[发明专利]光波导中的色散控制

说明书

本发明涉及为控制偏振模(polarization mode)色散(PMD)和总色散(TD)而设计的一种单模光导纤维。

在以前的第08/423,656号和第08/353,822号美国专利申请中，已经详细讨论了解决光导纤维中控制总色散和偏振模色散之问题的方案。

总色散控制使其交替地成为正值和负值，由此可以对长度乘以该长度之色散的乘积产生零的净代数和。通常可以采用这种方法对基本上按任何预选范围的光波长控制TD。特别关心的波长范围约为1490纳米至1650纳米。典型的硅土基波导在该范围内呈现低衰减。将整个波导长度上的色散乘以长度的积累加起来。通过将几何或折射率扰动引入波导纤芯可以使总色散交替地呈现正值和负值。

通过在两种偏振模之间传递能量，即混合该两种偏振模，由此可有效地限制或消除该两种偏振模之间的传播时差而控制偏振模色散。波导中的双折射轴用以沿光纤长度周期性地将相对方位改变90度。对总的光导纤维长度而言，双折射设置成实质为零的净数值。即，交替的双折射为投射至光导纤维的两种偏振模的光提供一种同一光路长度。

再者，提供交替双折射轴的一种方法包括将几何或折射率扰动(perturbation)引入波导纤芯。

在同一根光纤中可控制两种色散类型，因为：

大到足以改变双折射的扰动与改变总色散符号所需的扰动相比仍很小；并且

对控制总色散之扰动间距要求可以与偏振模混合所需的扰动的间距相一致。

因此，可以在光导纤维内基本上消除偏振模色散和总色散。此外，即使光导内的零色散波长可以在段与段之间改变，但工作波长或信号波长可以不同于零色散波长，以避免4种光子的混合。最后，对色散提供所需控制的扰动设置成使波导的衰减不受到不利的影响。

注意以下较佳实施例中的附加优点，其中，使控制总色散的扰动与混合偏振的扰动分离以限制偏振模色散。

这样，本申请所揭示的发明就成为一种色散极低的低衰减波导，它设计用于：

极高位速率的系统；

采用波长划分多路转换的系统；或者

采用长再生空间、带或不带光放大器的系统。

定义

在具有对称纵轴的光导纤维中，如果第一和第二几何扰动的各个镜面包含对称的纵轴并在交叉点形成直角，则第一几何扰动与第二几何扰动呈正交取向。

折射率轮廓是在沿光导纤维半径预选段上每个点所定义的光导纤维的折射率。例如，纤芯折射率轮廓是纤芯半径每个点上的折射率。

总色散也称色散，是波导加材料色散之和。总色散的单位为ps/nm-km。

通常为所接受的总色散符号规定为，如果波导中的光传播相位速度随着光波长的增加而减少，则色散为正。在负色散波导中，相位传播速度是随着光波长的增加而增加的。

本发明的第一方面是一种单模光导纤维，它包括具有折射率剖面的纤芯以及包围该纤芯也具有折射率剖面的包层。为了确保波导将沿着其长度引导光，至少一部分纤芯折射率剖面要大于一部分包层折射率剖面。

光在波导内传播的两种偏振模内的能量与波导纤芯内第一种图形的周期性扰动混合，这样，按波导长度平均，一种偏振模内的能量传播不快于另一种偏振模内的能量传播。换句话说，具有线性双折射的波导具有可以相互垂直的高速轴和低速轴。如果其电场矢量与高速轴平行，光波将具有较高的速度。通过在波导中周期性地交替改变高速轴和低速轴的取向，两种偏振模将经历交替改变的高速和低速。双折射的周期性性质确保两种偏振模大体上在波导长度上将经历相同的平均速度。

重叠或散布在第一种图形的周期性纤芯扰动上或中间的是第二种图形的纤芯扰动，它用以改变总色散的符号。总色散是材料与波导色散之和。通过调节波导色散使总色散为正或负，它取决于波导的几何学和折射率剖面。

这样，两种图形的扰动允许同时控制偏振模色散和总色散。而且，无需按其周期性或长度范围耦合该两种图形。

本发明的主要特征是发现两种不同类型的扰动可以施加在一根波导上，不会在两者之间产生不想要的交互作用。即，可以使属于偏振模色散控制的扰动对总色散仅有极小的影响。反之，在总色散中产生符号变化的扰动可以按这样一种方式作用于纤芯，即维持偏振模的混合，或不干涉偏振模的混合。

在本发明的一个实施例中，双折射手段是第一类纤芯直径扰动图形，它可以沿着整个光导纤维长度持续。最邻近的第一类扰动被定向为相互正交。重叠在第一种图形上的是第二种图形的纤芯扰动，它用以周期性地改变总色散的符号，由此改变零色散波长。第二种扰动图形的周期性决定了总色散符号变化的周期性。