CN100565255C - 偏振非敏感的微弯光纤光栅及其使用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由光纤的一部分形成的引入微弯的光纤光栅，该光纤配置成：在由LP_1m模式的TE和TM成分所支持的谐振波长和LP_1m模式的奇/偶HE_2m成分所支持的谐振波长之间呈现出“分离”。由于仅TE和TM成分是偏振相关的，因此将这些模式的谐振波长分离或转移出由奇/偶HE模式支持的系统需要的波长，可以形成偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅。包括纤芯中心区域、沟槽和环形区域的光纤纤芯结构，形成为在纤芯中心折射率分布图中呈现出大的径向梯度，并且在环形区域折射率和沟槽折射率之间具有显著陡峭的跃变，以在(不想要的，偏振敏感的)TE/TM模式和HE模式之间提供想要的分离。

Description

偏振非敏感的微弯光纤光栅及其使用装置

技术领域

本发明涉及一种微弯光纤光栅，尤其涉及一种通过在一具有独特构造的光纤中有目的地分离其HE和TE/TM矢量模式以形成偏振非敏感的微弯光纤光栅(polarization insensitive microbend fiber)从而对于所关心的谐振波长来说，仅存在HE模式。

背景技术

可调谐宽带模式转换器在波分复用(WDM)光学通信系统中发挥着重要的作用。它们可被用于例如，将在“少模”光纤的一个模式中传播的光波信号动态地转换成其他的空间模式。这样的耦合有利于改变光波信号行进的路径，因为交替的路径(由光纤中的其它空间模式所限定)可以具有较佳的色散、非线性或放大特性。例如高阶模式(HOM)色散补偿器，其中全部通信频带的光从一输入的LP₀₁模式转变成例如LP₁₁模或LP₀₂模式的高阶模式。

通常，长周期光栅(LPG)是一种模式转换装置，其提供相位匹配耦合从而从光纤中的一个模式向另一个模式转移功率。已经证实，其用于在传统传输光纤的导模和包层模之间的耦合以产生波长选择损耗尤其有效。在光学通信系统中，LPG已经被广泛地用于能够提供WDM通信信号波长选择衰减的精密装置中。已经提出了LPG光谱特性的动态调谐技术，并且已经证实了动态调谐技术的多样性。特别是，通过调制影响光纤的包层模的包层材料外部或者内部的折射率，能够动态调谐使纤芯模耦合到包层模的LPG。引入微弯的光纤光栅(MIG)是动态LPG的一种，光纤的周期性“微弯”引起其折射率中的微小变化。特别是，通过改变声波的传播强度或者改变施加到光纤的压力(即，使用具有一限定周期的波纹表面挤压光纤)，可以调谐MIG的耦合强度。

正如以下详细描述的，MIG设备在应用时有很多优点。例如，当共同传播模式(co-propagating)之一是单模光纤的基模，且另一个模式为包层导模时，MIG在宽带光在单模光纤中传输时产生波长相关损耗的光谱。已经知道，波长相关损耗可用于多种装置，例如增益均衡滤波器、用于宽带光波设备的光谱整形器、放大自发辐射滤波器、用于稳定光纤激光器的工作波长的损耗滤波器。另一方面，如果共同传播模式的两种模式都导向于一光纤的纤芯区域，MIG能够用来实现如上所述的有效模式转换，其具有例如高阶模式转换、可变光衰减等的应用。

