DE112004002202T5

DE112004002202T5 - Lichtleitfaser-Pumpmultiplexer

Info

Publication number: DE112004002202T5
Application number: DE112004002202T
Authority: DE
Inventors: Liang Ann Arbor Dong; Donald J. Ann Arbor Harter
Original assignee: IMRA America Inc
Current assignee: IMRA America Inc
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: US20090110008A1; US20060093291A1; US7327920B2; WO2005052640A3; DE112004002202B4; US7016573B2; WO2005052640A2; US20050105854A1; US7742669B2

Abstract

Lichtleitfaseranordnung, umfassend:
ein Faserbündel mit einem Außendurchmesser; und
eine erste Lichtleitfaser mit einem Außendurchmesser, der mindestens gleich wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist, wobei das Faserbündel mit der ersten Lichtleitfaser verspleißt ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtleitfaserbündel und insbesondere eine Anordnung, welche ein Lichtleitfaserbündel umfasst, das mit einer Einzellichtleitfaser verspleißt ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung.

Ein Hauptproblem bei Hochleistungsfaserverstärkern und -lasern ist, wie eine signifikante optische Leistung von Pumpdioden bei Aufrechterhalten des Zugangs zur Eingabe und Ausgabe der Faserverstärker und -laser in doppelt ummantelte Lichtleitfasern, die mit seltener Erde dotiert sind, eingekoppelt werden soll. Die US-Patentschrift 20030202547A1, die den Titel „Mehrmodenfaserverstärker" trägt und durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, legt ein Beispiel dieser Klasse von Geräten dar. Diese Patentschrift beschreibt eine Einmodenfortpflanzung in einer Mehrmodenfaser und nimmt auf solche Techniken Bezug wie Modenfilterung, die Verwendung von Wenigmodenfasern, Verstärkungsführung und andere Techniken, welche eine allgemeine Anwendbarkeit in Verbindung mit der Erfindung finden können.

Die US-Patentschrift Nr. 5,854,865 to Goldberg et al. offenbart ein Endpumpschema, wobei eine Hochleistungspumpe durch eine massive Strahlenformungsoptik in das Ende einer doppelt ummantelten Faser eingekoppelt wird. Die US-Patentschrift Nr. 6,529,657 B2 to Goldberg et al. offenbart ein Seitenkopp lungsschema, das eine polierte V-Nut an einer Seite der doppelt ummantelten Faser verwendet, zusammen mit einer massiven Strahlenformungsoptik. Diese beiden Ansätze basieren auf Ultrahochleistungspumpdioden für Ultrahochleistungsfaserlaser, deren Zuverlässigkeit noch nicht ganz erwiesen ist. Obwohl es theoretisch möglich ist, diese beiden Schemata zu übertragen, ist dies in der Praxis sehr schwer zu bewerkstelligen.

Es wurde auch etliche faserbasierte Lösungen vorgeschlagen. Die US-Patentschrift Nr. 5,999,673 to Kapontsev et al. offenbart, nur die Mehrmodenpumpfaser zu verjüngen und sie anschließend von der Seite mit der doppelt ummantelten Faser von der Seite zu verschmelzen. Die US-Patentschrift Nr. 5,864,644 to DiGiovanni et al. offenbart eine große Anzahl von Mehrmodenpumpfaseranschlüssen, die mit einer Einmodenfaser in der Mitte verschmolzen und dann auf einen kleinen Durchmesser gestreckt werden. Das verjüngte Mittelstück wird dann abgeschnitten und mit der doppelt ummantelten Faser verspleißt. Die US-Patentschrift Nr. 6,434,302 B1 to Fidric et al. offenbart, dass eine verschmolzene Faserverjüngung außerhalb des Mittelstücks abgeschnitten wird, derart dass die Faser sich zum kleinen Mittelstück verjüngt und dann zu einem Faserende, welches anschließend mit der doppelt ummantelten Faser verspleißt wird, im Durchmesser zunimmt. Dieser faserkopplerbasierte Ansatz ist leicht zu übertragen. Es wurden Koppelraten von über 60:1 nachgewiesen. Dies ermöglicht es, viel zuverlässigere leistungsschwächere Pumpdioden zu verwenden, um eine höhere Durchschnittsleistung zu erreichen. Die Eliminierung der massiven Strahlenformungsoptik und der Endfläche, wo die optische Leistung sehr groß ist, vereinfacht auch die Faserlaserstruktur und verbessert folglich ihre Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit.

