[发明专利]多包层光纤，写入其内的长周期光纤光栅和写入方法

说明书

本发明涉及一种多包层光纤，一种多包层光纤中的长周期光纤光栅和它的写入方法，特别涉及多包层光纤尤其是双包层光纤，在光纤中写入的应力释放的长周期光纤光栅和它的写入方法。

长周期光纤光栅(LPFGs)由于它们的许多用途，例如掺铒光纤放大器中的增益滤光器，最近引起了人们的注意。因为利用由于锗(Ge)相关玻璃光敏性的缺陷导致的紫外线(UV)导入折射率的变化，周期性的结构能够很容易地得到，所以大多数长周期光纤光栅刻在锗硅酸盐光纤上。这种技术需要LPFGs的光纤包含光敏部位，因此它不能应用到内部没有光敏中心的光纤上，像纯硅芯光纤光栅。

图1说明了一种制造普通光纤光栅的方法，图中详细地说明了分别在制造光纤光栅阶段、拉制光纤光栅和对光纤光栅进行退火阶段的残余应力和折射率的关系。

一般地，如果在硅芯中掺入氟，芯的折射率会减小，这将导致如图所示的折射率外形。也就是说在制造阶段存在应力是必然的，这是因为在芯和外包层之间的热膨胀系数不同。如果通过拉制形成光纤光栅，则在芯上会产生应力，并且折射率会减小。换句话说，高的拉力会导致在高粘性芯区的张力的增大，这是因为光电效应的缘故。通过对光纤光栅退火，残余应力可以很容易地得到释放并且折射率也恢复到制造阶段的水平。

在通过对具有上述结构的光纤进行热处理来制造长周期光纤光栅过程中，为了控制长周期光纤光栅的特性，适当地调整光纤中的氟含量或光纤的张力。然而，通过调整光纤中的氟含量或光纤的张力不容易得到最佳的光纤光栅。

图2说明了一种在传统的光纤上写长周期光纤光栅的方法。在图2中，为了把光导入通过芯，芯的折射率必须大于芯外包层的折射率。图2所示的长周期光纤光栅被写入以便由掺N₂的芯和SiO₂包层组成的光纤通过弧光放电或CO₂激光器辐射热处理。然而，根据这种制造方法，因为在比较长的时期后N₂会从芯中逸出，所以N₂的可靠性降低了。

图3说明了在另一种传统光纤上写长周期光纤光栅的方法。在图3中，和图2一样芯的折射率必须大于包裹于芯的包层的折射率。如图3所示的写长周期光纤光栅，因此H₂注入到由SiO₂和GeO₂做成的芯和SiO₂包层组成的光纤中，然后用紫外(UV)激光器照射。然而，根据这种制造方法，长周期光纤光栅的寿命不是很长且它的可靠性也没有保证。

为了解决上述问题，本发明提供一种具有多包层并且能够通过改变芯和包层的辐射指数得到所期待的热和机械应力形貌的多包层光纤，提供一种写在多包层光纤上的应力释放的长周期光纤光栅，提供一种在多包层光纤上写长周期光纤光栅的方法。

因此，为了达到上述目的，必须具备一个用作导入光的包含由掺锗二氧化硅(GeO₂-SiO₂)做成芯的多包层光纤，一个由掺氟二氧化硅(F-SiO₂)做成的内包层，该包裹于芯的内包层的折射率小于芯的折射率，和一个折射率小于芯折射率、大于内包层折射率的包裹内包层的外包层。

根据本发明的另一个方面，必须具备一个长周期光纤光栅，其芯和包层的光纤被周期性地退火，芯的折射率被周期性地改变，且为了导入光，这种光纤包括由掺锗二氧化硅(GeO₂-SiO₂)做成的芯，一个由F-SiO₂做成的且折射率小于芯的折射率的内包层，一个折射率大于内包层的折射率的包裹内包层的二氧化硅制成的外包层。

根据本发明，一种写长周期光纤光栅的方法包括以下步骤，(1)制造包括GeO₂-SiO₂芯的多包层光纤，为了导入光，内包层用F-SiO₂做成，且内包层的折射率小于芯的折射率并包裹芯，以及二氧化硅制成的一外包层，其折射率小于芯的折射率而大于内包层的折射率并且包裹内包层，(2)周期性地热处理通过步骤(1)制造的多包层光纤来周期性地改变多包层光纤的芯的折射率。

借助于附图通过详细描述最佳实施例，本发明上述的目的和优点将更加明晰。

图1描述了一种制造普通光纤的方法；

图2描述了一种在普通光纤上写长周期光纤光栅的方法；

图3描述了一种在另一种普通光纤上写长周期光纤光栅的方法；

图4A和4B是根据本发明的多包层光纤的横截面图和折射率形貌图；