使用MIG的一个缺点在于其固有的、即使在理想的圆形光纤中引入光栅时仍然具有的偏振敏感度。图1和图2中的模式描述能够解释这种现象。上述引入微弯的光纤光栅将使用反对称LP_1m模式(例如图1(a)和(b)中的LP₁₁模式)与圆形对称偏振简并模(例如图1(a)和(b)中的LP₀₁模式)相耦合，这里的m表示反对称模式的径向阶数，。参考图2所示，LP₁₁模式显示为具有四重简并(four fold degeneracy)，该四重简并包括矢量模式TE₀₁、TM₀₁以及奇、偶HE₂₁模式。在任何具有径向折射率(radial index)变量(限定芯/包层边界的必需物)的光纤波导中，已知这四种模式呈现出些微不同的传播常数。这样，与给定光栅周期Λ的微弯光纤光栅相耦合导致呈现出对于各个不同的模式具有些微不同的谐振波长。由于基模的不同的偏振方向会导致四个模式不同的激发能级，所以得到的耦合光谱也将是偏振相关的-一种不想要的结果，因为其严重的限制了MIG在“偏振非敏感”响应为必要条件的光纤系统中的应用。

先前的尝试降低MIG的偏振敏感度的技术主要分成三种：(1)为了沿光纤的两正交横向轴引入微弯，一种情况是通过围绕光纤螺旋状缠绕细线圈以产生圆形对称微弯；(2)在极细光纤中形成MIG(导致仅耦合奇/偶HE模式)及(3)使用外部组件补偿偏振相关损耗以将偏振分集引入系统。研究第一种解决方案，发现其局限于需要使用具有昂贵和复杂的有严格角度公差的波纹式组件的精密仪器。此外，有必要确保当光从一组微弯横穿到与其正交的一组微弯时没有偏振旋转发生。而且，使用螺旋式微弯还需要用于每一设备(每一设备需要高精确性)的单独装配，并且不能提供“力度调谐”-MIG基本的优点。第二种解决方案需要极细光纤的使用，这对于“真实世界”的系统应用是不实际的，并且只能用于声光设备中，因为在极细光纤上挤压波纹块的操作提出了许多可靠性及产量等问题。第三种解决方案(偏振分集)需要使用例如法拉第旋转镜以旋转偏振状态(SOP)的装置，结合循环器和偏振分光器以形成一对正交信号。实际上，将需要一对实质上相同的MIG，各作用于一独立的正交成分。这种方法可能给系统增加了大量的损耗、成本和尺寸。

因此，现有技术中一直需要为具有偏振非敏感的、并在多种系统应用中有效的微弯光纤光栅提供与制造无关的、用于在光纤(即，声光光栅、波纹块、永蚀光栅等)中引入微弯的偏振非敏感。

发明内容

现有技术中保留的需要由本发明解决，本发明涉及微弯光纤光栅，特别是涉及通过在具有独特制造的光栅中有目的地分离HE和HE/TM矢量模式以使得对于所关心的谐振波长仅存在HE模式而形成偏振非敏感型微弯光纤光栅。

本发明是基于：对于如果光波耦合仅在限定于HE奇/偶模式发生，那么微弯光纤光栅能够被制成具有固有偏振非敏感型的这一发现。典型的，TE₀₁、TM₀₁模式与HE₂₁模式对(奇/偶HE模式呈现出相同的传播常数)的传播常数具有些微的差别。在传播常数上的差别是非常小的，并且在这种光纤中形成的均匀引入微弯的光纤光栅的相应谐振波长，是以用于入射光的不同偏振状态(SOP)的大约0.2nm至5.0nm进行变化。虽然这种差异(以下称为“波长分离”)是相当小的，但是足够引起10db或以上的偏振相关损耗。

根据本发明，通过设计光栅纤芯的折射率分布图(profile)使其呈现出巨大的径向梯度以制造光栅，提供需要的波长分离。特别是，纤芯被限定为包括纤芯中心区域、围绕纤芯中心区域的沟道以及围绕该沟道的环。纤芯各部份由其折射率(Δn)和半径r所限定，该折射率被限定为相对于二氧化硅的折射率(限定为“0”)的“折射率差”，而该半径定义为特定区域的厚度。以下用于设计方案的参数同时满足形成呈现出本发明所需的波长分离的光纤的条件：(1)该环的折射率差(Δn_r)选定为大于0.015并在沟道及该环的折射率之间具有一足够“陡峭”的跃迁(不超过1μm)；(2)纤芯中心区域折射率差(Δn_c)保持在环折射率Δn_r的大约四分之三(例如，Δn_C≈0.75*Δn_r)。