Wie bereits erwähnt, sind faserbasierte Ansätze infolge einer höheren Zuverlässigkeit, Stabilität, Skalierbarkeit und Herstellbarkeit wünschenswerter. Die Erzeugung dieser Pumpkoppler des Standes der Technik bezieht jedoch komplexe Fertigungstechniken ein, die das gleichzeitige Ziehen von ein paar Dutzend Fasern durch hochgenaue Bewegungssteuerungen auf eine sehr kontrollierte Art und Weise während der Erwärmung der Fasern mit sich bringen. Alle eingebundenen Fasern müssen adiabatisch verjüngt werden, um größere Übertragungsverluste zu vermeiden. Dies erfordert, dass das Erwärmen und Strecken jeder Faser gut kontrolliert wird. Dies wird schwieriger, wenn dieser Prozess auf mehr und mehr Fasern übertragen wird.

Kurzdarstellung der Erfindung

Die Erfindung wurde angesichts der zuvor beschriebenen Umstände gemacht und überwindet die zuvor dargelegten Probleme und Beschränkungen des Standes der Technik, und sie stellt eine Lichtleitfaseranordnung bereit, die Skalierbarkeits- und Fertigungsvorteile gegenüber herkömmlichen Lichtleitfaserbündeln aufweist.

Zusätzliche Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Umsetzung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Aspekte und Vorteile der Erfindung können mittels der Instrumente und Kombinationen realisiert und erreicht werden, die insbesondere in den angehängten Ansprüchen aufgezeigt werden.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Lichtleitfaseranordnung mit einem Faserbündel mit einem Außendurchmesser und einer Einzellichtleitfaser mit einem Au ßendurchmesser, der mindestens gleich wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist, bereit. Vorzugsweise ist die Einzellichtleitfaser eine von einer Einmodenkern-, einer Wenigmodenkern- oder einer Mehrmodenkernfaser. Alternativerweise kann die Einzellichtleitfaser eine doppelt ummantelte Faser mit einem Kern sein, der mit Ionen seltener Erde dotiert ist. Das Faserbündel wird mit der Einzellichtleitfaser verspleißt. Vorzugsweise besteht das Faserbündel aus Mehrmodenpumpfaseranschlüssen. In der Alternative umfasst das Faserbündel eine oder mehr Einmodenfasern oder eine oder mehr Wenigmoden- oder Mehrmodenfasern und überträgt Licht auf der Grundmode und auf einer Signalwellenlänge. Vorzugsweise umfasst das Lichtbündel eine Mehrzahl von Fasern, die um eine Kernfaser herum angeordnet sind, und die Kernfaser kann eine Einmodenfaser oder eine Wenigmoden- oder Mehrmodenfaser sein, die Einmodensignallicht überträgt. Die Anordnung der Fasern um den Kern herum kann hexagonal sein oder ein anderes vorbestimmtes Muster aufweisen, und es wird ein Halter verwendet, um die hexagonale Anordnung vor der Spleißung, die zwischen der Einzellichtleitfaser und dem Faserbündel erfolgt, aufrechtzuerhalten. Es können Füllfasern verwendet werden, um eine hexagonale Anordnung oder ein anderes vorbestimmtes Muster aufrechtzuerhalten.

Laut Standarddefinition gilt, dass eine „Einmoden"-Faser V < 2,4 aufweist, während eine „Mehrmoden"-Faser eine V > 2,4 aufweist. Ein Teil der modernen Fachliteratur schlägt eine getrennte Kategorie für einen Zwischenbereich zwischen 2,4 < V > 4,0 vor, welche als „wenigmodig" bezeichnet wird. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung kann jede dieser Definitionen angewendet werden, sofern nicht anders angegeben.

In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Lichtleitfaseranordnung ferner ein Glaskapillarröhrchen, welches das Faserbündel in einer vorbestimmten Anordnung hält. Das Kapillarröhrchen weist einen Innendurchmesser auf, der mindestens so groß wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist, und der Innendurchmesser kann mindestens so groß wie der Außendurchmesser der Einzellichtleitfaser sein. Dies ermöglicht es dem Kapillarröhrchen, einen Abschnitt des Faserbündels, sowie der Einzellichtleitfaser zu umhüllen. Vorzugsweise weist das Kapillarröhrchen einen niedrigeren Brechungsindex als der Mantel der Fasern im Faserbündel auf. Alternativerweise kann eine Polymerbeschichtung die Spleißung zwischen der Einzellichtleitfaser und dem Faserbündel abdecken, wobei diese Polymerbeschichtung einen niedrigeren Brechungsindex als der Mantel der Fasern des Faserbündels aufweist.

