[发明专利]最佳双折射光纤开关

说明书

                        发明领域

本发明一般涉及光纤开关，尤其涉及具有较大有效面积和最小线性双折射的双折射光纤开关。

                        发明背景

光纤开关包括一根具有双折射的光纤和一激光泵，该光纤可使输入信号保持在两条正交的偏振路径中的一条路径上，而激光泵与光纤耦合并产生一选通信号。光纤开关以下述方式工作：在光纤中，输入信号以两种正交的偏振模式中的一种模式传播，直至选通信号以相同于输入信号传播的偏振模式输入光纤。如果选通信号具有足够的功率，那么该选通信号会在光纤中引起非线性的双折射，使输入信号切换取向并以另一种偏振模式传播。为保持偏振，需选择上述光纤开关中的光纤具有很强的双折射，即10^-4或更大，而如果光纤的双折射很强，那么光纤具有较小的有效面积，即小于40微米²。

上述光纤开关的主要问题是，光纤开关中的输入信号会经受大小为不希望有的非线性效应，使输入信号劣化。非线性效应包括光纤熔融、因赖曼效应产生高阶孤立子(higher order soliton)，以及以下将作更详细说明的交叉相位调制，其中D.D.Davis和S.C.Mettler在1995年《光纤会刊》，WP17，第186-187页发表的“对光纤熔融的实验研究”一文对光纤熔融作了讨论，该论文的内容通过引用包括在此。非线性效应会因光纤较高的双折射、光纤较小的有效面积以及选通信号所需的较高功率值而产生。特别是，会因选通信号需要较高的功率值，切换输入信号而经受大小为不希望有的非线性效应。由于光纤具有较高的双折射，所以选通信号需要较高的功率值。

如上所述，输入信号所经受的且随选通信号功率值的增长而增大的一种非线性效应是交叉相位调制。输入信号所经受的交叉相位调制的大小可以通过下式来估算：

            Δφ＝(2π/λ)^*[L^*N₂^*I]其中L是光纤的长度，N₂是纤芯的折射率，而I是选通信号的功率值或强度，单位为瓦。由该式可见，当选通信号的功率值或强度增大时，输入信号所经受的交叉相位调制的大小也增大。因此，降低选通信号的功率值将降低交叉相位调制的大小。

                        发明内容

依照本发明的光纤开关包括光纤、选通信号发生系统和耦合系统。光纤的双折射在10^-5和10^-6之间，有效面积至少为40平方微米。发生系统产生一选通信号，其第一功率值会在光纤中引起非线性双折射，使光纤中的输入信号切换偏振模式。耦合系统将输入信号和选通信号耦合到光纤中。

设计光纤开关中的光纤，使劣化光纤开关中输入信号的非线性效应最小。特别是，通过使用这样的光纤，光纤开关能够降低诸如光纤熔融、产生高阶孤立子以及交叉相位调制等非线性效应，其中所述光纤具有保持偏振且确保偏振模式耦合较低所需的最小双折射，并且与前述现有技术的光纤开关相比，该光纤具有较大的有效面积，并要求选通信号以较小的功率值切换光纤中的输入信号。

                        附图概述

图1是依照本发明的最佳双折射光纤开关的方框图；而

图2是最佳双折射光纤开关中的光纤的剖面图，该剖面图沿图1中的2-2直线截取而得。

                    本发明的详细描述

图1示出了依照本发明的光纤开关10，该开关包括双折射在10^-5和10^-6之间、有效面积至少为40平方微米的光纤12、耦合器14以及激光泵18。将光纤开关10中的光纤12设计成可使劣化光纤开关10中输入信号的非线性效应降至最低。特别地，设计光纤开关10，降低选通信号能在光纤12中引起非线性效应并切换输入信号所需的功率值。具有较低功率值的选通信号与具有最小双折射和较大有效面积的光纤12的组合可以降低对光纤开关10中输入信号的不希望有的非线性作用的大小。