在本发明的一个实施例中，光纤也能够制造成呈现出一“回转点”(TAP)状态，如本人的2004年3月4日申请的同时未决的申请号为10/234,289专利中所论述的，已经发现TAP状态能够用于提供相当宽的工作带宽，并且因此能够产生具有非常宽的带宽的光栅谐振。

本发明的一个显著方面在于，波长分离微弯光纤光栅可以使用声光或波纹元件调谐技术(同时也用于固定波长、不可调微弯光纤光栅)来形成。

本发明实施方式的其他和更进一步的方面将结合附图在以后的论述中显而易见。

附图说明

现参考附图：

图1(a)和(b)所示为LP₀₁和LP₁₁模式的径向图(图1(a))和强度图(图1(b))；

图2包括了图2(a)的LP₁₁模式的四个模式的矢量表示图和图2(b)的一对标量表示图；

图3包括了一组三相匹配曲线的光谱图(平行偏振和垂直偏振)；

图4所示为理想形式的、本发明的偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅(MIG)的折射率分布图图；

图5(a)-(c)所示为实验测得的本发明的偏振非敏感MIG的特性图；

图6为典型的输入信号的偏振强度图，“强制”跟踪偏振的垂直和平行状态；

图7(a)和(b)包括了根据本发明形成的偏振非敏感MIG的第二实施例的相对折射率图和相位匹配曲线；

图8(a)-(d)示出了一组用于在根据本发明的光纤中形成/引入微弯的四种典型技术；

图9所示为包含根据本发明所形成的偏振非敏感MIG的级联组的系统；

图10(a)-(c)所示为使用本发明偏振非敏感MIG作为可变光学衰减器的多个实施例；

图11(a)和(b)所示为利用偏振非敏感MIG作为光学开关；

图12(a)和(b)所示为利用本发明的一组偏振非敏感MIG作为模式转换器(静态或动态模式转换器)。

具体实施方式

下面将详细论述，根据本发明设计其中形成有微弯光栅的光纤，从而TE_0m和TM_0m模式的传播常数与奇/偶HE_2m模式的传播常数充分地分离。结果与TE_0m和TM_0m模式有关的谐振波长将与HE_2m模式的谐振波长显著地不同/分离，这里，HE_2m模式的谐振波长就被定义为光学系统的传输波长。下面的论述中是假设径向模式m将作为第一阶模式，这里m＝1。然而，需要理解的是本发明的原理也可同样应用于高阶模式。

已经发现在其折射率分布图中具有极大径向梯度(例如，LP₁₁模式的能量的最主要的部分接近于折射率随径向位置快速变化的光纤的区域模式)的光纤导致了偏振非敏感性所需的理想大波长分离。因此，本发明体现了提供在径向折射率中的这一快速变化的多个不同的光纤结构。

参考如上简述，图1在图1(a)中分别显示具有设计成支持LP₀₁和LP₁₁模式的纤芯的光纤中的LP₀₁和LP₁₁模式的径向强度图。图1(b)包含了相应于同样的LP₀₁和LP₁₁模式的二维强度图。从图1中明显看出，LP₀₁模式具有一圆形对称的场分布图，而LP₁₁模式在其中心为0，且是非圆形对称的。光纤中的这种“线性偏振”(LP)模式表达法仅仅是近似正确的，因为其将电场作为标量而非矢量。例如，LP₀₁模式的水平和垂直偏振的传播常数β₀₁是相同的，因此，基模的传播特性对于在其中通过的信号的偏振状态为固有的非敏感性。然而，如上所述，已知LP₁₁模式实际上是四个截然不同的矢量模式的线性结合，即TE₀₁、TM₀₁和奇偶HE₂₁模式。图2(a)所示为这四种模式的矢量表示，以及其线性结合见图2(b)，导致了两种类型的标量LP₁₁模式。图2(a)的箭头表示电场的方向。当仅仅考虑标量波等式时，这些模式具有相同的传播常数。然而，当考虑全部的矢量波等式时，这四种模具有不同的传播常数。即，