Ein Schmelzbogen oder eine Widerstandsheizung wird verwendet, um die Einzellichtleitfaser mit dem Faserbündel zu verspleißen. Das Glaskapillarröhrchen kann entweder während oder nach dem Spleißprozess auf die Spleißung geschrumpft werden.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Einzellichtleitfaser eine Verjüngung in einer Richtung weg von der Spleißung zwischen der Einzellichtleitfaser und dem Faserbündel auf. Die Verjüngung ist so bemessen, dass die Einzellichtleitfaser mit einer anderen Lichtleitfaser verspleißt werden kann, die einen kleineren Durchmesser aufweist.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Gerät mit mantelgepumpter Lichtleitfaser bereit. Das Gerät umfasst eine mantelgepumpte Faser und eine Mehrzahl von optischen Quellen zum optischen Pumpen der mantelgepumpten Faser.

Eine Mehrzahl von Mehrmodenfasern koppelt die optischen Quellen an die mantelgepumpte Faser, und jede Mehrmodenfaser ist an eine der Mehrzahl von optischen Quellen gekoppelt. Jede Mehrmodenfaser ist auch an die mantelgepumpte Faser gekoppelt.

Die mantelgepumpte Faser weist einen Kern auf, welcher eine Region mit einem höheren Brechungsindex ist, die von einem Pumpwellenleiter umgeben ist. Der Pumpwellenleiter ist eine zweite Region mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex als dem des Kerns. Der Pumpwellenleiter ist ferner von einer dritten Region mit einem noch niedrigeren Brechungsindex umgeben. Optische Leistung wird von den optischen Quellen in den Mehrmodenfasern in den Pumpwellenleiter der mantelgepumpten Faser durch die Faserbündelspleißung eingekoppelt. Wenn eine Signalträgerfaser im Faserbündel vorhanden ist, wird die Einmodenleistung in der Signalträgerfaser durch die Faserbündelspleißung in den Kern der mantelgepumpten Faser eingekoppelt. Diese Anordnung koppelt Mehrmodenlicht in die mantelgepumpte Faser ein. Das Gerät kann ferner eine Mehrmodenkernfaser umfassen, die zum Einkoppeln von Einmodenlicht an den mantelgepumpten Faserkern gekoppelt ist. Die Mehrzahl von Mehrmodenfasern und die Mehrmodenkernfaser werden miteinander gebündelt, um ein Faserbündel zu bilden. Das Faserbündel wird auf eine reduzierte Querschnittsfläche verjüngt, bevor es an die mantelgepumpte Faser gekoppelt wird. Die Verjüngung des Faserbündels dient als ein Modenwandler.

In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erzeugung einer Lichtleitfaseranordnung das Bereitstellen eines Faserbündels mit einem Außendurchmesser und das Verspleißen einer Einzellichtleitfaser mit dem Faserbündel. Der einzelne Lichtwellenleiter weist einen Außendurchmesser auf, der mindestens gleich wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist. Das Faserbündel wird zuerst an einer Stelle verschmolzen und dann an der verschmolzenen Stelle gespaltet, um Faserbündelenden zum Verspleißen mit der Einzellichtleitfaser zu bilden. Das Verspleißen der Einzellichtleitfaser mit dem Faserbündel kann durch einen Schmelzbogen oder eine Widerstandsheizung bewerkstelligt werden. Ein alternatives Verbindungsverfahren stellt ein Kapillarröhrchen bereit, welches das Faserbündel und die Einzellichtleitfaser umgibt. Bogeneintrittsöffnungen sind im Kapillarröhrchen vorgesehen. Dies ermöglicht das Verschmelzen des Kapillarröhrchens mit dem Faserbündel und der Einzellichtleitfaser während des Spleißschritts.

Die zuvor dargelegten und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichenfiguren ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Zeichnungen, welche in diese Spezifikation einbezogen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Aspekte, Vorteile und Grundsätze der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen veranschaulicht

1 eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem Bündel mit 7 Fasern und mit einer Signalträgerfaser in der Mitte.

