CN1672072A - 光纤构件 - Google Patents
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Abstract
一种光纤构件，包括：一个光学元件(1)，具有一个大MFD(接近30到50微米)的一对PhC光纤(2a，2b)，以及具有一个小MFD(接近10微米)的一对SM光纤(3a，3b)。这对PhC光纤(2a，2b)具有用于传播光的芯体(21a，21b)以及设置在芯体(21a，21b)的外周上的包层(22a，22b)。第一PhC光纤(2a)的一个输出端光学连接于光学元件(1)的光入射端面(1a)，同时与光学元件(1)的光学轴对齐。第二PhC光纤(2b)的一个输入端光学连接于光学元件(1)的光射出端面(1b)，同时与光学元件(1)的光学轴对齐。第一SM光纤(3a)的一个输出端光学连接于第一PhC光纤(2a)的输入端，同时与第一PhC光纤的光学轴对齐。第二SM光纤(3b)的一个输入端光学连接于第二PhC光纤的输出端，同时与第二PhC光纤的光学轴对齐。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤构件，更加具体的是涉及应用在像位于光学纤维和一个光学元件之间的那样的一个光耦合部分上的一种光纤构件，所述光学纤维和光学元件构成了一个光学长途通讯系统。
背景技术
通常，光学长途通讯系统包括光学纤维和大型光学装置(比如光频隔离器和光学开关)。这些光学纤维和大型光学装置被构建，使得从一个光学纤维发射出来的光入射到大型光学装置上，并且使得从大型光学装置发射出来的光再次入射到光学纤维上。
这里，从光学纤维发射出来的光通常由一个透镜校准，并且从大型光学装置发射出来的光再次由透镜聚集，以进入光学纤维的芯体区域。
然而，如果是具有一个小芯体直径的单一模式纤维(简称为“SM纤维”)，那么对使用透镜的SM纤维和大型光学装置进行布置将产生问题。因为，这些布置是复杂和费时间的。因此这将使成本升高。
因此，已经有了一些提议：(A)所谓的“GRIN透镜系统”(如参考JP-A-2001-75026或者JP-A-11-52293那样)，其中一对GRIN透镜(梯度折射率透镜)20a、20b排列在一个大型光学装置10的两端，并且其中，一对SM光纤30a和30b排列在这些GRIN透镜20a、20b的两边，如图11所示；(B)所谓的“TEC系统”(如参考JP-A-63-33706那样)，其中，承受TEC(热膨胀芯体)处理的一对光纤(简称为“TEC光纤”)在各自的一侧端面光学地连接于大型光学装置10的两端，并且其中，SM光纤30a和30b分别光学地连接于一对TEC光纤40a、40b的另一端面，如图12所示；以及(C)所谓的“GIF系统”(如参考J.光波技术.卷LT.5，1987，9和J.光波技术.20卷，2002，5那样)，其中，一对渐变折射率光纤(简称为“GI光纤”)50a、50b连接于大型光学装置10的两端，并且其中，SM光纤30a和30b分别光学地连接于一对GI光纤50a、50b的另一端面，如图13所示。
另一方面，在GRIN透镜系统(A)中，与光学装置的光学连接是在单一模式中完成的，使得连接损耗很低，并且使得构件便宜。然而，GRIN透镜系统(A)非常复杂，使得用于排列布置的阶梯增加，因此作为一个整体增加了成本。另一方面，在TEC系统(B)中，芯体可以在单一模式中膨胀，使得在TEC光纤部中的辐射损耗能够减少，以在较低损耗的情况下扩张模场直径(简称为“MFD”)，并且与光学装置的光学连接是在单一模式传播的情况下保持低损耗。然而，TEC系统(B)使用昂贵的构件，并且因为TEC运作而花费很长时间，而且发现很难调整TEC光纤部的长度。另一方面，GIF系统(C)能够使用便宜的构件，并且可以根据GI光纤制造条件来调整MFD的尺寸和GI光纤的长度，制造条件例如折射率的差异或者芯体直径。然而，在GIF系统(C)中，很难将光学装置和使用具有单一模式传播的GIF的光纤相对齐。而且，对于准直光来讲，必须调整GI光纤的长度。为了充分校准，对GI光纤的调整就是精确和困难的。另一个问题在于，由于从GIF的四分之一节距开始差异增加，所以在SM光纤和GI光纤之间的连接损耗增加。
