发明名称 径向变化以及方位不对称光学波导纤维
摘要 本发明揭示出单模波导纤维以及制造单模或多模波导纤维之方法,该波导纤维具有径向以及方位性不对称之心蕊。该不对称性提供额外的自由度以使用于形成具有特殊性能之波导。
申请公布号 TW455710 申请公布日期 2001.09.21
申请号 TW088116553 申请日期 1999.09.27
申请人 康宁公司 发明人 维卡答艾迪巴加瓦杜拉;罗伯马丁华克
分类号 G02B6/10 主分类号 G02B6/10
代理机构 代理人 吴洛杰 台中巿太原路二段二一五巷一弄八号
主权项 1.一种单模光学波导纤维,其具有径向以及方位性不对称心蕊,其包含:心蕊区域,与外围包层相接触,至少一部份心蕊区域折射率大于至少一部份包层之折射率;波导,其具有与波导长尺寸平行之中心线,以及波导具有至少一个心蕊区段由第一及第二平面所界限,以及一个心蕊区域区段周围与第一及第二平面相交,其中第一及第二平面均包含中心线以及在中心线处形成夹角≦180度,其中心蕊折射率沿着预先选择半径至少一部份r改变,该半径由中心线向外以及垂直地延伸出,以及在至少一个心蕊区段内侧预先选择半径处至少一点心蕊折射率与在至少一个心蕊区段外侧预先选择半径处至少一点心蕊折射率不同2.依据申请专利范围第1项之单模波导,其中心蕊区域为圆柱形以及心蕊区域中一点具有圆柱座标,其包含半径r,方位角,以及中心线高度z,以及心蕊区域半径为r=r0,以及预先选择半径部份在0<r≦r0范围内。3.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中预先选择半径部份为区段r=r2-r1,其中0≦r1<r2以及r2<r0。4.依据申请专利范围第2或3项之单模波导,其中预先选择半径部份位于至少一个区段中沿着半径处,其夹角为0<≦180度。5.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中预先选择半径部份r在0<r≦r0范围内,半径方位角在0<≦360度范围内,以及半径由任何一点沿着中心线划出。6.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中预先选择半径部份为区段r=r2-r1,其中0≦r1<r2以及r2<r0,含有区段半径方位角在0<≦360度范围内,以及半径由任何一点沿着中心线划出。7.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中心蕊具有四个相等体积逆时针方位性地由1至4加以编号之区段,以及每一区段边界平面夹角为90度,区段1及3具有径向变化之折射率,其由函数f(r)界定出;以及区段2及4具有径向变化之折射率,其由函数f(r)界定出。8.依据申请专利范围第7项之单模波导,其中g(r)为阶跃折射率以及f(r)为分布。9.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中心蕊具有四个相等体积之区段,每一区段边平面具有90度夹角,每一区段折射率分布具有半径为rc以及相对折射率为c之中央部份,其延伸于界限区段之平面间,第一环带区域,其与中央部份相接触,其外径为r1,以及相对折射率为1,以及延伸于界限区段之平面间,第二环带区域,其与第一环带相接触,其外径为r2,以及相对折射率为2,以及延伸于界限区段之平面间,第三环带区域,其与第二环带相接触,其外径为r3,以及相对折射率为3,以及延伸于界限区段之平面间,固定折射率之第一体积,其埋嵌于第一区段心蕊中以及由界限区段之部份第一平面界限于其第一部份表面上以及由界限区段之部份第一,第二以及第三环带界限于其第二部份表面上,固定折射率之第二体积,其埋嵌于第一区段心蕊中以及由界限区段之部份第二平面界限于其第一部份表面上以及由界限区段之部份第一,第二以及第三环带界限于其第二部份表面上,其中其余每一三个区段包含埋嵌体积,其具有由埋嵌于第一区段相对体积所界限之表面,其中折射率及半径依循下列不等式0≦rc<r1<r2<r3≦r0以及c≧2>1≧3。10.