CN1396466A - 极化面稳定型光纤 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种减小模式场直径的非圆量，衔接损耗较小的极化面稳定型光纤。在使用波长频带中的极化面稳定型光纤的模式场直径非圆率约为3.2。如果这样，将模式场直径非圆率较小的极化面稳定型光纤之间衔接，则可将衔接损耗抑制在最大为0.13dB的程度。

Description

极化面稳定型光纤

本发明所属的技术领域

本发明涉及光通信，光传感器等所采用的极化面稳定型光纤，特别是涉及具有良好的衔接特性的极化面稳定型光纤。

已有技术

近年，在光通信，光传感器领域，保存相互独立的2个极化状态下，传播光的极化面稳定型光纤技术被广泛应用。

在该极化面稳定型光纤中，横向和纵向的折射率不同，横向和纵向的传播常数的差值加大，两个极化光之间的模式耦合就减小。

人们正在开发作为该极化面稳定型光纤的几种类型，包括有作为低损耗，生产性优良的极化面稳定型光纤的PANDA型光纤。该PANDA型光纤指下述极化面稳定型光纤，其中应力施加部的截面为圆形，该应力施加部由添加了氧化硼(B₂O₃)的石英玻璃形成。图2表示该PANDA型光纤的纵向截面。

在图2中，标号10表示作为极化面稳定型光纤的一个实例的PANDA型光纤。标号11表示纤芯，标号12表示包层，标号13表示应力施加部。由于由添加了氧化硼的石英玻璃形成的应力施加部13的热膨胀系数为石英玻璃的热膨胀系数的数倍，故在线张拉时，其收缩，沿衔接2个应力施加部13的方向，残留张力纤芯11的应力，沿与该方向相垂直的方向，残留压缩纤芯11的应力。如果增加了这样不同的应力，则沿衔接2个应力施加部13的方向和与该方向相垂直的方向，折射率变化。

由于折射率沿这2个方向不同，故在PANDA型光纤中传播的光的速度产生差别。在于该PANDA型光纤10中传播的光中，衔接2个应力施加部13的方向的传播速度较慢，该方向称为“慢轴”，或“X轴”。与该慢轴相垂直的方向的传播速度较快，该方向称为“快轴”，或“Y轴”。

本发明要解决的课题

但是，在上述PANDA型光纤10中，因为应力施加部13的粘性小于其周围的包层12，在光纤的制造工艺中，在高温下进行抽丝时，纤芯11的截面不能成为理想的圆形，而容易处于非圆形的状态。如果纤芯11为非圆形，则在将光纤之间衔接时，衔接损耗增加。

在极化面稳定型光纤这样的单模式光纤中，光功率也在纤芯附近的包层部分扩展而传播。沿包层方向的扩展按指数函数减小，但是，就单模式光纤来说，与称为“纤芯直径”的，表示与折射率分布有关的物理边界的量相比较，作为表示光功率在光纤中以怎样的程度扩展的量的模式场直径具有更重要的意义。因此，可认为，由于模式场直径的非圆程度，极化面稳定型光纤的衔接特性受到较大影响。由此，则必须知道模式场直径的非圆量在何种程度下，能够实现具有良好的衔接特性的极化面稳定型光纤。

本发明是考虑了这样的情况而提出的，本发明的第1目的在于提供一种极化面稳定型光纤，在该极化面稳定型光纤中，减小模式场直径的非圆量，使衔接损耗较小。

用于解决课题的技术方案

为了解决以上的课题，权利要求1所述的发明涉及一种极化面稳定型光纤，其一边保存光的极化面，一边传播光，其特征在于根据使用波长频带中的模式场直径的最大值与最小值计算的模式场非圆率小于3.2％，使衔接损耗减小。

权利要求2所述的发明涉及权利要求1所述的极化面稳定型光纤，其特征在于上述极化面稳定型光纤的纤芯非圆率是20％以下。

权利要求3所述的发明涉及权利要求1所述的极化面稳定型光纤，其特征在于上述极化面稳定型光纤为PANDA型光纤。

附图的简要说明

图1为表示极化面稳定型光纤的模式场直径的测定方法的一个实例图；

图2为表示PANDA型光纤的纵向的截面图。

本发明的实施例

图1表示作为对极化面稳定型光纤的衔接损耗造成影响的量的模式场直径的测定装置的一个实例。

在图1中，标号1表示激光光源，标号2表示作为被测定光纤的极化面稳定型光纤，比如，PANDA型光纤。标号3表示由透镜组形成的光束放大装置。

从激光光源1发出的LP₀₁模式射入极化面稳定型光纤2的一端射入，然后传播，其从极化面稳定型光纤2的另一端射出，射入光束放大装置3。在该光束放大装置3中，将极化面保存型光纤2射出端处的光束放大，经放大的光束由紫外线照相机感光，将其二维的光强度分布作为像4输出。

如果极化面稳定型光纤2处于理想的轴对称的形状，作为像4输出的光强度分布处于同心圆状，像4中的半径r均为同一值，但是实际上制造的极化面稳定型光纤2不处于轴对称状态，极化面稳定型光纤2的导波部的截面处于非圆状态，由此，像4中的半径r产生不一致。采用该半径r的最大值和最小值，根据下述公式(1)，计算模式场直径2w。

数学公式1 $2w=2{[2{\∫}_0^{\∞}r\·f^2\left(r\right)\mathrm{dr}/{\∫}_0^{\∞}r{\left\{\frac{d}{\mathrm{dr}}f\left(r\right)\right\}}^2\mathrm{dr}]}^{1/2}\·\·\·\left(1\right)$