本发明已经设想来解决上面的具体困难，并且本发明的一个目的是提供一种光纤构件，它能够以单一模式光学地连接于光学装置，通过使用光子晶体(photonic crystal)纤维(简称为“PhC纤维”)使其具有低的连接损耗。
发明内容
为了实现这个目的，根据本发明，提供了一种光纤构件，包括：一个光学元件，在其一侧具有一个光入射端面，在其另一测具有一个光射出端面；一对PhC光纤，其各自的一侧端面与所述光学元件的所述两个端面光学连接；以及一对SM光纤，其各自的一侧端面与PhC光纤的另外的端面光学连接。这对PhC光纤的MFD比SM光纤的MFD要大。
根据本发明，还提供了一种光纤构件，包括：一个光学元件，在其一侧具有一个光入射端面，在其另一测具有一个光射出端面；一对PhC光纤，其各自的一侧端面与所述光学元件的所述两个端面光学连接；一对准直透镜，其各自的一侧面与所述一对PhC光纤的另外的端面光学连接；以及一对SM光纤，其各自的一侧端面与所述准直透镜的另外的端面光学连接。这对PhC光纤的MFD比SM光纤的MFD要大；并且所述准直透镜的MFD从SM光纤逐渐放大到PhC光纤。
而且，在本发明的光纤构件中，所述光学元件由一个光频隔离器、一个光纤、一个光学开关或者一个光学可变衰减器，或者它们的结合来制成。
根据本发明，进一步提供了一种光纤构件，包括：一个SM光纤；以及一个PhC光纤，其一个端面与所述SM光纤的一个端面光学连接，并且其MFD比SM光纤的MFD大。Phc光纤的外径可以制成与一个光学连接器的套圈实质上相等。
根据本发明，进一步提供了一种光纤构件，包括：一个SM光纤；一个准直透镜，其一个端面与所述SM光纤的一个端面光学连接，并且其MFD逐渐放大；以及一个PhC光纤，其一个端面与所述准直透镜的另外的端面光学连接，并且其MFD比SM光纤的MFD大。Phc光纤的外径可以制成与一个光学连接器的套圈实质上相等。
而且，在本发明的光纤构件中，所述准直透镜可以是一个GI光纤。
在本发明的光纤构件中，所述GI光纤的一个端面可以与所述GI光纤的端面熔合。
而且，在本发明的光纤构件中，一个连接器壳体可以与所述PhC光纤的前导端部连接。
而且，在本发明的光纤构件中，PhC光纤的MFD至少是20微米。
根据本发明，所述光纤构件可以通过使用PhC光纤从而与所述光学元件以单一模式光学连接，以减少连接损耗。而且根据PhC光纤，MFD的尺寸可以自由设计，以在单一模式下放大芯体，并且进一步根据所述光学元件的设计来容易地实现光学结合。再者，通过放大PhC光纤的MFD，光传播的衍射角度能够减小，以在PhC光纤与所述光学元件结合的时候减少连接损耗。
附图说明
图1是本发明的光纤构件的第一实施例的解释图，图1(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图1(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图2是在本发明的光纤构件中的PhC光纤的横截面。
图3是本发明的光纤构件的第二实施例的解释图，图3(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图3(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图4是本发明的光纤构件的第三实施例的解释图，图4(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图4(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图5是本发明的光纤构件的第四实施例的解释图，图5(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图5(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图6是本发明的光纤构件的第五实施例的解释图，图6(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图6(