2 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem Bündel mit 19 Fasern, die in einer hexagonalen Packungsanordnung gestapelt sind.

3 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem Bündel mit 19 Fasern, die in einer hexagonalen Packungsanordnung gestapelt sind, zusammen mit einem Kapillarröhrchenhalter und kleineren Fasern, die als Füllfasern dienen, um eine kompakte Packung innerhalb des Kapillarröhrchens zu ermöglichen.

4 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem hexagonalen Bündel mit 37 Fasern.

5 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem hexagonalen Bündel mit 61 Fasern.

6 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung, in welcher ein Glaskapillarröhrchen verwendet wird, um das Faserbündel zu halten.

7 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung, in welcher ein Glaskapillarröhrchen sowohl über dem Faserbündel als auch der doppelt ummantelten Faser verwendet wird.

8 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung, in welcher die doppelt ummantelte Faser weiter verjüngt ist, um mit einer anderen, doppelt ummantelten Faser mit kleinerem Durchmesser verspleißt zu werden.

9 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem einseitigen gepumpten Faserverstärker oder -laser.

10 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit einem zweiseitigen gepumpten Faserverstärker oder Laser.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Vor der Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einige Einzelheiten hinsichtlich des Standes der Technik bereitgestellt, um die Erfindung dem Leser besser verständlich zu machen und die Bedeutung verschiedener Begriffe darzulegen.
Es erfolgt nun eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Grundausführung ist ein Mehrmodenpumpfaserbündel 12, das Mehrmodenpumpfaseranschlüsse umfasst. Eine oder mehr Einmoden- oder Wenigmoden (FM)-Fasern können in das Bündel eingebunden sein, um eine Eingabe in einen Faserverstärker oder eine Ausgabe aus einem Faserverstärker oder einem Faserlaser zu übertragen. Die Eingabe in den Faserverstärker ist auf der Signalwellenlänge, welche die Wellenlänge ist, bei welcher eine Verstärkung oder ein Lasern stattfindet. Die Kernfaser 13G kann nur einen Einmodenbetrieb oder eine kleine Anzahl von Moden unterstützen. Jede der Fasern 13A bis 13G im Faserbündel 12 wird einzeln gespaltet, und die Faserenden werden in derselben Ebene aus gerichtet. Die Faserenden können durch Stoßen gegen eine reine und flache Glasfläche in derselben Ebene ausgerichtet werden.
Die Enden des Faserbündels 12 können auch durch andere Verfahren vorbereitet werden. Das Faserbündel 12 kann in der Mitte örtlich erwärmt werden, um zu bewirken, dass die Fasern 13A bis 13G im Faserbündel 12 verschmelzen. Das Faserbündel 12 wird dann gespaltet, um Enden von ausreichender Qualität zum Spleißen vorzubereiten. Das Faserbündel 12 kann alternativerweise abgeschnitten werden, und die Faserenden können gereinigt und abgeschliffen werden. Das Faserbündel 12 kann durch einen elastischen oder Metallring (nicht dargestellt) in einer gewissen Entfernung vom Ende des Faserbündels 12 zusammengehalten werden. Das Faserbündel 12 kann durch Epoxid in einer geringen Entfernung von den Faserenden zusammengehalten werden. Das Faserbündel 12 kann durch ein Glaskapillarröhrchen zusammengehalten werden, dessen Ende entweder mit den Faserenden ausgerichtet oder etwas von den Faserenden entfernt ist, derart dass die Faserenden vom Kapillarröhrchen vorstehen.
Eine doppelt ummantelte Faser 10 mit einem Außendurchmesser, der entweder nahe dem oder größer als der Durchmesser des Faserbündels 12 ist, kann dann mit dem Faserbündel verspleißt werden. Die Enden des Faserbündels 12 werden gegen das vorbereitete Ende 11 der doppelt ummantelten Faser 10 gestoßen. Die doppelt ummantelte Faser 10 und das Faserbündel 12 können unter Verwendung eines Lichtbogens miteinander schmelzverspleißt werden, oder die doppelt ummantelte Faser 10 und das Faserbündel 12 können unter Verwendung eines Widerstandsheizung verspleißt werden.
