[发明专利]具有较小偏振模色散的光纤

说明书

本发明涉及制造一种具有掺杂芯部分和一外围光学包层光纤的方法，它包括以下步骤：从二氧化硅预制棒的熔融末端拉制光纤，并沿着对其涂覆保护外套的装置移动该光纤。更为具体地讲，本发明涉及一种具有较小偏振模色散的光纤。

“偏振模色散”(PMD)一词是指，一光纤(尤其是单模光纤)所载信号的色散，其结果是光纤芯部分中发生双折射。这个双折射是由光纤内缺陷所引起的，比如其芯部分横截面稍有些不圆，横向应力不对称等等，以及对所载信号的两正交偏振模表现出其折射率的不一致。在没有偏振模色散的理想光纤情况下，该两个模有相同的速率且彼此相互独立。但是，在有偏振模色散的情况下，两个模的相对位相会不断地，且沿着光纤每过一定空间间隔就重复一种特定方式。这种间隔的平均值被称为光纤的拍长Lρ，一般有1米量级的幅值。

开头一段所述的方法可从美国专利US.5,298,047中获知，其中在光纤涂覆步骤之后，移动着的光纤要通过一系列的滑辊。通过以不规则的方式(即可变的频率)前后不断地翻转这些滑辊中的至少一个，使光纤受到一种振荡扭摆作用，该振动扭摆引起预制棒与翻转滑辊之间整个光纤长度上的前后扭曲。未涂覆热光纤的这种扭曲，在其组成材料上施加了一个振荡的轴向自旋，且这种自旋随后会在光纤冷却时被凝固在光纤中。光纤中有意加入的这种呈自旋关系变化的应力，将在所载信号的正交偏振模之间产生连续的模式耦合，从而抑制了两个模之间的明显位相滞后积累，并随之显著地减小了光纤的偏振模色散PMD。

本发明的一个目的是提供另一种能够生产具有较小偏振模色散光纤的方法。尤其本发明的一个目的是，减小偏振模色散的具体装置不必与光纤有机械接触。而且本发明另一个目的是，使所用的另一种方法更便宜，且更便于装配到现有的光纤拉制设备中去。更为具体地讲，本发明的一个目的提供一种光纤，其中显著减少的偏振模色散是借助于一种机构实现的，而不是在光纤中存在着呈自旋关系变化的机械应力。

本发明的这些目的和其他目的，是通过本发明的制造具有掺杂芯部分和一外围光学包层的光纤的方法而实现的，该方法的步骤包括，从二氧化硅预制棒的熔融端拉制光纤，并沿着对其涂覆保护外套的装置移动该光纤，其特征在于：在涂覆步骤之前，移动的光纤受到非均匀调制的光化学辐射辐照，从而使光纤芯部分的折射率，实质上沿着其整个长度产生随其纵向位置而变的不规则变化。

本文中，“二氧化硅”一词主要是指非晶体或晶体、合成或天然的SiO2之中的任意一种；本领域的普通技术人员可以理解为这样的二氧化硅通常包含较少量的特定掺杂(比如：氟或锗等等)，以改善其折射率。本文所用的“光化学辐射”一词应理解为诸如紫外(UV)辐射、X-射线、电子束等，以及较短波长的可见电磁辐射，如绿光或蓝光等这类辐射形式。在本文中，这样的辐射当其强度，波长或粒子能量密度，无论是直接来自于其辐射源还是用附加一个瞬时可调的遮挡或偏移装置，(如光闸)的办法，而发生瞬变时，即视为其被“调制”了。当相邻的两个最大值的瞬时间隔不为常数时，这样的调制被认为是非均匀的，所以沿着光纤芯的基本长度方向上的相应折射率变化也不是等间隔的。

应该理解，本发明的在光化学辐射下曝光，适宜从预制棒开始沿着所拉制光纤的整个长度(一般在100km量级)进行；或者至少沿着一组基本长度(10-100m量级)的分段部分，并可能有夹杂的未辐照光纤部分。

从更为深入的角度来看，本发明提出：当在适当能量的电化学辐射下曝光时，光纤芯部分中掺杂物的电子结构可以被改变，其方式是局部地增加其受辐射部分的掺杂芯材料折射率的方式。当这种局部折射率变化沿着光纤芯的长度以非均匀间隔分布时(根据本发明)，它们会引起芯内传播的信号其不同的偏振模之间不断发生模式耦合，随之大大地减小偏振模色散。由于本发明的辐射引起了芯部分折射率nco的局部增加，且由于nco总是大于外围光纤包层部分的ncl，所以总能保持光纤芯部分中发生全内反射的基本条件nco＞ncl。

作为具体的实例，在整个二氧化硅芯分布有二氧化锗掺杂的情况下，用光化学辐射对基态锗原子进行辐射，能导致部分地产生稳定的锗(1)和锗(2)受激态，因此所得的原子数之比值--锗∶锗(1)∶锗(2)取决于所用的光化学辐射具体类型。其结果是，锗掺杂的光纤芯部分折射率增加。在《SPIE联合会学报(Conference Proceedings)》Vol.1373(1990)中，由Russell等人撰写的题为“纤维光源与放大器”(第126-139页)的文章，对此过程有更为详细的描述。

其电子结构可以用光化学辐照改良的其它掺杂，包括如P(磷)和Al(铝)。