${\mathrm{\β}}_{{\mathrm{TE}}_{01}}\≠{\mathrm{\β}}_{{\mathrm{TM}}_{01}}\≠{\mathrm{\β}}_{{\mathrm{HE}}_{21}}$ 和 ${\mathrm{\β}}_{{\mathrm{HE}}_{21}}^{\mathrm{even}}={\mathrm{\β}}_{{\mathrm{HE}}_{21}}^{\mathrm{odd}}$

这说明当TE、TM和HE模式具有不同传播常数时，偶和奇(以及由此的其旋转变化形式)HE模式是简并的。

这些不同模式的传播常数的差别较小，并且能够通过先解答产生LP₁₁模式传播常数的标量波等式，然后应用一阶微小变化理论以获得该场的一阶矢量校正值，如下所示：

β_vector＝β_scalar+δβ_pert

所述差别对于引入引入微弯型光纤光栅(MIG)的性能具有重要作用，其导致了根据本发明的作为模式分离的结果(作为模式函数的“波长分离”)的偏振敏感度的发现。尤其是，MIG将基模与非圆形对称的LP₁₁模式耦合，工作谐振波长通过下面的谐振条件与不同模式的传播常数紧密地联系在一起：

λ_res＝Λ·(n₀₁-n_1m)和

${\mathrm{\β}}_{01}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{res}}}{n}_{01};$ ${\mathrm{\β}}_{1m}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{res}}}{n}_{1m}$

这里，n₀₁和n_1m分别为LP₀₁和LP_1m模式的有效折射率，并且和传播常数有关(如上所示)，Λ是光栅周期。

由于LP_1m模群中的各矢量成分具有些微不同的传播常数，因此其谐振波长对于各模式也不同。更进一步，TE_0m和TM_0m模式被定义成是偏振敏感感的，并且是由仅用于LP₀₁模式的特定偏振输入状态的光栅激发。另一方面，简并的HE_2m对具有在光纤的横截面中指向所有方向的电场矢量，且因而由用于LP₀₁模式的偏振输入状态所激发。这一结果表明由用于耦合基模到LP_1m模式的微弯光栅产生的谐振可以呈现出三种不同的谐振(即，在三种不同波长的谐振状态)，其中的两个会强烈地偏振相关。

实际上，由于这三种模式具有几乎相同的传播常数，它们的谐振些微地合并，产生两种不同的(但高偏振敏感)谐振。图3示出了用于多种强度和偏振状态的典型光纤中激发的微弯光栅谐振光谱，该典型光纤具有设计为以包层导模LP₁₃耦合基模的600um光栅周期。由于如上所述原因，TE₀₃、HE₂₃和TM₀₃模式的相位匹配曲线是不同但相似的，如曲线310、320和330所示的合成光谱。该光谱示出当基模(LP₀₁)的电场矢量平行于引入引入微弯的平面时增加强度的谐振。同样，曲线340、350和360说明了当基模的电场向量垂直于引入引入微弯的平面时增加强度的谐振。平行和垂直偏振之间的谐振差清楚地表明微弯光纤光栅显著的优点(无关、仅强度调谐能力)和基本的局限(固有的偏振敏感度)。注意到偏振相关损耗(PDL)对于20-dB的谐振可以有10dB高。该MIG的偏振相关可以以谐振之间的光谱间隙的方式而表示其特征。对于现有技术光纤的已知的MIG来说，谐振间隙大约1nm，该值依据所使用的光纤的类型在0.3nm与几nm之间变化。然而，与光纤类型无关，所有这些谐振间隔值都导致了不可接受的PDL水平，因此这是所有MIG固有的问题。