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图7是本发明的光纤构件的第六实施例的解释图，图7(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图7(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图8是本发明的光纤构件的第七实施例的解释图，图8(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图8(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图9是本发明的光纤构件的第八实施例的解释图，图9(a)是同样的光纤构件的一部分的纵向截面，图9(b)是传播通过同样的光纤构件的波形的解释图。
图10是展示了本发明的光纤构件的第九实施例的顶平面图。
图11是现有技术的光纤构件的一部分的一个纵向截面。
图12是现有技术的光纤构件的一部分的一个纵向截面。
图13是现有技术的光纤构件的一部分的一个纵向截面。
具体实施方式
应用本发明的光纤构件的优选实施例的模式将参考附图进行描述。
图1是根据本发明的第一实施例的一个光纤构件的一部分的纵截面，图2是一个PhC光纤的横截面。
在图1中，本发明的光纤构件包括：由一个光频隔离器、一个滤光器、一个光学开关或一个光学可变衰减器或者它们的结合制成的一个光学元件1；具有一个大MFD(接近30到50微米)的一对PhC光纤2a和2b；具有一个小MFD(接近10微米)的一对SM光纤3a和3b。光学元件1在其一边提供有一个光入射端面1a，在其另一边有一个光射出端面1b。这对PhC光纤2a和2b具有用于传播光的芯体21a和21b以及设置在芯体21a和21b的外周上的包层22a和22b。同样，这对SM光纤3a和3b具有芯体31a和31b以及设置在芯体31a和31b的外周上的包层32a和32b。
这里，如图2所示，PhC光纤2a或2b通过拉伸一个预制的杆而被构造出来，这个预制杆是通过将一些与包层22a或22b相应的玻璃管围绕着一个石英玻璃杆或者相应于芯体21a或21b的类似物而捆扎成纤维状从而规则形成的。PhC光纤2a或2b的芯体21a或21b形成有圆形或多边形(或六边形)。
这个PhC光纤2a或2b的特征在于，与通常使用的SM光纤相比，通过调整相应于包层22a或22b的玻璃管的孔直径或孔距离从而它能够设计更大的有效的折射率差和更大的芯体直径。PhC光纤2a或2b的进一步特征在于，按照所使用的波长，它能够在单一模式下实现大的MFD。
接下来，在图1左手侧的PhC光纤2a(将称为“第一PhC光纤2a”)的一个端面(或者输出端)光学连接于光学元件1的光入射端面1a，同时与光学元件1的光学轴对齐。在图1右手侧的PhC光纤2b(将称为“第二PhC光纤2b”)的一个端面(或者输入端)光学连接于光学元件1的光射出端面1b，同时与光学元件1的光学轴对齐。而且，在图1左手侧的SM光纤3a(将称为“第一SM光纤3a”)的一个端面(或者输出端)光学连接于第一PhC光纤2a的另一端面(或者输入端)，同时与第一PhC光纤的光学轴对齐。在图1右手侧的SM光纤3b(将称为“第二SM光纤3b”)的一个端面(或者输入端)光学连接于第二PhC光纤的另一端面(或者输出端)，同时与第二PhC光纤2b的光学轴对齐。这里，第一和第二PhC光纤2a和2b以及第一和第二SM光纤3a和3b能够通过用燃烧器或电弧放电来加热所述两个镜像工作端面从而彼此接合。而且，第一PhC光纤2a和光学元件1的输出端，以及第二PhC光纤2a和光学元件1的输入端能够通过施加光学胶或者匹配油从而彼此光学连接。
如图1(b)所示，在如此构造的光纤构件中，从第一SM光纤3a的输入端入射的光以具有一个小MFD的波形33a传播，通过第一SM光纤3a，并且从第一SM光纤3a的输出端放射。另一方面，从第一SM光纤3a放射的光入射到第一PhC光纤2a的输入端，并且在第一PhC光纤2a被放大成大的波形23a。这个大的波形23a以单一模式传播通过第一PhC光纤2a，并且入射到光学元件1的光入射端面1a。已经通过光学元件1并且从光学元件1的光射出端面放射的光入射到第二PhC光纤2b的输入端。这个光以具有一个大MFD的波形23b并且以单一模式传播通过第二PhC光纤2b，而且从第二PhC光纤2b的输出端放射。从第二PhC光纤2b放射的光入射到第二SM光纤3b的输入端。在这个第二SM光纤3b中，光减小成具有小MFD的波形33b，并且以单一模式传播通过第二SM光纤3b。
