[发明专利]光子晶体纤维

说明书

                     发明背景

本申请要求1998年12月21日提交的美国临时专利申请60/113,087的优先权。

本发明涉及一种光纤。具体地说，通过在光纤包层中引入光子晶体类结构而在波导纤维中获得纤芯与包层折射率的反差。

文献中已记载了具有光子晶体包层的波导纤维。目前，光子晶体纤维(PCF)包括多孔包层，即包含一空穴阵列的包层，其中空穴阵列可以改变包层的有效折射率，从而改变诸如模场直径或总色散等波导纤维性能。光功率沿波导的分布(模功率分布)有效地决定了光学波导的性能。改变包层的有效折射率可以改变模功率分布，并由此改变波导纤维性能。

除了上述性能之外，截止波长也受包层结构的影响。多孔包层PCF的一个有利特点是，对包层中孔的大小及分布作特殊选择即可使光纤单模发送实质上任何波长的信号。也就是说，截止波长的波长间距较大，不受限制。这种PCF被称为“无端单模”。PCF的另一个好处是，在接近或低于非PCF波导纤维中掺杂量时，在纤芯与包层之间可以获得高反差折射率。

由于必须在预制棒中控制孔的体积和分布，所以多孔包层PCF很难制造。另外，在将预制棒拉丝成波导纤维大小的过程中，必须保持对PCF包层多孔性的控制。较高的拉丝速度可以降低产生成本，这意味着目前的PCF拉丝工艺增加了生产成本。拉丝步骤在非常高的温度下进行，并且成品光纤的直径很小，大约为125μm。因此，拉丝步骤必须在相对极端的条件下保持孔内压力与孔周围材料之粘力的精确平衡。

多孔包层PCF将很容易被OH^-污染，因为在OH^-去除步骤之后，光纤中至少有一部分光传送区具有一个相对较大的表面区域对空气敞开。OH^-去除步骤是本领域已知的，它通常包括用诸如氯气等活性气体处理受热的预制棒。图1中的曲线2示出了受OH^-污染的一个例子。在800nm至1600nm波长范围内，总衰减很高，大于约20dB/km。除了在1250nm处有一个OH^-吸收峰4之外，局部极大值6和8表征从大约1390nm至1450nm的宽OH^-最大值，此两个极大值也高得不可接收，并且除了可能在非常短的长度应用中有用之外基本上使波导无用。

但是，无端单模的性能足以吸引人们去解决PCF的制造问题。为PCF开发可靠且可再生产工艺的另一个动力是，有可能获得例如可以在色散补偿光纤中使用的、不寻常的色散特性。色散补偿光纤补偿现有通信链路中的色散，从而允许链路在不同的波长上工作。PCF的另一个好处是，可以用在纤芯和包层之间可获得的较高的有效折射率反差来提供较大的有效面积，从而缓解对发射信号完整性的非线性影响。

本文揭示并描述的波导纤维和波导纤维预制棒可以降低不令人满意的OH^-污染，并有效地克服现有技术中存在的问题。

                           定义