多是0.1dB。2号和4号的连接损耗差不多是0.15dB。根据上述结果，证实了能够制造出可保持损耗面积和有窄带宽的光纤。

使用这些光纤，其中模场直径是8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ是0.40％到0.55％，通过连接多个倾斜光纤光栅以及通过将用于1.3μm传输的单模式光纤连接到倾斜光纤光栅的两端，来制造光学放大器的增益平衡光学滤波器是可能的。

并且，通过连接多个倾斜光纤光栅，其中模场直径是8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ是0.50％到0.55％，以及通过将色散偏移光纤连接到倾斜光纤光栅的两端，来制造光学放大器的增益平衡光学滤波器是可能的。

其次，来解释使用上述增益平衡光学滤波器的光学放大器模块。

在图46中，像光学放大器模块结构的实例一样，展示出含有EDF作为增益介质的一种光学放大器模块。

在图46中，参照编号11表示发射信号光的光传输线。该光传输线11连接到WDM耦合器12的输入口。一种激发光源13连接到WDM耦合器12的另外的输入口。EDF14这样的增益介质的一端连接到WDM耦合器12的输出口。

EDF14的另一端经过一种光学隔离器16连接到光学放大器的增益平衡光学滤波器15。在此实例中，光学组件采用拼接连接法相连。

在此实例的光学放大器模块10中，经过光传输线11传送的信号光同经过WDM耦合器12的由激发光源13发射的激发光结合。结合的光库送到EDF14的一端以便放大。放大的光的增益被光学放大器的增益平衡光学滤波器15所平衡。放大的光输出到光发射通道17。

这里，在图46中，激发光以正向激发的方式在像信号光方向的同样方向入射到EDF14。然而，激发的方式不局限于此情况。激发光可以以反向激发方式入射到信号光的相反方向上。另一方面，激发光以双向激发的方式，可以在信号光的同样方向上入射和在信号光的反方向上入射。

根据此实例中的光学放大器模块，根据本发明用光学放大器的增益平衡光学滤波器构成光学放大器模块，来实现一种能产生光放大的光学放大器模块是可能的，该放大的光的增益在宽的波长范围内得到平衡。

并且，根据本发明在光学放大器的增益平衡光学滤波器中，由于连接损耗小，因此，可以实现一种插入损耗小的光学放大器模块，即使它用作光学放大器模块。

而且，因为使用弯曲损耗小的光纤制造根据本发明的光学放大器的增益平衡光学滤波器，可以实现一种光学放大器模块，当用它作为光学放大器模块时，弯曲损耗小并且能够在狭窄空间内构成。

Claims (20)

1.一种光纤，包括：

一个核心(1)；和

一个配置在此核心(1)周围的包覆层(2)，其中

此核心(1)至少含有两个或更多的不同折射率的层；

最内层(1a)是较低感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射率的变化比另一层(1b)的感光度要低些；

此包覆层(2)至少含有两个或更多的不同折射率的层；

同核心接触的层(2a)是较高感光度层，通过光辐照其感光度相对于折射率的变化比另一层(2b)的感光度要高些。

2.根据权利要求1的光纤，其中包覆层(2)的较高感光度(2a)层的外直径是模场直径的两倍或更大。

3.根据权利要求1的光纤，其中核心(1)的直径和该核心的较低感光度层(1a)的直径之间的比率l和理论截止波长λ_c的乘积是0.98或更小。

4.根据权利要求1的光纤，其中核心(1)的感光度最大值除以包覆层(2)的感光度最大值所得的商是0.8或更大。

5.根据权利要求1的光纤，其中理论截止波长λ_c是1.22μm或更短。

6.根据权利要求1的光纤，其中核心(1)和最内包覆层(2a)之间的相对折射率差Δ和理论截止波长λ_c满足关系式如λ_c＞2.48-4.53Δ+3.43Δ²。

7.根据权利要求1的光纤，其中

损耗产生带宽BW是9nm或更短；和

核心(1)的直径和该核心的较低感光度层(1a)的直径之间的比率l和理论截止波长λ_c的乘积是0.98或更小。

8.根据权利要求1的光纤，其中

损耗产生带宽BW是15nm或更短；和

核心(1)的直径和该核心的较低感光度层(1a)的直径之间的比率l和理论截止波长λ_c的乘积是0.85或更小。

9.根据权利要求1的光纤，其中包含在包覆层中并拥有不同折射率的同核心(1)接触的最内包覆层(2a)和最外包覆层(2b)之间的相对折射率差Δ_inclad在-0.1％＜Δ_inclad＜0％的范围内。

