CN107884873A - 具有非对称应力施加部分的偏振保持光纤 - Google Patents
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Abstract
实施例涉及一种光缆组件。所述光缆组件是偏振保持光纤组件。该组件包括定位在包覆层内的光芯。包覆层内还设有应力棒。应力棒能够在包覆层内居中，并且光纤偏心地定位在包覆层内。还可以设有偏心地定位在包覆层内的第二光纤。光纤能够在包覆层内居中，并且应力棒偏心地定位在包覆层内。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月29日提交的申请号为62/401,411的美国临时专利申请的优先权，因此通过全文引用将其并入本文。
技术领域
本文描述的实施例主要涉及光纤领域。更具体地，本文描述的实施例涉及保持偏振的光缆(fiber optic cables)。
背景技术
光纤已经在通信***中被用于传送信息。在普通的光纤中，由于光纤的圆对称性，两种偏振模式具有相同的标称相速。通过光纤的光能够被认为是沿着两个正交轴线行进的光的组合。光纤中(例如由光纤的弯曲导致的)微量的随机双折射能够造成从竖直偏振模式到水平偏振模式的微量串扰。该串扰能够导致从一种模式到另一种模式的功率传输，从而通过改变不同的偏振模式中的光的比例而改变波的净偏振态(net state ofpolarization)。因为耦合是无法预期的，并且是施加至光纤的随机应力或弯曲的结果，所以输出光的偏振状态可能会不同于输入的偏振。差异可能是随机的，并且可能会随着施加至光纤的应力的改变而改变。
发明内容
实施例涉及一种装置。所述装置包括定位在包覆层内的光芯。包覆层内还设有应力棒。应力棒能够在包覆层内居中，并且光纤偏心地定位在包覆层内。还可以设有偏心地定位在包覆层内的第二光纤。光纤能够在包覆层内居中，并且应力棒偏心地定位在包覆层内。
更多的特征和优点通过本文中描述的技术得以实现。其他的实施例和其他方面在本文中予以详细描述。为了更好地理解，参照说明书和附图进行说明。
附图说明
作为说明书的结论部分，在权利要求书中特别地给出并且明确地限定了能够视为实施例的主题内容。实施例的上述以及其他的特征和优点将根据以下结合附图给出的详细说明变得显而易见，在附图中：
图1是现有技术中的示范性光纤；
图2A是一个或多个实施例中的示范性光纤；
图2B是一个或多个实施例中的示范性光纤；
图3是一个或多个实施例中的示范性光纤；以及
图4是一个或多个实施例中的示范性光纤。
具体实施方式
现将参照相关附图介绍本发明的各种实施例。能够在不背离本发明的范围的前提下设想替代的实施例。在以下的说明内容和附图中可以阐述各要素之间的各种关联。这些关联可以是直接或间接的，除非另有说明，并且本说明书不应理解为在这方面加以限制。因此，实体之间的耦合可以表示直接关联或间接关联。
解决上述由应力引发的问题的一种方式是使用偏振保持光纤。偏振保持光纤通过在光纤中特意地引入***的线性双折射来进行工作。结果是存在两种清晰可辨的、沿着光纤以不同的相速传播的偏振模式(有时称作慢轴和快轴)。
在光纤中形成双折射的一种方法是在光纤中引发应力以生成应力双折射。参照图1，示出了示范性光缆100的横截面。光芯110构造成用以承载光纤信号。围绕光芯110的是包覆层120。在包覆层120内设有应力棒130。通常，包覆层120的折射率小于光芯110的折射率。应力棒130的折射率通常小于包覆层120的折射率。可以设置另外的并未示出的光缆部件。例如，围绕包覆层可以设置缓冲层，并且围绕缓冲层可以设置护套。
应力棒130的材料不同于包覆层120的材料。在构建光缆期间，应力棒130的线性膨胀系数大于包覆层120的线性膨胀系数。由此，应力棒130比包覆层120更大程度地收缩，在包覆层120和光芯110中引起拉伸应变。由于两种偏振之间的折射率的差异，拉伸应变形成双折射。该双折射使得两种偏振模式以不同的速度传播。
应力棒130能够是多种不同构造中的一种。例如，应力棒130能够是多种不同形状中的一种。两种常用的形状是蝴蝶结的形状和圆形的形状(也称作PANDA(偏振保持与吸收减少，Polarization maintaining AND Absorption reducing)配置)。
如图1所示，应力棒130通常围绕光芯110对称地安置。光缆100具有彼此正交的两个偏振轴线。如上所述，光在这两个轴线上以不同的速度行进，因此这两个轴线被称作慢轴和快轴。慢轴102是由穿过与应力棒130共线的光芯110的直线所形成的轴线。快轴104是与慢轴垂直且穿过光芯110的中心的轴线。