Schmelzspleißen verwendet einen Lichtbogen, der eine genau kontrollierte Dauer und Intensität aufweist. Mehrere Elektroden und Leitungselektroden können verwendet werden, um einen großen Heizbereich zu erzeugen, um die große Größe des Faserbündels 12 aufzunehmen.
Der Rest der Schmelzspleißaufbaus ist dem Standardschmelzspleißen für Einmodenfasern sehr ähnlich. Zwei dreidimensionale Translationsstufen mit Faserhaltern halten das Faserbündel 12 beziehungsweise die doppelt ummantelte Faser 10. Das Faserbündel 12 und die doppelt ummantelte Faser 10 werden durch Ausrichten der Enden des Faserbündels 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 durch Durchsehen durch ein mikroskopisches Okular oder eine LCD-Anzeige ausgerichtet. Die Enden des Faserbündels 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 werden zuerst durch einen schwächeren Bogen gereinigt und dann in engen Kontakt miteinander gebracht. Ein starker Bogen wird dann verwendet, um das Faserbündel 12 und die doppelt ummantelte Faser 10 miteinander zu verschmelzen. Das Faserbündel 12 und die doppelt ummantelte Faser 10 werden während des Schmelzprozesses leicht zusammengestoßen, um eine richtige Verschmelzung an den Enden sicherzustellen.
Ein kommerzieller Großfaserspleißer, der eine Widerstandsheizung verwendet, ist von der Vytran Corporation erhältlich. Das Vytran-Produkt verwendet einen Prozess, der dem zuvor beschriebenen sehr ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass eine Widerstandsheizung anstelle des Schmelzbogens verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 2 bis 5 ist es vorteilhaft, das Faserbündel 12 auf eine hexagonale Art und Weise anzuordnen. Dies ermöglicht eine hohe Packungsdichte. Andere Packungsverfahren können ebenfalls verwendet werden. Wenn eine hexagona le Packung verwendet wird, wird das Faserbündel 12 vorzugsweise mit einem hexagonal geformten Metall-, Kunststoff- oder Glashalter (nicht dargestellt) gehalten. Die hexagonale Halterform ermöglicht eine einfache Zusammenstellung des Faserbündels 12. Der Halter kann entfernt werden, nachdem die Spleißung zwischen dem Faserbündel 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 vollendet ist. Wenn die Enden des Faserbündels 12 durch das früher beschriebene Schmelz- und Spaltverfahren vorbereitet werden, ist kein Halter erforderlich.
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Bündel mit 19 Fasern, die in einer hexagonalen Packungsanordnung gestapelt sind, zusammen mit einem Kapillarröhrchen 14 und einer Mehrzahl von kleineren Fasern 15 veranschaulicht. Die Mehrzahl von kleineren Fasern 15 dient als Füller, um eine kompakte Packung innerhalb des Kapillarröhrchens 14 zu ermöglichen. 4 und 5 veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einem hexagonalen Bündel mit 37 Fasern beziehungsweise einem hexagonalen Bündel mit 61 Fasern.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird ein Kapillarröhrchen 14 verwendet, das einen Durchmesser aufweist, der ungefähr gleich wie die doppelt ummantelte Faser 10 ist. Das Kapillarröhrchen 14 muss auch einen Innendruchmesser aufweisen, der das Faserbündel 12 aufnehmen kann. Das Faserbündel 12 wird in ein Ende des Kapillarröhrchens 14 eingeführt, und die doppelt ummantelte Faser 10 stößt an die Enden des Faserbündels 12 und das andere Ende des Kapillarröhrchens 14. Löcher (nicht dargestellt) sind in das Kapillarröhrchen 14 gebohrt, um einen Schmelzbogendurchgang zu ermöglichen. Die Enden des Faserbündels 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 werden dann miteinander schmelzverspleißt, wobei das Kapillarröhrchen 14 auf sie geschrumpft wird. Das Kapillarröhrchen 14 bildet eine starke Schutzstruktur für die Schmelzspleißung. Falls eine Widerstandsheizung anstelle des Schmelzbogens verwendet wird, sind keine Löcher im Kapillarröhrchen 14 erforderlich. In einem alternativen Verbindungsverfahren kann jede Faser 13A bis 13G des Faserbündels 12 auch einzeln in das Kapillarröhrchen 14 eingeführt werden, um sich gegen die Endfläche 11 der doppelt ummantelten Faser 10 auszurichten.