因此，根据本发明，提出了一种新颖的光纤设计，其能形成偏振无关的微弯光纤光栅，并且基于光纤能够被设计成精确控制在HE_2m、TE_0m和TM_0m模式之间如上等式所定义的传播常数δβ_pert这一发现。对于任何光纤波导，纤芯被定义为：

n²(r)＝n_co ²[1-2Δ·f(r)]

这里n_co定义为纤芯中的折射率峰值，r为定义距纤芯的中心的距离的径向坐标，Δ是“折射率差值的相对值”，由关系式(n_co-n_cl)/n_co定义，n_cl是包层折射率，f(r)定义为折射率分布图归一化分布图。此外，对标量传播常数的微小变化给出如下：

$\mathrm{\δ}{\mathrm{\β}}_{{\mathrm{TE}}_{01}}=0$

${\mathrm{\δ\β}}_{{\mathrm{TM}}_{01}}=2(I_1+I_2)$

$\mathrm{\δ}{\mathrm{\β}}_{{\mathrm{HE}}_{21}}^{\mathrm{even}}=\mathrm{\δ}{\mathrm{\β}}_{{\mathrm{HE}}_{21}}^{\mathrm{odd}}=(I_1+I_2)$

这里，量I₁和I₂由下列关系式与光纤的折射率分布图相关联：

$I_1=\∫r\·E_{1m}\left(r\right)\·\frac{{\∂E}_{1m}\left(r\right)}{\∂r}\·\frac{\∂f\left(r\right)}{\∂r}\mathrm{dr}$

$I_2=E_{1m}^2\left(r\right)\·\frac{\∂f\left(r\right)}{\∂r}\mathrm{dr}$

这里，E_1m(r)通过指数“l”和“m”定义为该模式的场分布图。

由于以引入微弯型光纤光栅进行光耦合的提供被限制为包含偏振相关成分(即，TE_0m和TM_0m模式)和偏振无关性HE_2m模式的非对称模式，因此本发明的偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅是通过使用一光纤而形成，该光纤中的耦合仅发生在这三组模式的偏振非敏感成分，即，HE_2m模式(至少在所关心的光谱范围内)。由于光谱范围典型的是20nm或更大，因此，设计成为具有由20nm或更大范围所分离的三种模式的谐振的该光纤将导致偏振非敏感的MIG敏感。

图4示出了与实现“波长分离”光纤相关的理想化形式的折射率分布图，根据本发明该光纤可用于形成偏振非敏感的MIG。如图所示，理想化的光纤折射率分布图由折射率为Δn_c半径为r_c的纤芯中心区域10、包围中心区域10且具有折射率Δn_t和半径r_t的沟道12、和包围沟道12且具有折射率Δn_r和半径r_r的环14所限定。每一折射率都是以与二氧化硅包层参考值0的“折射率差值”的形式描述的。光纤的设计方案由上述论述的关系所决定，其中该关系也就是微小变化δβ_{TM_0M}，δβ_{HE_2M}必须被最大化以达到大的谐振波长间隔。上述等式表示实现该最大化是通过对量I₁、I₂最大化，并且以接近波导转换区域具有大(标量)LP_1m模式功率(例如陡峭的折射率阶(step)、或者折射率分布图的梯度很大的其他区域)的光纤设计依次对量I₁、I₂最大化。