因此，根据第一实施例，光纤构件能够以单一模式在光学元件处被光学连接，藉此减少连接损耗。
图3呈现了根据本发明的第二实施例的一个光纤构件的一部分的纵向截面。从图3中，与图1和图2共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在图3中，根据第二实施例的光纤构件包括光学元件1，光学元件1在其一侧具有光入射端面1a，在其另一侧具有光射出端面1b。第一PhC光纤2a的一个端面(或者输出端)光学连接于光学元件1的光入射端面1a，同时与光学元件1的光学轴对齐。第二PhC光纤2b的一个端面(或者输入端)光学连接于光学元件1的光射出端面1b，同时与光学元件1的光学轴对齐。而且，第一GI光纤4a的一个端面(或者输出端)光学连接于第一PhC光纤2a的另一端面(或者输入端)，同时与第一PhC光纤的光学轴对齐。第二GI光纤4b的一个端面(或者输入端)光学连接于第二PhC光纤的另一端面(或者输出端)，同时与第二PhC光纤2b的光学轴对齐。而且，第一SM光纤3a的一个端面(或者输出端)光学连接于第一GI光纤4a的另一个端面(或者输入端)，同时与第一GI光纤4a的光学轴对齐。第二SM光纤3b的一个端面(或者输入端)光学连接于第二GI光纤4b的另一个端面(或者输出端)，同时与第二GI光纤4b的光学轴对齐。
这里，第一和第二PhC光纤2a和2b具有比第一和第二SM光纤3a和3b的MFD(接近10微米)更大的一个MFD(接近30到50微米)，并且第一和第二GI光纤4a和4b从第一和第二SM光纤3a和3b到对应的第一和第二PhC光纤2a和2b分别具有从接近10微米逐渐放大到接近30到50微米的一个MFD。
如图3(b)所示，在根据第二实施例的光纤构件中，从第一SM光纤3a的输入端入射的光以具有一个小MFD的波形33a传播，通过第一SM光纤3a，并且从第一SM光纤3a的输出端放射。从第一SM光纤3a放射的光入射到第一GI光纤4a的输入端，并且其波形43a在第一GI光纤4a中逐渐放大，从接近10微米到接近30到50微米，以使得其入射到第一PhC光纤2a的输入端。这个光以具有大MFD的波形23a的单一模式传播通过第一PhC光纤2a，并且入射到光学元件1的光入射端面1a。因此，光通过光学元件1，并且从光学元件1的光射出端面1b放射。从光射出端面1b放射出来的光入射到第二PhC光纤2b的输入端。这个光以具有大MFD的波形23b并且以单一模式状态传播通过第二PhC光纤2b，而且从第二PhC光纤2b的输出端放射。从第二PhC光纤2b放射的光入射到第二GI光纤4b的输入端。在这个第二GI光纤4b中，波形43b的MFD从接近30到50微米逐渐减小到接近10微米。具有减小的MFD的光入射到第二SM光纤3b的输入端，并且以小MFD的波形33b以单一模式传播通过第二SM光纤3b。
而且，根据第二实施例，光纤构件能够以单一模式连接于光学元件，藉此减小连接损耗。
图4是根据本发明的第三实施例的一个光纤构件的说明图。从图4中，与图3共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在根据第三实施例的光纤构件中，一个光频隔离器1A被用作光学元件。
在这个实施例中的光学度量已经展示出来，1550纳米的波长，第一和第二SM光纤3a和3b之间的介入损耗是0.5分贝(dB)，并且隔离是45分贝。
图5是根据本发明的第四实施例的一个光纤构件的说明图。从图5中，与图3共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在根据第四实施例的光纤构件中，一个光学可变衰减器1B被用作光学元件。
在这个实施例中的光学度量已经展示出来，1550纳米的波长，驱动电压是0到10伏，并且可变衰减是0.5到25分贝。