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird ein Kapillarröhrchen 17 verwendet, das einen Innendurchmesser aufweist, der ungefähr gleich wie die doppelt ummantelte Faser 10 und das Faserbündel 12 ist, die verwendet werden. Das Faserbündel 12 wird in ein Ende des Kapillarröhrchens 17 eingeführt, und die doppelt ummantelte Faser 10 wird in das andere Ende des Kapillarröhrchens 17 eingeführt. Die Enden des Faserbündels 12 und die Endfläche 11 der doppelt ummantelten Faser 10 treffen sich in der Mitte des Kapillaröhrchens 17, wobei wenigstens zwei Löcher 16 in das Kapillarröhrchen 17 gebohrt sind, um einen Schmelzbogendurchgang zu ermöglichen. Die Enden des Faserbündels 12 und die Endfläche 11 der doppelt ummantelten Faser 10 werden dann miteinander schmelzverspleißt, wobei das Kapillarröhrchen 17 auf sie geschrumpft wird. Das Kapillarröhrchen 17 bildet eine starke Schutzstruktur für die Schmelzspleißung. Falls eine Widerstandsheizung anstelle des Schmelzbogens verwendet wird, sind keine Löcher 16 im Kapillarröhrchen 17 erforderlich. In einem alternativen Verbindungsverfahren kann jede Faser 13A bis 13G des Faserbündels 12 auch einzeln in das Kapillarröhrchen 17 eingeführt werden, um sich gegen die Endfläche 11 der doppelt ummantelten Faser 10 auszurichten.
In einem alternativen Verbindungsverfahren kann das Glaskapillarröhrchen 17 auch auf die Spleißung zwischen dem Faserbündel 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 geschrumpft werden, nachdem die Spleißung ausgebildet ist, um einen Schutz über der Spleißung bereitzustellen.
In jedem Fall weist, wenn das Kapillarröhrchen nach dem Spleißprozess bleibt, das Kapillarröhrchen 17 vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der niedriger als der des Mantels der Fasern 13A bis 13G des Faserbündels 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 ist, um einen Übertragungsverlust zu minimieren.
Die Spleißung kann auch mit einer Polymerbeschichtung (nicht dargestellt) geschützt werden. In diesem Fall weist die Polymerbeschichtung wiederum vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der niedriger als der des Mantels der Fasern 13A bis 13G des Faserbündels 12 und der doppelt ummantelten Faser 10 ist, um einen Übertragungsverlust zu minimieren.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die doppelt ummantelte Faser 10 kann zu einem kleineren Durchmesser verjüngt werden, um eine Verspleißung mit einer zweiten doppelt ummantelten Faser 19 mit einem kleineren Durchmesser zu ermöglichen. Die Verjüngung 18 wird verwendet, wenn der Außendurchmesser der zweiten doppelt ummantelten Faser 19 kleiner als der des Faserbündels 12 ist. Die Verjüngung 18 ist viel einfacher herzustellen als frühere Verfahren, welche das Verjüngen eines ganzen Faserbündels mit sich bringen. Da nur ei ne einzige Verjüngung 18 in der doppelt ummantelten Faser 10 erzeugt wird, ist dies viel weniger umständlich, als zu versuchen, eine Vielzahl von Fasern gleichzeitig zu verjüngen.
Dieser Verjüngungsprozess kann einen zusätzlichen Vorteil aufweisen, wenn ein Pumpmultiplexgerät verwendet wird, um einen Mehrmodenverstärker zu pumpen, der eine Einmodenausgabe verstärkt. Für eine Einmodenverstärkung wird ein Modenfilter gebraucht. Dies wird in der am 25. Juni 1997 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 09/882,349 erläutert. Ein Verfahren zur Modenumwandlung ist die Verwendung einer Verjüngung. Vorzugsweise wird dieser Abschnitt der doppelt ummantelten Faser 10 verjüngt, um nur eine einzige Mode fortzupflanzen.
Die Verjüngung 18 kann durch dieses Verfahren zur Herstellung eines Multiplexgeräts oder das Verfahren, das in der US-Patentschrift Nr. 5,864,644 beschrieben wird, erzeugt werden. In jedem Fall ist jedoch der Kern der Faser, welche das Signal trägt, eine Einmodenfaser.