考虑这些理想的特性同时参照图4，其示出由虚线15所表示的LP₁₁模式具有大的强度，和接近于高折射率环14的陡峭折射率阶的大的强度梯度。此外，有效的器件必须呈现出低插入损耗，该低插入损耗需要基模(即，用于耦合到该器件和从该器件耦合出的模式)具有名义上的高斯分布以相应于MIN的输入和输出端的相似分布的光学器件。为了满足需要，中心区域10应该足够大(或折射率足够高)以使得基模LP₀₁实质上位于纤芯中心区域10。因此这样一种光纤的发明能够根据折射率差和半径值限定如下：(1)环14的折射率差Δn_r应该大于0.015并具有足够陡峭的朝向沟道12的“内部”折射率步阶。该内部折射率步阶通过空间长度S所限定，在该S上折射率从与环14有关的值变为与沟道12有关的值，该S应该不大于1微米；(2)纤芯中心区域折射率应该大约为环的折射率的75％，也就是说，纤芯中心半径和折射率应该足够大以使得基模LP₀₁实质上完全依附在纤芯中心区域10内，但又不至于大得使得非对称LP_1m也能导入纤芯中心区域10。

图5(a)-(c)示出了由实验测得的根据本发明形成的光纤的特性。其中图5(a)示出了测得的Δn_c、Δn_t和Δn_r折射率分布图值。图5(b)示出了图5(a)中的光纤设计对于TE₀₁、HE₂₁和TM₀₁模式的相位匹配曲线(光栅周期作为波长的函数)，很明显，该三条曲线具有很宽的间隔。导致传播常数大的差值并因此得出的图5(b)的相位匹配曲线的大矢量微小变化实际上是本发明的发明目的。图5(c)示出了实验测得的如在具有图5(a)的分布图的光纤中引入的光谱，该光谱是对于周期范围从742μm到850μm的光栅引入。可以通过例如，在波纹金属块(具有定义光栅周期的波纹周期)和橡胶垫之间挤压光纤引入光栅。参考图5(c)，三种不同的谐振峰值在各光谱中很明显，其中心峰值(与HE₂₁模相关)最强。峰值最大是由于HE模是如上所述的偏振非敏感的。剩下的谐振(TE₀₁和TM₀₁)对峰值较小，因为不超过总可用信号强度的二分之一的信号强度将永远存在于特定的偏振中。该结果证实了引入微弯的光纤光栅的偏振敏感度现象。值得注意的是，HE模和TE/TM模之间的波长间隔处于60nm级别，该级别也就是保持器件工作范围在任何给定的时间上都偏振非敏感的理想值敏感。

在TE和TM模式中存在的输入信号的偏振状态在包括发送强度图的图6所示的数值中明显示出，该发送强度图是对应于受控输入信号经过MIG，该MIG具有标记成“SOP‖”和“SOP⊥”的一组平行偏振状态。如图所示，在偏振的输入状态相应于TE₀₁模式(SOP‖)的地方，仅TE₀₁和HE模式被激发，反之，对于正交偏振(SOP⊥)光来说，仅存在HE和TM₀₁谐振峰值。根据本发明所披露的，偏振非敏感的HE模式将具有极偏振状态下的谐振峰值。此外，图6示出了在TE₀和HE模式之间的76nm级和在TM₀₁和HE模式之间的67nm级上，本发明的最优光纤能够产生显著的大波长分离。

图7(a)和(b)包含根据本发明形成的另一光纤的相对折射率图和相位匹配曲线，其中，与图7(a)和(b)相关的光纤设计也呈现出沿各相位曲线的“最小值”。如在上述参考的本人的未决(co-pending)的申请中所述的，该最小值被定义为“折回点”(TAP)。参考图7(b)，水平线72示出了仅支持奇/偶HE模式的典型偏振非敏感MIG的光栅周期，其中这一特殊设置具有约为485μm的光栅周期Λ。先前，已经证实，当光纤光栅周期被选为在TAP耦合相位匹配曲线时(“TAP谐振条件”)，获得大带宽模式耦合。TAP的存在表现了对于相关引入微弯的光纤光栅的相对较大带宽，和在100nm大的带宽上的光谱平滑谐振，这两个特点在光纤光栅制造中是往往十分关键。