图6是根据本发明的第五实施例的一个光纤构件的说明图。从图6中，与图3共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在根据第五实施例的光纤构件中，一个光学开关1C被用作光学元件。
在这个实施例中的光学度量已经展示出来，1550纳米的波长，驱动电压是0到10伏，并且可变衰减是0.5到25分贝。
图7是根据本发明的第六实施例的一个光纤构件的说明图。从图7中，与图4共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在根据第六实施例的光纤构件中，图4所示的第一和第二SM光纤3a和3b被第一和第二SM-NSP(不可剥离基础涂层)光纤3a’和3b’替代。这里，这些SM-NSP光纤3a’和3b’是通过用例如由不可剥离的聚合树脂制成的薄NSP层(例如接近5微米)涂敷具有115微米外径的包层表面从而制备的光纤芯体。在除去涂层以后，NSP层保护了包层，使得SM-NSP光纤3a’和3b’具有高的机械强度和接近125微米的NSP直径，藉此提供了与普通SM光纤相似的性能。
在这个实施例中，各自的端面被抛光了的第一和第二SM-NSP光纤3a’和3b’，第一和第二GI光纤4a和4b以及第一和第二PhC光纤2a和2b被排列成V形槽，并且其端面通过机械接合固定。这里，匹配油被施加到那些光纤的各自端面。
在这个实施例中的光学度量已经展示出来，1550纳米的波长，第一和第二SM-NSP光纤3a’和3b’之间的介入损耗是1分贝，并且隔离是42分贝。
图8是根据本发明的第七实施例的一个光纤构件的说明图。从图8中，与图1到图3共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在图8中，根据第七实施例的光纤构件包括具有大MFD(接近30到50微米)的第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)，以及具有小MFD(接近10微米)的第一SM光纤3a(或者第二SM光纤3b)。这些PhC光纤2a和SM光纤3a像前面实施例一样彼此光学地连接，同时与光学轴对齐。
这里，第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的外径D实质上与安装在像FC连接器(未示出)那样的光学连接器上的套圈(未示出)的直径(1.25毫米)相等。
在这个实施例中，第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的外径D实质上与光学连接器的套圈的直径相等，以使得它能够以连接器形状光学结合到光学元件1上。
图9是根据本发明的第八实施例的一个光纤构件的说明图。从图9中，与图1到图3以及图8共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在图9中，根据第八实施例的光纤构件包括具有大MFD(接近30到50微米)的第一和第二PhC光纤2a和2b，以及具有小MFD(接近10微米)的第一和第二SM光纤3a和3b。这些PhC光纤2a和2b以及SM光纤3a和3b像前面实施例一样彼此光学地连接，同时与光学轴对齐。
这里，第一和第二PhC光纤2a和2b的外径D像第三实施例的光纤构件一样实质上与套圈的直径相等。
在这个实施例中，第一和第二PhC光纤2a和2b的外径D实质上与光学连接器的套圈的直径相等。因此，第一PhC光纤2a和第二PhC光纤2b能够以连接器形状彼此容易地光学结合。
图10是根据本发明的第九实施例的一个光纤构件的说明图。从图10中，与图1到图3以及图8和图9共同的部分通过将它们指定为共同的参考标号而省略了详细描述。
在图10中，根据第九实施例的光纤构件包括具有大MFD(接近30到50微米)的第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)，以及具有小MFD(接近10微米)的第一SM光纤3a(或者第二SM光纤3b)。这些PhC光纤2a和SM光纤3a像前面实施例一样彼此光学地连接，同时与光学轴对齐。这里，第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的外径实质上与套圈的直径(1.25毫米)相等，就像在根据第三实施例的光纤构件中那样。