Die Verjüngung kann durch örtliches Erwärmen der doppelt ummantelten Faser 10 bei Ziehen an ihren Faserenden durchgeführt werden. Die Erwärmung kann entweder mit einem Lichtbogen oder einer Widerstandsheizung erfolgen. Der zuvor erörterte Großfaserspleißer von Vytran weist eine eingebaute Verjüngungsfunktion auf.
Unter Bezugnahme auf 9 und 10 sind Ausführungsformen der vorliegenden Erforderung zum Pumpen veranschaulicht. 9 veranschaulicht eine einseitige Pumpkonfiguration, welche ein Faserbündel 12 umfasst, das mit einer doppelt ummantelten Faser 10 verspleißt ist, und ein Kapillarröhrchen 17 schützt die Spleißung. Die doppelt ummantelte Faser 10 weist eine Verjüngung 18 auf und ist mit einer zweiten doppelt ummantelten Faser 19 verspleißt, welche ferner eine Pumpe umfasst. Die Faserenden des Faserbündels 12, die nicht mit der doppelt ummantelten Faser 10 verspleißt sind, sind an optische Quellen (nicht dargestellt) gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fasern des Faserbündels 12, die eine Kernfaser des Faserbündels 12 umgeben, zur Übertragung von Mehrmodenlicht verwendet. Die Mehrmodenkernfaser des Faserbündels 12 wird zur Übertragung von Einmodenlicht verwendet.
10 veranschaulicht eine zweiseitige Pumpkonfiguration, welche Faserbündel 12 und 12A umfasst, welche jeweils mit einer doppelt ummantelten Faser 10 beziehungsweise 10A verspleißt sind. Kapillarröhrchen 17 und 17A schützen die Spleißungen. Die doppelt ummantelten Fasern 10 und 10A weisen jeweils eine Verjüngung 18 und 18A auf, und jede ist mit einer zweiten doppelt ummantelten Faser 19 verspleißt, welche ferner eine Pumpe 10 umfasst. Die Faserenden der Faserbündel 12 und 12A, die nicht mit den doppelt ummantelten Fasern 10 und 10A verspleißt sind, sind an optische Quellen (nicht dargestellt) gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Umfangsfasern der Faserbündel 12 und 12A zur Übertragung von Mehrmodenlicht verwendet. Die Mehrmodenkernfaser jedes Faserbündels 12 und 12A wird zur Übertragung von Einmodenlicht verwendet.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und der Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend ist oder die Erfindung auf die konkrete offenbarte Form beschränkt, sondern Modifikationen und Änderungen sind angesichts der zuvor dargelegten Lehren möglich oder können aus der Umsetzung der Erfindung erfasst werden. Die Ausfüh rungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktischen Anwendung zu erläutern, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, die sich für die beabsichtigte konkrete Verwendung eignen.
Obwohl hierin nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung ausdrücklich beschrieben wurden, versteht es sich demnach von selbst, dass zahlreiche Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne sich vom Geist und Rahmen der Erfindung zu entfernen. Außerdem werden Akronyme nur verwendet, um die Lesbarkeit der Spezifikation und der Ansprüche zu verbessern. Es ist zu beachten, dass nicht beabsichtigt ist, mit diesen Akronymen die Allgemeingültigkeit der verwendeten Begriffe zu vermindern, und sie sollten nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie den Rahmen der Ansprüche auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen einschränken.
Zusammenfassung
Lichtleitfaser-Pumpmultiplexer
Eine oder mehr Einmoden-, Wenigmoden- oder Mehrmodenfasern werden in ein Bündel eingebunden, um eine Eingabe an einen Faserverstärker oder eine Ausgabe aus einem Faserverstärker oder einem Faserlaser zu übertragen. Die Eingabe ist auf der Signalwellenlänge, welche die Wellenlänge ist, bei welcher Verstärkung oder Lasern stattfindet. Jede der Fasern im Bündel wird einzeln oder als eine Gruppe gespaltet, und die Faserenden werden in derselben Ebene ausgerichtet. Der Faserverstärker oder Faserlaser kann eine doppelt ummantelte Faser umfassen, und die anderen Fasern des Bündels koppeln Licht zum Mantelpumpen ein. Das Gerät kann auch ein Modenfilter zum Steuern der ausgegeben Mode umfassen.