如上所述，由于本发明的MIG的偏振非敏感与依据折射率差和半径参数而合理制造出的光纤有关，所以任何用于引入微弯的正确的方法能够用于形成所需周期的光栅。图8(a)-(d)示出了四种典型的将微弯引入光纤的一组方法，其中图(8)示出了波形盘30和橡胶垫32(如上述)的使用方法，波形盘30中的凹槽呈现出引入光纤的所需周期。图8(b)是这种方法的一种变形，在该方法中，使用一对排列成其齿互相吻合于对方凹槽中的波纹块34和36，如图所示。这种情况下，当在两个板之间挤压光纤时，就引入了微弯。这样，较小的压力可以用于形成与图8(a)中的光纤相同的图形。图8(c)示出了一种声光装置，其中，一种压电式换能器38(连接至RF电源，未示出)用于在光纤中传播声波，其依次产生：具有与RF电源的频率成反比的周期的周期性微弯，以及大小与RF源功率成正比的周期性微弯。因此，光栅周期和大小均可根据这种声光装置得到调节。图8(d)示出了一种已永久的在光纤中形成微小变化的典型引入微弯的光纤光栅，其利用了以连接器的周期放电的任何已知的现有技术或CO₂激光器的周期性烧蚀。图8(a)-(d)的实施例仅为典型示例，而多种其他的向根据本发明所形成的光纤中引入微弯的技术能够用于形成偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅。

现有多种不同的光学系统和子系统，该光学系统和子系统可利用依照本发明形成的偏振非敏感MIG。敏感图9示出了一种多个MIG 40-1到40-5的级联装置，其中各间隔的光栅可以是动态(可调)或静态的器件。特别是，该光栅的一级联组可以用于产生平整的光谱输出，特别是当其输入为增益光谱是高度波长相关的掺饵光纤放大器时。使用动态滤波器进一步允许各光栅的特性能够被实时地调节，以响应输入信号光谱的变化。图9的曲线A表示输入信号光谱，曲线B表示输出信号光谱。可以看出，通过使用本发明的多个级联MIG，可以实质上消除输入信号光谱中的多个无用特征并且可以在大范围内显著平整光谱。相邻MIG 40之间的环路42标志模式除离动作，以将LP₁₁模式从经由各单独的MIG 40的信号通路中辐射出去。该模式除离可以通过例如，使用光纤中的锥体或接头将光纤弯曲成为单模光纤。

图10(a)示出了一种典型的可变光学衰减器(VOA)50，其可以根据本发明通过在TAP状态中制造如上所述的引入微弯的光纤光栅来形成，从而在光栅52中提供一(可调)大的平整光谱的衰减。定位在光学接收器53输入端的VOA 50的布置考虑到通过控制接收功率使得接收器误码率的成本效率优化。如图10(b)所示，当该器件用于后接于连续波(CW)光源55时，其可作为一低成本、低速数据调制器，或用于给予输入信号之上的低速监测品质。如图10(c)所示，从本发明的MIG中形成的可变光衰减器也可以与光学放大器54一起使用，其中该衰减器维持放大器54在一恒定饱和级，以减少任何噪声指数或增益光谱的瞬时变化。

本发明的偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅也可以用作开关，因为其能够在两空间模式之间以偏振非敏感的方式移动光。图11(a)示出了本发明的这一应用，图中示出，一该典型开关60在“cross”或“bar”状态的操作。此外，经由(例如)多模光纤耦合器将二模式光纤中的LP₁₁模式耦合到单个的单模光纤的公知技术可以结合本发明的MIG62使用，从而形成一其中所有的输入和输出都与光纤的基模相关的四端口的2×2光学开关。图11(b)以放置于MIG62的任一端的一对多模光纤耦合器64和66示出了这一思想。