在将两个这样的光缆联接到一起时，可能会出现问题。在将光缆联接到一起时，光缆通常会匹配成使得应力棒彼此对准。当光缆对准成使得通过光芯100传播的光的偏振是沿着慢轴时，应力棒130与信号共线。双折射较强，这是合乎需要的，但是应力棒130可能会妨碍耦合，原因是光也可能会通过应力棒130耦合。结果可能是信号强度的损失。当光缆旋转90度以使得光信号的行进正交于应力棒时，在光芯之间没有应力棒，双折射较弱，但是偏振消光比(一种偏振与正交偏振之间的比)也较小，这是不合乎需要的。
参照图2A-2B，给出一个或多个实施例中的光缆200和250以解决上述问题。在光缆200和光缆250中都只存在单个应力棒。在图2A中，光芯210偏离中心地(偏心地)安置在包覆层220内，并且应力棒230在包覆层220内居中。在图2B中，光芯260在包覆层270内居中，同时单个应力棒280偏心地安置在包覆层270内。与图1中一样，在光缆中可以存在另外的并未示出的材料(例如缓冲层或护套)。尽管应力棒230和280被示出为具有圆形横截面(也被称为PANDA)的形状，但是应力棒230和280可以具有各种不同横截面中的任意一种横截面。
光芯210或260、包覆层220或270、或者应力棒230或280可以使用多种不同的材料。例如，光芯210或260可以由塑料构成。在一些实施例中，光芯210或260可以由玻璃构成。在一些实施例中，玻璃可以是石英玻璃。在一些实施例中，石英可以进行掺杂以改变折射率，例如掺杂有锗、磷、硼、或者氟。也可以使用其他的材料，例如氟锆酸盐、氟铝酸盐、硫系玻璃(chalcogenide glasses)、以及诸如蓝宝石这样的结晶材料。包覆层220或270以及应力棒230或280可以由类似的材料构成。在一些实施例中，包覆层220或270以及应力棒230或280可以进行掺杂以改变折射率，从而使包覆层220或270以及应力棒230或280的折射率不匹配光芯210或260的折射率。
图3是一个或多个实施例中的示例。以类似于图2A所示的方式，光缆300包含包覆层320和应力棒330。然而，光缆300包括两个光芯310和315。在图3所示的实施例中，应力棒330在包覆层320内居中。光芯310和315定位成在形成包覆层320的直径的直线上彼此共线。在一些实施例中，光芯310和315距包覆层320的中心的距离相等。
单个应力棒(例如应力棒230或应力棒330)的存在仍然在光缆中提供了充足的双折射以便保持所传播的光的偏振。然而，仅存在单个应力棒降低了因光缆之间的耦合造成的干扰，同时还确保了高的偏振消光比。
应当理解，光芯(如光芯310和315)能够相对于应力棒(如应力棒330)以其他的角度使用。图4给出了这样的实施例中的示例。
图4给出了一个或多个实施例中的示例。以类似于图3所示的方式，光缆400包含包覆层420和应力棒430。光缆400还包括两个光芯410和415。在图4所示的实施例中，应力棒430在包覆层420内居中。光芯410和415在形成包覆层420的直径的直线上定位在彼此不同的轴线上。如图4所示，光芯410相对于应力棒430定位在轴线450上。光芯415相对于应力棒430定位在轴线460上。由此，在轴线450和轴线460之间形成角度α。在图3所示的实施例中，这样的角度是180度。在图4所示的实施例中，这样的角度小于180度。在一些实施例中，光芯410和415距包覆层420的中心的距离相等，均为以距离470表示的距离。在另一些实施例中，光芯410、415的中心与应力棒430的中心之间的距离不相等。
一个或多个实施例中的示范性光缆特征元件已经表现出具有优异的特性。在示范性光缆中，包覆层的直径为125微米且应力棒的直径为30微米。从应力棒的边缘到光芯的边缘的距离为9微米。在这样的样品中，已经发现1550nm的信号的衰减是0.250至0.40分贝每千米，优选地是0.28至0.32分贝每千米，并且更优选地是0.317分贝每千米(dB/km)。1550nm的信号的串扰是-20至-35分贝每100米，优选地是-25至-30分贝每100米，并且更优选地是约-28.04分贝每100米。
光缆的拍长(beat length)被定义为在沿着光纤的快轴的光和沿着光纤的慢轴的光之间的、介于2π的相位延迟之间的长度。通常，较短的拍长是合乎需要的。在上述的样品中，1550nm的信号的拍长是10至15纳米，优选地是12至14纳米，并且更优选地是约13.7纳米。
光缆的模场直径(mode field diameter)被定义为在单模光纤的端面上的辐射照度的分布表达。换言之，模场直径是电场和磁场强度减小至最大值的1/e处所对应的取值。在上述的样品中，模场直径为10.66微米。
