[发明专利]具有GRIN光纤的波长不敏感扩展光束

说明书

公开了一种特别适合用于高能激光应用的GRIN光纤透镜连接系统。在一个方面，公开了在很宽的光谱范围(例如约200nm,300nm或者400nm)上有效的一种GRIN光纤透镜扩展光束系统，其用于耦合一个光纤(例如单模态光纤)和另一光纤。例如，GRIN光纤透镜扩展光束系统在从约400nm到约800nm,从约190nm到约390nm,或者从约1270nm到约1650nm的波长范围上是有效的。也公开了用于设计这种耦合系统的方法。在另一示例中，该GRIN光纤透镜的芯基本没有锗，并且覆层掺杂有元素，例如氟，其降低了覆层的折射率。

本申请是申请日为2013年4月8日、申请号为201380024546.4、名为“具有GRIN光纤的波长不敏感扩展光束”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及光纤之间的互相连接，更具体地涉及使用梯度折射率(GRIN)光纤透镜来进行具有高带宽并且适于高能应用的光纤连接。

背景技术

光纤具有从高速数据通信系统到使用高能激光的外科医疗装置的广泛范围的应用。经常在光纤系统中需要光连接器，以用于如下目的：拼接光缆并且使得各种激光工具附接到光缆上。持续需要提供一种高效光连接器，用于使得光传输时的能量损失最小。传统的光连接器，尤其是那些用于高能激光应用的光连接器，其或者还没有被设计成使得对于宽光谱光束的由于多色色散导致的损失最小，或者对于透镜的材料具有非常严格的要求。

本发明公开了一种用于耦合光纤的基于GRIN-透镜的连接(GRIN-lens-basedconnection)，和用于设计这种连接的方法。

发明内容

本发明提出了特别适合用于高能激光应用的GRIN光纤透镜连接系统。在一个方面，公开了在宽的光谱区上(例如约200nm,300nm or400nm的范围)有效的GRIN光纤透镜扩展光束系统，其用于耦合一个光纤(例如单模态光纤)到另一光纤。在一个示例中，GRIN光纤透镜扩展光束系统在从约400nm到约800nm的波长范围上是有效的。在另一示例中，该波长范围是从约190nm到约390nm。在再一示例中，该波长范围从约1270nm到约1650nm。

在用于设计这种耦合系统的典型方法中，根据包含例如从塞耳迈耶尔方程得出的抛物线形折射率分布的波长依赖性的关系，能使得覆层掺杂浓度最优化，使得在所需波长范围内的两种或者多种波长上在1/2-间距的GRIN光纤透镜中的差异最小化。这样得出的关系能够建立覆层掺杂浓度水平，使得芯折射率与作为波长函数的覆层折射率具有基本固定的关系。

在本发明中示出的示例中，GRIN光纤透镜的芯基本没有锗，锗对于UV波长范围内的光的传输是有害的。代替的是，GRIN光纤透镜的覆层掺杂有元素，例如氟，其降低覆层的折射率。该元素(例如氟)的掺杂水平可被选择，使得对于至少两种预定波长的半间距长度z_p相同。

在本发明的示例中提出的设计方法允许在用于制造光纤的材料的限制内最优化波长独立的GRIN光纤透镜。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的一个方面的GRIN连接系统。

图2(a)示出了在典型的传统的扩展光束连接系统中作为沿着GRIN光纤透镜的光轴的位置的函数的模场半径的说明图，图2(b)是图2(a)的图的放大部分。

图3(a)示出了在根据本发明的一个方面的扩展光束连接系统中作为沿着GRIN光纤透镜的光轴的位置的函数的模场半径的说明图，图3(b)是图3(a)的图的放大部分。

图4绘图示出了在根据本发明的一个方面的GRIN光纤透镜的覆层中用于最佳氟掺杂水平的数值结果。

图5示出了用于根据本发明的一个方面的最优化的GRIN光纤透镜的作为波长的函数的半间距长度Z_p的失配的绘图。