本发明的引入微弯的光纤光栅可以被用于静态或动态的模式转换器，其是制造工作于光纤较高阶模式的色散补偿器和延迟线的关键元件。

图12示出了这一思想，其中图12(a)显示了一种包含位于较高阶模(HOM)光纤70输入端的第一MIG68-1和位于HOM光纤70输出端的第二MIG68-2的静态的色散补偿器67。图12(b)所示为可调色散补偿器80，其中，多个可调MIG82-1，82-2，...以串联方式放置，不同长度的HOM光纤84放置在这些MIG之间。

多种其它器件、子系统和系统，以及多种其它特定的光纤制造，均被考虑到落入本发明所教导的偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅的精神和范围中。所有在说明书中所包括的根据本发明的通过在现有技术上的改进的原理极其等效物详细的指导均被正确落入到所附权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种光纤，配置成支持在其纤芯中形成的引入微弯的光栅的偏振非敏感操作，所述光纤包括：

由半径r_c和预定的折射率所定义的纤芯中心区域，所述折射率由相对于二氧化硅折射率测得的折射率差Δn_c所定义；

围绕纤芯中心区域的沟槽区域，所述沟槽区域具有小于所述纤芯中心区域折射率的折射率差Δn_t，其中所述折射率差Δn_t是相对二氧化硅的折射率而测得的；及

围绕所述沟槽区域的环形区域，所述环形区域的相对二氧化硅的折射率所测得的折射率差Δn_r被选定为大于0.015，所述沟槽区域的折射率差和环形区域的折射率差之间的折射率步阶通过空间长度S所限定，S不大于1微米，所述纤芯中心区域的折射率差Δn_c被保持为约为所述环形区域折射率差值的四分之三，Δn_c≈0.75*Δn_r。

2.一种包含光纤的设备，所述光纤配置成支持纤芯中形成的引入微弯的光栅的偏振非敏感操作，所述光纤包括：

由半径r_c和预定的折射率所定义的纤芯中心区域，所述折射率由相对于二氧化硅折射率测得的折射率差Δn_c所定义；

围绕纤芯中心区域的沟槽区域，所述沟槽区域具有小于纤芯中心区域折射率的折射率差Δn_t，其中所述折射率差Δn_t是相对二氧化硅的折射率而测得的；及

围绕所述沟槽区域的环形区域，所述环形区域的相对二氧化硅的折射率所测得的折射率差Δn_r被选为大于0.015，所述沟槽区域的折射率差和环形区域的折射率差之间的折射率步阶通过空间长度S所限定，S不大于1微米，所述纤芯中心区域的折射率差Δn_c被保持为约为所述环形区域折射率差值的四分之三，Δn_c≈0.75*Δn_r。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备包括设置为级联排列的多个偏振非敏感的引入微弯的光纤光栅，以在所述设备的输出端提供光谱平整。

4.一种制造用于模式转换的偏振非敏感的光纤的方法，所述方法包含步骤：

形成具有预定的折射率的材料的纤芯中心区域，所述折射率由相对于二氧化硅折射率测得的折射率差Δn_c所定义，该纤芯中心区域形成预定的厚度；

形成围绕纤芯中心区域的沟槽区域，所述沟槽区域由具有小于纤芯中心区域的折射率差的折射率差Δn_t的材料形成，其中所述折射率差Δn_t是相对二氧化硅的折射率而测得的；及

形成围绕所述沟槽区域的环形区域，所述环形区域由一种具有大于0.015的相对二氧化硅的折射率所测得的折射率差Δn_r的材料形成，所述沟槽区域和环形区域的厚度被控制使得所述沟槽区域的折射率差和环形区域的折射率差之间的折射率步阶通过空间长度S所限定，S不大于1微米，所述纤芯中心区域的折射率差Δn_c被保持为约为所述环形区域折射率差值的四分之三，Δn_c≈0.75*Δn_r，折射率中的亚微米跃变和径向梯度导致了从偏振非敏感的奇/偶HE模的谐振波长中分离出偏振相关的TE和TM模式的谐振波长。

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