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中心蕊具有三个区段,每一区段由埋嵌于固定折射率第二玻璃体积之固定折射率第一玻璃体积所构成,其中第一玻璃折射率大于第二玻璃折射率。11.依据申请专利范围第10项之单模波导,其中每一第一玻璃体积为拉伸物体,其具有长向中心轴平行对齐于中心线,其中拉伸物体之垂直断面由圆形,椭圆形,平行四边形种类选取出。12.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中心蕊具有三个区段,以及每一区段包含拉伸玻璃体积,其具有中央部份,第一环带部份围绕着以及接触着中央部份,以及至少一个其他环带部份与环带接触着,至少一个其他环带部份围绕着该环带,其中每一拉伸结构之长向中心轴与中心线平行。13.依据申请专利范围第12项之单模波导,其中中央部份为圆柱形,其半径为rc以及相对折射率为c,以及环带区域为管件,其各别外径为r1及相对折射率为i,其中i=1...n,以及n为环带部份之编号,其中i=偶数时i大于或等于i为奇数之情况。14.依据申请专利范围第2项之单模波导,其中心蕊具有四个区段,每一区段包含相对折射率为1之第一玻璃体积,以及埋嵌于第一玻璃体积之每一区段为折射率为2第二玻璃拉伸体积,其中各别拉伸体积对称性地排列于中心线四周。15.一种制造单模或多模光学波导纤维之方法,其具有径向及方位性不对称性,该方法包含下列步骤:a)制造单模或多模光学波导纤维预制件,其具有长向中心轴,心蕊,以及包层,其中垂直于长向中心轴之预制件任何断面为圆形的;b)研磨,锯断,或去除预制件周边部份以改变预制件表面使得垂直于长向中心轴之预制件任何断面具有之形状实质上等于垂直于长向中心轴预制件任何其他断面形状;c)沿着长向中心轴对预制件加热及抽拉为波导纤维,其具有心蕊,长向中心轴以及圆形断面而垂直于长向中心轴于沿着长向中心轴任何一点处,以产生具有改变形状预制件之波导纤维心蕊。16.依据申请专利范围第15项之方法,其中步骤b)包含形成一个或多个刻纹于预制件表面上。17.依据申请专利范围第16项之方法,其中制造步骤a)包含制造一个区段化心蕊预制件,其包含中央心蕊区域以及至少一个环带部份围绕着以及接触着中央心蕊区域,其中中央区域之相对折射率不同于环带部份之相对折射率以及一个或多个刻纹至少穿过至环带部份内。18.一种制造单模或多模光学波导纤维之方法,其具有径向及方位性不对称性,该方法包含下列步骤:a)制造光学波导纤维预制件,其具有长向中心轴,心蕊,以及包层,其中垂直于长向中心轴之预制件任何断面为圆形的;b)钻孔或研磨或其他方式在波导预制件形成一个或多个洞孔,其沿着长向中心轴延伸;c)沿着长向中心轴对预制件加热及抽拉为波导纤维,其具有心蕊,长向中心轴以及圆形断面而垂直于长向中心轴于沿着长向中心轴任何一点处,以提供具有径向以及方位性不对称波导纤维心蕊。19.一种制造单模或多模光学波导纤维之方法,其具有径向及方位性不对称性,该方法包含下列步骤:a)制造至少两条波导纤维心蕊预制件,其每一条具有长向中心轴;b)将至少两条心蕊预制件插入至由包层玻璃所构成之管件以形成具有长向中心轴之心蕊预制件-管件组件,其中空隙形成于至少两条心蕊预制件边界中以及管件内;c)沿着长向中心轴对组件加热及抽拉为波导纤维,其具有心蕊,长向中心轴以及圆形断面而垂直于长向中心轴于沿着长向中心轴任何一点处,以提供具有径向以及方位性不对称波导纤维心蕊。20.依据申请专利范围第19项之方法,其中更进一步在步骤c)前包含一个步骤:在至少两条心蕊预制件以及管件间形成之空隙中插入包层玻璃,其形状为颗粒,杆件及微球粒种类选取出。21.依据申请专利范围第19项之方法,其中更进一步在步骤a)前包含一个步骤:制造区段化心蕊预制件,其包含中央心蕊区域以及至少一个环带部份围绕着以及接触着中央心蕊区域,其中中央区域之相对折射率不同于环带部份之相对折射率不同。22.