在上述公式(1)中，f(r)表示电场分布，电场的2次方f²与光功率成比例。根据公式(1)确定模式场直径的最大值和最小值，根据公式(2)，计算作为表示模式场直径的非圆形的程度的量的模式场直径非圆率。

数学公式2

在上述公式(2)中，MFD表示模式场直径，Ma表示模式场直径的最大值，Mb表示模式场直径的最小值。

表1表示纤芯非圆率超过15％，纤芯非圆程度较大的极化面稳定型光纤中的，模式场直径非圆率，纤芯非圆率，纤芯偏心量。人们认为，这样的纤芯的非圆是造成在抽丝工艺中，应力施加部的粘性小于包层的原因。

表1

取样号码	纤芯非圆率(％)	MFD非圆率(@1550nm)(％)	纤芯偏心量(μm)
				1	15.04	2.16	0.15
2	14.58	1.19	0.37
				3	17.35	1.54	0.02
4	17.51	2.32	0.20
				5	20.04	3.20	0.05
6	20.47	1.12	0.10
				7	25.52	4.50	0.24
8	25.83	5.50	0.11

在这里，纤芯非圆率定义为按照纤芯直径分割纤芯的外接圆与内接圆的直径的差值的量。另外，纤芯偏心量指纤芯的中心与包层中心之间的距离。另外，这里的模式场直径非圆率指根据射入波长为1550nm的光而测定时的模式场直径计算的值。

表2表示将表1所示的极化面稳定型光纤的取样每二根衔接时的衔接损耗。

表2

组合号码	取样号码		纤芯非圆率(％)		纤芯偏心量(μm)		衔接损耗(dB)
								1	1	1	15.04	15.04	0.15	0.15	0.01～0.03
2	1	2	15.04	14.58	0.15	0.37	0.02～0.04
								3	2	2	14.58	14.58	0.37	0.37	0.01～0.08
4	2	4	14.58	17.51	0.37	0.20	0.02～0.04
								5	2	6	14.58	20.47	0.37	0.10	0.04～0.05
6	3	3	17.35	17.35	0.02	0.02	0.01～0.02
								7	3	4	17.35	17.51	0.02	0.20	0.01～0.04
8	4	4	17.51	17.51	0.20	0.20	0.01～0.02
								9	4	6	17.51	20.47	0.20	0.10	0.11～0.13
10	5	5	20.04	20.04	0.05	0.05	0.01～0.02
								11	5	6	20.04	20.47	0.05	0.10	0.01～0.03
12	6	6	20.47	20.47	0.19	0.19	0.01～0.03
								13	1	7	15.04	25.52	0.15	0.24	0 15～0.52
14	2	7	14.58	25.52	0.37	0.24	0.11～0.62
								15	1	8	15.04	25.83	0.15	0.11	0 12～0.67
16	2	8	14.58	25.83	0.37	0.11	0.20～0.54

测定用光的波长为1550nm，以被衔接的光纤的每个衔接点，要使衔接面旋转90°再进行测定。

在表2中，衔接损耗的值具有一定幅度，其原因在于其是在使衔接面旋转的同时进行的，在模式场直径的非圆的方向保持一致的场合，损耗减小，模式场直径的非圆的方向越偏离，损耗越大。

从表2知道，在组合序号1～12的极化面稳定型光纤之间的衔接处，即使在所衔接的极化面稳定型光纤的纤芯非圆率约为20％的情况下，如果模式场直径非圆率小于3.2％，则衔接时的衔接损耗仍为最大，达到0.13dB，如果考虑到通常的光纤的衔接损耗的允许限度在0.2～0.3dB的范围内，则形成良好的衔接损耗。

在组合序号13～16的极化面稳定型光纤之间的衔接处，所衔接的极化面稳定型光纤的纤芯非圆率超过25％的情况下，模式场直径非圆率超过约4.5％，此时的衔接损耗仍为最大，大于0.5dB，超过作为上述衔接损耗的允许限度的0.2～0.3dB的范围，从使用方面来说，这是不好的。

根据上面的结果，如果使模式场直径非圆率小于约3.2％，可实现衔接损耗较小的极化面稳定型光纤。为了制造这样的极化面稳定型光纤，预先采用纤芯的非圆率较小的母材，在抽丝工序中，调整抽丝的张力，进行抽丝。

另外，根据以上的结果，最好极化面稳定型光纤的纤芯非圆率在20％以下。

在以上的描述中，对针对波长为1550nm的光，进行模式场直径的测定的场合进行了描述，但是光的波长不限于此，由于模式场直径表示所采用的波长的光功率在光纤中以怎样的程度扩展，故如果使用波长频带的模式场直径非圆率小于3.5％，则可实现本发明的目的。

此外，以上的描述是以PANDA型光纤为实例而进行描述的，但是，对于在纤芯的周围，设置应力施加部的其它种类的极化面稳定型光纤也是同样的，不限于PANDA型光纤。

在本实例中，由于使用波长频带中的极化面稳定型光纤的模式场直径非圆率小于约3.2％，故实现衔接损耗较小的极化面稳定型光纤。

本发明的效果

如上所述，按照本发明，由于使用波长频带中的极化面稳定型光纤的模式场直径非圆率小于约3.2％，则可实现衔接损耗较小的极化面稳定型光纤。

Claims (3)

1.一种极化面稳定型光纤，其一边保存光的极化面，一边传播光，其特征在于：

根据使用波长频带中的模式场直径的最大值与最小值计算的模式场非圆率小于3.2％，使衔接损耗减小。

2.根据权利要求1所述的极化面稳定型光纤，其特征在于上述极化面稳定型光纤的纤芯非圆率是20％以下。

3.根据权利要求1所述的极化面稳定型光纤，其特征在于上述极化面稳定型光纤为PANDA型光纤。