而且，连接器壳体5穿过一个衬垫(未示出)连接到第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的一个端部(或者前端部)的外周。第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的前端部布置得从连接器壳体5的端面稍微突出。
在这个实施例中，连接器壳体5的连接将第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的前端部形成一个塞形，使得第一PhC光纤2a(或者第二PhC光纤2b)的前端部能够连接于适配器(未示出)。
这里，前面的实施例已经举例描述了，其中PhC光纤的MFD设定在30到50微米，但是MFD必须至少20微米。如果少于20微米，PhC光纤就很难与SM光纤(或者GI光纤)的光学轴对齐。
而且，前面的实施例已经举例描述了，其中第一和第二PhC光纤以及第一和第二SM光纤彼此光学连接。然而，除了所描述的，第一和第二准直透镜可以光学连接在第一和第二PhC光纤以及第一和第二SM光纤之间。
而且，前面的实施例已经举例描述了，其中第一和第二PhC光纤的外径与第一和第二GI光纤的外径相等，但是前者的外径和后者的外径可以彼此不同。
工业应用性
正如前面所描述的那样，根据本发明的光纤构件，在单一模式下与光学元件的光学连接可以通过使用PhC光纤来减少连接损耗。而且，根据PhC光纤，MFD的尺寸可以自由设计，以在单一模式下放大芯体，并且进一步根据光学元件的设计来容易地实现光学结合。再者，通过放大PhC光纤的MFD，光传播的衍射角度能够减小以在PhC光纤与光学元件结合的时候减少连接损耗。
Claims (9)
1.一种光纤构件，包括：一个光学元件，在其一侧具有一个光入射端面，在其另一侧具有一个光射出端面；一对光子晶体光纤，其各自的一侧端面与所述光学元件的所述两个端面光学连接；以及一对单一模式光纤，其各自的一侧端面与所述一对光子晶体光纤的另外的端面光学连接，
其特征在于：所述一对光子晶体光纤的模场直径比所述一对单一模式光纤的模场直径要大。
2.一种光纤构件，包括：一个光学元件，在其一侧具有一个光入射端面，在其另一测具有一个光射出端面；一对光子晶体光纤，其各自的一侧端面与所述光学元件的所述两个端面光学连接；一对准直透镜，其各自的一侧面与所述一对光子晶体光纤的另外的端面光学连接；以及一对单一模式光纤，其各自的一侧端面与所述准直透镜的另外的端面光学连接，
其特征在于：所述一对光子晶体光纤的模场直径比所述一对单一模式光纤的模场直径要大，并且所述准直透镜的模场直径从所述单一模式光纤到所述光子晶体光纤逐渐放大。
3.如权利要求1或2所述的光纤构件，其特征在于，所述光学元件由一个光频隔离器、一个光纤、一个光学开关或者一个光学可变衰减器，或者它们的结合来制成。
4.一种光纤构件，包括：一个单一模式光纤；以及一个光子晶体光纤，其一个端面与所述单一模式光纤的一个端面光学连接，并且其模场直径比所述单一模式光纤的模场直径大，
其特征在于：所述光子晶体光纤的外径制成与一个光学连接器的套圈实质上相等。
5.一种光纤构件，包括：一个单一模式光纤；一个准直透镜，其一个端面与所述单一模式光纤的一个端面光学连接，并且其模场直径逐渐放大；以及一个光子晶体光纤，其一个端面与所述准直透镜的另外的端面光学连接，并且其模场直径比所述单一模式光纤的模场直径大，
其特征在于：所述光子晶体光纤的外径制成与一个光学连接器的套圈实质上相等。
6.如权利要求2或5所述的光纤构件，其特征在于，所述准直透镜是一个渐变折射率光纤。
7.如权利要求6所述的光纤构件，其特征在于，所述渐变折射率光纤的一个端面与所述渐变折射率光纤的端面熔合。
8.如权利要求4-7任意所述的光纤构件中，其特征在于，一个连接器壳体与所述光子晶体光纤的前导端部连接。
9.如权利要求1-8任意所述的光纤构件中，其特征在于，所述光子晶体光纤的模场直径是至少20微米。
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