一种多模光学波导纤维,其具有径向以及方位性不对称心蕊,其包含:心蕊区域与包层围绕着及接触着,至少一部份心蕊区域,其折射率大于至少一部份包层之折射率;波导,其具有与波导长尺寸平行之中心线,以及波导具有四个心蕊区段,每一区段由第一及第二平面所界限,及一个心蕊区域周围与第一及第二平面相交,其中每一第一及第二平面包含中心线及在中心线处形成夹角≦180度,其中心蕊区域为圆柱形以及在心蕊区域中一点具有圆柱座标,其包含半径r,方位角,以及中心线高度z,以及心蕊区域半径为r=r0,以及折射率沿着0<r≦r0范围内半径部份r变化,其中四个心蕊区段具有相等体积,其由1至4逆时针方向方位性地加以编号,以及每一区段边界平面夹角为90度,区段1及3具有径向变化之折射率,其由函数f(r)界定出;以及区段2及4具有径向变化之折射率,其由函数f(r)界定出。23.依据申请专利范围第22项之波导,其中g(r)为阶跃折射率以及f(r)为分布。24.依据申请专利范围第22项之波导,其中四个心蕊区段为相等之体积,每一区段边界平面具有90度夹角,每一区段折射率分布具有半径为rc以及相对折射率为c之中央部份,其延伸于界限区段之平面间,第一环带区域,其与中央部份相接触,其外径为r1,以及相对折射率为1,以及延伸于界限区段之平面间,第二环带区域,其与第一环带相接触,其外径为r2,以及相对折射率为2,以及延伸于界限区段之平面间,第三环带区域,其与第二环带相接触,其外径为r3,以及相对折射率为3,以及延伸于界限区段之平面间,固定折射率之第一体积,其埋嵌于第一区段之心蕊中以及由界限区段之部份第一平面界限于其第一部份表面上以及由界限区段之部份第一,第二以及第三环带界限于其第二部份表面上,固定折射率之第二体积,其埋嵌于第一区段心蕊中及由界限区段之部份第二平面界限于其第一部份表面上以及由界限区段之部份第一,第二以及第三环带界限于其第二部份表面上,其中其余每一三个区段包含埋嵌体积,其具有由埋嵌于第一区段相对体积所界限之表面,其中折射率及半径依循下列不等式0≦rc<r1<r2<r3≦r0以及c≧2>1≧3。25.依据申请专利范围第22项之波导,其中每一四个心蕊区段包含折射率为1第一玻璃体积,及埋嵌于每一区段第一玻璃体积中,第一区段玻璃体积为折射率为2之第二玻璃拉伸体积,其中各别拉伸体积对称地排列于中心线四周。26.一种多模光学波导纤维,其具有径向以及方位性不对称心蕊,其包含:心蕊区域,其与外围包层接触着,至少一部份心蕊区域折射率大于至少一部份包层之折射率;波导,其具有与波导长尺寸平行之中心线,以及波导具有四个心蕊区段,每一区段由第一及第二平面所界限,以及一个区段心蕊区域周围与第一及第二平面相交,其中每一第一及第二平面包含中心线及在中心线处形成夹角≦180度,其中心蕊区域为圆柱形以及在心蕊区域中一点具有圆柱座标,其包含半径r,方位角,以及中心线高度z,以及心蕊区域半径为r=r0,以及折射率沿着0<r≦r0范围内之半径部份r变化,其中心蕊具有三个区段,以及每一区段由固定折射率第一玻璃体积所构成,其埋嵌于固定折射率之第二玻璃体积中,其中第一玻璃之折射率大于第二玻璃之折射率。27.依据申请专利范围第26项之波导,其中每一第一玻璃体积为拉伸物体,其具有长向中心轴平行对齐于中心线,其中拉伸物体之垂直断面由圆形,椭圆形,平行四边形种类选取出。28.依据申请专利范围第26项之波导,其中每一三个心蕊区段包含拉伸玻璃体积,其具有中央部份,第一环带部份围绕着以及接触着中央部份,以及与环带部份相接触之至少一个其他环带,至少一个其他环带部份围绕着该环带部份,其中每一拉伸结构之长向中心轴与中心线平行。29.依据申请专利范围第28项之波导,其中中央部份为圆柱形,其半径为rc以及相对折射率为c,以及环带区域为管件,其各别外径为ri及相对折射率为i,其中i=1...n,以及n为环带部份之编号,其中i=偶数时i大于或等于i为奇数之情况。图式简单说明:第一图甲,第一图乙,第一图丙为具有新颖的中央心蕊设计之波导或预制件实施例断面图。第二图甲,第二图乙,第二图丙为具有埋嵌心蕊设计之波导或预制件实施例断面图。第三图为含有空隙新颖的波导或预制件之断面图。第四图甲,第四图乙,第四图丙及第四图丁显示出抽拉后预制件外侧形状转变为心蕊之断面图。第五图甲及第五图乙以断面显示出对预制件空隙之心蕊形状影响。第六图甲,第六图乙,第七图甲,以及第七图乙显示出预制件心蕊以及管件组件以及抽拉组件后所形成波导之断面。第八图甲及第八图乙显示出沟槽化区段化心蕊预制件以及所在抽拉后形成波导纤维之断面图。
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