[发明专利]用于互连不同光纤的光纤设备和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及光纤设备和方法，并且特别地涉及用于互连不同光纤的光纤设备和方法。

背景技术

高功率光纤、放大器和其它设备通常由必须以低光学损失互连的许多个体光纤和组件组装而成。近来开发的高功率光纤具有非传统的模场面积，例如，大于100平方微米，以及任意的基本LP₀₁模场形状，诸如环形、模场中心有坪(plateau)等。另外，某些光纤被设计为承载更高阶横向模式诸如LP₀₂模式的信号，而且它不是传统形状。使用已有的技术不能有效地互连这种非标准模场。

发明内容

本发明解决上述问题以及其它问题，本发明的一个方面涉及用于提供具有不同的横向模场分布的发射光纤和接收光纤间的低损失耦接的系统和技术，所述不同横向模场分布中至少有一个是非高斯的。该系统包括在发射光纤和接收光纤之间互连的特别设计的耦接波导。该耦接波导包括具有非抛物线折射率轮廓的整体形成的渐进指数透镜。该渐进指数透镜接收由发射光纤发射的光学信号的耦接模场作为输入，并且将耦接模场转换为与接收光纤的相应的耦接模场匹配的横向空间分布。

根据本发明的另一个方面，可以将所述的耦接波导耦接到接收光纤的终端，以便转换以碰撞辐射形式接收的输入模场分布。可替换地，可以将该耦接波导耦接到发射光纤的终端，以便在以发射的辐射的形式提供发射光纤的输出之前，转换发射光纤输出的模场分布。

通过参考下面的详细说明和附图，可以明了本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1A和1B示出了一对图，它们比较示例的单模光纤(SMF)和大模面积(LMA)铒/镱(Er∶Yb)掺杂增益光纤的折射率轮廓和LP₀₁基本模场分布；

图2A和2B示出了一对图，它们比较SMF光纤和LMA光纤在1550nm处的基本LP₀₁模场的数值预测近场光学强度；

图3示出了由示例的SMF和LMA光纤装配的光学传输线的分解图；

图4示出了在示例的SMF和LMA光纤之间互连了具有抛物线折射率轮廓的耦接波导的光学传输线的分解图；

图5示出了在示例的SMF和LMA光纤之间互连了根据本发明设计的具有非抛物线折射率轮廓的耦接波导的光学传输线的分解图；

图6示出了耦接波导的最佳的抛物线折射率轮廓；

图7示出了根据本发明的一个方面，耦接波导的最佳的非抛物线折射率轮廓；

图8示出了一个图，示出了耦接波导的最佳的抛物线折射率轮廓、耦接波导的最佳的非抛物线折射率轮廓和非抛物线折射率的步进方式的近似；

图9示出了比较LMA光纤的LP₀₁模场分布、具有最佳抛物线折射率的耦接波导的信号输出、和具有最佳非抛物线折射率的耦接波导的信号输出的图；

图10示出了说明各种耦接模式的耦接损失的长度相关性的图；

图11示出了未按比例绘制的根据本发明的另一个方面的多模耦接波导的截面图；

图12示出了说明根据本发明的另一个方面用于设计耦接波导的方法的流程图；

图13-15是一系列说明结合了根据本发明的耦接波导的光纤传输线的可替换的配置的图。

具体实施方式

本发明的一个方面提供用于减少具有不同模场-其中至少一个为非高斯-的发射光纤和接收光纤间的耦接损失的技术。描述了一种用于设计和制造具有非抛物线指数轮廓的特别设计的多模光纤的技术，当被互连在发射和接收光纤之间时，平滑地转换发射光纤输出模场的大小和形状转换，以便大体上与接收光纤的模场分布匹配。与用于减少耦接损失的现有技术相比，所述的技术和耦接波导实现了明显改进的耦接损失的减少，所述现有技术包括，例如，将短长度的抛物线指数轮廓多模光纤用于光纤互连的技术。如此处所述，可以使用数字光纤设计工具以便基于将被互连的光纤的特性设计这种特别的非抛物线多模中间光纤。可以使用改进的化学蒸汽沉积(MCVD)或其它适合的光纤制造技术生产所述的光纤设备。

现在就传统的单模光纤(SMF)和典型的大模面积(LMA)铒/镱(Er∶Yb)掺杂增益光纤的基本LP₀₁模场的耦接损失的减少描述本发明的设计和功能。从下面的讨论中将理解，所述技术的范围延伸出本例子中使用的特定光纤和耦接模式。