在一个实施例中，在制造光缆的一种方式中，包覆层可以设置在一个或多个光芯上以及设置在一个或多个应力棒上以形成光缆。包覆层可以通过挤压成形而设置在一个或多个光芯上以及设置在一个或多个应力棒上。
本文中所用术语仅仅是为了描述特定的实施例，而并不是为了加以限制。如本文中所用，单数形式“一”、“一个”和“这个”应理解为也包括复数形式，除非上下文中清楚地另有说明。进一步应该理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时明确了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除存在或附加有一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
以下权利要求中的对应结构、材料、动作、以及所有装置或步骤加上功能要素的等价形式都应理解为包括用于实现与其他权利要求中明确主张的元素相结合的功能的任意结构、材料或动作。本文给出的说明内容是用于进行阐释和描述，而并不是为了穷举或加以限制。多种修改和变型对于本领域技术人员来说显而易见且并不背离本发明的实施例的范围和实质。选择和介绍实施例是为了清楚地解释操作原理和实际应用，并且使其他的本领域技术人员能够理解本发明的实施例以便得到经过各种变型的适用于特定预期用途的不同实施例。
给出本发明各种实施例的说明是为了进行介绍而并不是为了穷举或者受限于公开的实施例。多种修改和变型对于本领域技术人员来说显而易见且并不背离所述实施例的范围和实质。本文使用的术语被选择用于更好地阐述实施例的原理、在市场中的现有技术的基础上的实际应用或技术改进、或者使其他的本领域技术人员能够理解本文公开的实施例。
Claims (15)
1.一种用于经由光信号传送信息的装置，其包括：
包覆层；
在所述包覆层内居中的光芯；以及
偏心地定位在所述包覆层内的单个应力棒。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述单个应力棒构造成用以通过向所述光芯施加应力而保持穿过所述光芯的光的偏振。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其进一步包括：
围绕所述包覆层的缓冲层；以及
围绕所述缓冲层的护套。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的装置，其中所述应力棒是偏振保持与吸收减少光纤，并且所述应力棒具有蝴蝶结的形状。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的装置，其中所述光芯包括石英玻璃。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的装置，其中：
所述光芯的折射率小于所述包覆层的折射率；并且
所述包覆层的折射率小于所述应力棒的折射率。
7.一种用于经由光信号传送信息的装置，其包括：
包覆层；
偏心地定位在所述包覆层内的第一光芯；以及
在所述包覆层内居中的单个应力棒。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述单个应力棒构造成用以通过向所述第一光芯施加应力而保持穿过所述第一光芯的光的偏振。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其进一步包括：
围绕所述包覆层的缓冲层；以及
围绕所述缓冲层的护套。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述应力棒是偏振保持与吸收减少光纤，并且所述应力棒具有蝴蝶结的形状。
11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的装置，其中所述第一光芯包括石英玻璃。
12.根据权利要求8至11中的任意一项所述的装置，其中：
所述第一光芯的折射率小于所述包覆层的折射率；并且
所述包覆层的折射率小于所述应力棒的折射率。
13.根据权利要求8至12中的任意一项所述的装置，其进一步包括：
偏心地定位在所述包覆层内的第二光芯。
14.根据权利要求8至13中的任意一项所述的装置，其中第二光芯沿着所述包覆层的直径与所述第一光芯共线地定位。
15.根据权利要求8至14中的任意一项所述的装置，其中在连接所述第一光芯和所述应力棒的直线以及连接第二光芯和所述应力棒的直线之间形成的角度小于180度。
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