10.由石英玻璃制成的根据权利要求1的光纤，其中：

给核心(1)的较低感光度层(1a)的主要掺杂质是铝；

给核心(1)的较高感光度层(1b)的主要掺杂质是锗；

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)的主要掺杂质是锗和硼；和

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)添加的锗量是3％的重量百分比或更多。

11.由石英玻璃制成的根据权利要求1的光纤，其中：

给核心(1)的较低感光度层(1a)的主要掺杂质是铝；

给核心(1)的较高感光度层(1b)的主要掺杂质是锗；

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)的主要掺杂质是锗和氟；和

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)添加的锗量是4％的重量百分比或更多。

12.由石英玻璃制成的根据权利要求1的光纤，其中：

给核心(1)的较低感光度层(1a)添加的锗量是1％的重量百分比或更少；

给核心(1)的较高感光度层(1b)添加的主要掺杂质是锗和氟；

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)添加的主要掺杂质是锗和氟；

给包覆层(2)的较高感光度层(2a)添加的锗量是5％的重量百分比；和

给包覆层(2)的较低感光度层(2b)添加的主要掺杂质是氟。

13.一种倾斜光纤光栅，其中：

使用根据权利要求1的光纤；和

按照反射抑制角的倾斜角是在±0.3°的范围内。

14.根据权利要求13的一种倾斜光纤光栅，其中任意损耗谱能够通过沿此光纤纵向改变光栅周期和折射率变化的幅度来获得。

15.一种带阻光学滤波器，包括：

一种根据权利要求13的倾斜光纤光栅；和

一种单模式光纤，其中

该倾斜光纤光栅包含根据权利要求1的模场直径为8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ为0.40％到0.55％的光纤；

一个或多个倾斜光纤光栅串联连接；和

所述用于1.3μm传输的单模式光纤被连接到该倾斜光纤光栅的两端。

16.一种带阻光学滤波器，包括：

一种根据权利要求13的倾斜光纤光栅；和

一种单模式光纤，其中

该倾斜光纤光栅包含根据权利要求1的8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ为0.50％到0.55％的光纤；

一个或多个倾斜光纤光栅串联连接；和

色散偏移光学滤波器被连接到该倾斜光纤光栅的两端。

17.一种光学放大器的增益平衡光学滤波器，它有多个根据权利要求13的串联连接的倾斜光纤光栅，包括：

一种根据权利要求7的倾斜光纤光栅用于平衡1530nm频带附近的增益峰；和

一种根据权利要求8的倾斜光纤光栅用于平衡1555nm频带附近的增益峰。

18.一种根据权利要求17的增益平衡光学滤波器，包括：

一种根据权利要求13的倾斜光纤光栅；和

一种单模式光纤，其中

该倾斜光纤光栅包含根据权利要求1的8.0μm到10.0μm和相对折射率差Δ为0.40％到0.55％的光纤；

多个倾斜光纤光栅串联连接；和

所述用于1.3μm传输的单模式光纤被连接到该倾斜光纤光栅的两端。

19.一种根据权利要求17的增益平衡光学滤波器，包括：

一种根据权利要求13的倾斜光纤光栅；和

一种单模式光纤，其中

该倾斜光纤光栅包含根据权利要求1的8.0μm到9.0μm和相对折射率差Δ为0.50％到0.55％的光纤；

多个倾斜光纤光栅串联连接；和

色散偏移光纤连接到该倾斜光纤光栅的两端。

20.一种光学放大器模块，该光学放大器模块包含根据权利要求17的增益平衡光学滤波器。

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