Claims

Lichtleitfaseranordnung, umfassend: ein Faserbündel mit einem Außendurchmesser; und eine erste Lichtleitfaser mit einem Außendurchmesser, der mindestens gleich wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist, wobei das Faserbündel mit der ersten Lichtleitfaser verspleißt ist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel mindestens einen von (1) Mehrmodenpumpfaseranschlüssen umfasst; und (2) eine oder mehr Einmoden-, Wenigmoden- oder Mehrmodenfasern, welche Licht auf einer Signalwellenlänge übertragen.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel eine Mehrzahl von Fasern umfasst, die um eine Kernfaser herum angeordnet sind, und die Kernfaser eine von einer Einmodenfaser, Wenigmodenfaser und einer Mehrmodenfaser ist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel eine Mehrzahl von Fasern umfasst, die um eine Kernfaser herum angeordnet sind, und die Mehrzahl von Fasern in einem vorbestimmten Muster um die Kernfaser herum angeordnet ist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 4, wobei ein Halter das Faserbündel in einer hexagonalen Anordnung hält.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Mehrzahl von Füllfasern, die das Faserbündel in dem vorbestimmten Muster halten.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Kapillarröhrchen, welches das Faserbündel in einer vorbestimmten Anordnung hält.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 7, wobei das Kapillarröhrchen einen niedrigeren Brechungsindex als der Mantel der Fasern im Faserbündel aufweist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtleitfaser einen von einem Einmodenkern, einem Wenigmodenkern und einem Mehrmodenkern aufweist; und wobei die erste Lichtleitfaser eine doppelt ummantelte Faser ist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtleitfaser eine doppelt ummantelte Faser mit einem Kern mit Ionen seltener Erde ist.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtleitfaser eine Verjüngung in einer Richtung von der Spleißung zwischen der ersten Lichtleitfaser und dem Faserbündel weg umfasst.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine zweite Lichtleitfaser, wobei die Verjüngung so bemessen ist, dass die erste Lichtleitfaser mit der zweiten Lichtleitfaser verspleißt werden kann.
Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 12, wobei die zweite Lichtleitfaser einen von einem Einmoden-, Wenigmoden- und Mehrmodenkern aufweist.
Gerät mit mantelgepumpter Lichtleitfaser, umfassend: eine mantelgepumpte Faser; eine Mehrzahl von optischen Quellen zum optischen Pumpen der mantelgepumpten Faser; eine Mehrzahl von Mehrmodenfasern, welche die optischen Quellen optisch an die mantelgepumpten Faser koppeln, wobei jede Mehrmodenfaser eine erstes Ende, das an eine Mehrzahl von optischen Quellen gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das an die mantelgepumpte Faser zum Einkoppeln von Mehrmodenlicht in einen Mantel der mantelgepumpten Faser gekoppelt ist, aufweist; und eine Mehrmodenkernfaser, die zum Einkoppeln von Einmodenlicht an die mantelgepumpte Faser gekoppelt ist, wobei die Mehrzahl von Mehrmodenfasern und die Mehrmodenkernfaser miteinander zu einem Faserbündel gebündelt sind, und das Faserbündel vor dem Koppeln an die mantelgepumpte Faser auf eine reduzierte Querschnittsfläche verjüngt wird.
Gerät mit mantelgepumpter Lichtleitfaser nach Anspruch 14, wobei die Verjüngung des Faserbündels als ein Modenfilter dient, das verwendet wird, um Einmodenlicht in der Mehrmodenkernfaser fortzupflanzen.
Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaseranordnung, umfassend: Bereitstellen eines Faserbündels mit einem Außendurchmesser; und Verspleißen einer ersten Lichtleitfaser mit dem Faserbündel; wobei die erste Lichtleitfaser einen Außendurchmesser aufweist, welcher mindestens gleich wie der Außendurchmesser des Faserbündels ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste Faserbündel zuerst an einer Stelle verschmolzen und dann an der verschmolzenen Stelle gespaltet wird, um Faserbündelenden zum Spleißen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Spleißschritt durch einen Schmelzbogen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Spleißschritt durch Verwenden einer Widerstandsheizung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Kapillarröhrchens, welches das Faserbündel und die erste Lichtleitfaser umgibt, Bereitstellen von Bogeneintrittsöffnungen im Kapillarröhrchen und Verschmelzen des Kapillarröhrchens mit dem Faserbündel und der ersten Lichtleitfaser während des Spleißens.