[发明专利]使用复合光纤的马赫－策恩德干涉型器件

说明书

本发明涉及马赫-策恩德干涉型器件，以及制造该器件的方法。

光纤通信系统就不同目的需要各种波长选择器。例如，在波分复用传输方式中，单根光纤可以传送波长略有差异的若干光束。每束光运载一独立的信息流。波长选择滤波器被运用在光纤分支的地方，在分支处，将具有某特定波长的一束光导入光纤的一个分支，而将其余光束导入另一分支。可将远程通信不同用户所拥有的几个接收机与一根光纤相连。每个接收机装有一个滤波器，该滤波器用于仅将一非常窄的波带导入该器件，并排斥所有其它的波带。供特殊用户使用的信号以与该用户相关的波长发送。

这些以及其它波长选择器必须满足在实际通信系统中使用的要求。选择器应能分离相互间仅相差几个纳米的波长。波长选择器对于环境应该是稳定的、可靠的和耐用的。在某些应用中，波长选择器应该“可调”或可调节，以便改变它所选择的波长。另外，波长选择器工作的光功率损耗应该相当低，即选择器不能大量消耗提供给它的光功率。

在光通信系统中，马赫-策恩德干涉仪已被用作波长选择器。如图1所示，马赫-策恩德干涉仪包括一对光纤F1和F2。在第一耦合器C₁和第二耦合器C₂处，两根光纤相互耦合，以在两者间进行光传输。耦合器用于将光从一根光纤传送到另一根光纤。如以下将进一步阐明的，耦合器可以是所谓的“渐逝”耦合器，在渐逝耦合器中，光纤的窄长部分在基体(matrix)或外被覆层内相互并置得很近。耦合器可以是3分贝耦合器，这种耦合器可将一根光纤上提供的大约一半光功率传送至另一根光纤。光纤F1和F2在耦合器间具有光程长度不同的相移区。因此，光纤F1中相移区的光程长度与光纤F2中相移区的光程长度不同。如在本发明中所使用的，“光程长度”是对某一给定波长和某一给定传输模式下的光穿过光纤一端到达另一端所需时间的量度。光程长度的差异已经可以用下述方法获得，即，使一根光纤的相移区实际比另一根的长，或者使两根光纤F1和F2具有不同的传播常数，以致于使两根光纤内的光速不同。后一种结构可以通过使用折射率分布不同的光纤来实现。当光纤是“阶跃-折射率”光纤(包含折射率相当大的纤心和覆盖住纤心的折射率相当小的被覆层)时，两根光纤的纤心可以具有不同折射率、不同的纤心直径、不同的被覆层折射率，或者这些不同量的组合。无论使用哪种特殊的机理来产生不同的光程长度，图1中所示的单级马赫-策恩德滤波器都将根据光的波长把通过输入端1提供的光引导至输出端3或输出端4。较复杂的马赫-策恩德器件采用多级形式，具有多个相移区并有多个串联耦合器，用以获得某些所需的波长选择特性。如美国专利第5,351,325号中所述，还有一些马赫-策恩德器件，它们在耦合器之间不止并联两根光纤，该发明内容引用包括在此。各种不同的光纤具有不同的光程长度。最好能够对光程差进行选择，以便提供相互间为有理数或整数倍数的光程差。

对于用来提供所需波长选择特性的马赫-策恩德器件，光程差应与设计器件中所规定的相同，并且除了特意改变外应保持稳定。诸如各根光纤的移动或振动等环境作用以及光纤的不均匀加热或冷却，都会严重劣化马赫-策恩德各元件的性能。美国专利第5,295,205号(’205号专利)揭示了一种改进的马赫-策恩德器件，该器件包含一个由一种基质玻璃制成的细长体，如一空心的管子，此发明也通过引用包括在此。诸光纤穿过管孔延伸。每个耦合器可以这样来形成，即先将管子的一部分塌缩到光纤上(加热)，然后将塌缩的管子部分以及内含的光纤部分拉长，从而在周围包裹着基质玻璃的光纤中提供窄长的段区。采用这种普通的方式，可制成各种马赫-策恩德元件，包括那些具有不止两根光纤的马赫-策恩德元件和具有不止两个耦合器的级联器件。根据第’205号专利中较佳实施例，所制成的器件被牢靠地封装在基质玻璃管内，并由此基本上不受温度梯度和不希望有的无意产生的弯曲的影响。因此，根据第’205号专利制成的较佳器件可用作实际远程通信系统中的元件。