МНОГОСЕРДЦЕВИННОЕ ВОЛОКНО ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ, ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР И ВОЛОКОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК G02B6/36 H01S3/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к технологии оптического усиления и технологии оптической генерации и, в частности, относится к устройству оптической накачки, которое является объединителем оптического пучка накачки и оптического сигнала, и относится к многосердцевинному волокну, которое является компонентом упомянутого устройства, и способу его изготовления, устройству оптической накачки, которое использует многосердцевинное волокно, и волоконному лазеру и волоконному усилителю, который использует устройство оптической накачки.

Приоритет заявлен по заявке на японский патент №2007-120271 от 27 апреля 2007 г., содержание которой включено в настоящую заявку путем отсылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В качестве устройства оптической накачки обычно предлагали объединитель накачки, который использует капиллярную трубку с несколькими отверстиями (смотри, например, непатентный документ 1).

Кроме того, в качестве объединителя оптического пучка накачки и оптического сигнала предлагалась, например, технология, описанная в патентных документах 1-7.

[Непатентный документ 1] Tanaka, Tanigawa, Nakai, Sakai, Himeno, «Pump Combiner that utilizes capillary for designing flexibility», Proceedings of the IEICE General Conference, B-13-29, 2006.

[Патентный документ 1] Нерассмотренная заявка на японский патент, первая публикация № Н07-140346

[Патентный документ 2] Нерассмотренная заявка на японский патент, первая публикация № Н06-67055

[Патентный документ 3] Нерассмотренная заявка на японский патент, первая публикация № Н06-235841

[Патентный документ 4] Патент США №5,268,979

[Патентный документ 5] Патент США №5,339,372

[Патентный документ 6] Патент США №7,016,573

[Патентный документ 7] Патент США №5,129,021

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако упомянутый известный уровень техники сопряжен со следующими проблемами.

Капиллярная трубка с несколькими отверстиями (установочный элемент), которая описана в непатентном документе 1, по существу, выполнена из почти чистого диоксида кремния, аналогичного материалу, входящему в состав подлежащих вставке оптических волокон, и температура размягчения установочного элемента в расчет не принималась.

В случае, если температура размягчения подлежащих вставке оптических волокон и температура размягчения установочного элемента одинаковы, или температура размягчения установочного элемента выше, то, из-за размягчения оптических волокон почти в одно время или раньше установочного элемента, при соединении в одно целое сплавлением при нагревании, вызываются (А) деформация формы поперечного сечения вставленных волокон и (В) изгиб вставленных волокон. В связи с этим, возникают следующие проблемы: (1) числовая апертура (NA) волокна, которое направляет оптический пучок накачки, возрастает, и потери в неразъемном соединении между многосердцевинным волокном и переходным волокном или волокном с двойной оболочкой позади него возрастают, и (2) из-за того, что вставленные волокна оказываются соединенными в одно целое сплавлением в изогнутом состоянии, появляются (или возрастают) потери оптического сигнала и оптического пучка накачки, вызванные изгибом. Соответственно, капиллярная трубка с несколькими отверстиями, выполненная из диоксида кремния, которая описана в непатентном документе 1, имеет вышеописанные проблемы (1) и (2).

Во всех устройствах, которые описаны в патентных документах 1-5, установочный элемент не является структурой с несколькими отверстиями.

Устройство, описанное в патентном документе 6, содержит систему связывания в пучок оптических волокон в капиллярной трубке с одним отверстием, при этом установочный элемент, имеющий структуру с несколькими отверстиями, не упоминается. Кроме того, в патентном документе 6 отсутствует информация, касающаяся температуры размягчения материала и т.п.

Устройство, описанное в патентном документе 7, имеет конструкцию, не учитывающую температуру размягчения. Данное устройство имеет также такую конструкцию, которая обеспечивает соединение посредством растягивания самой капиллярной трубки, а не многосердцевинного волокна такого типа, который сращивается с волокном с двойной оболочкой, которое содержит сердцевину, легированную редкоземельным элементом, через отдельно растягиваемое переходное волокно.

Настоящее изобретение создано с учетом вышеописанных обстоятельств и имеет целью обеспечения недорогого многосердцевинного волокна с высокими характеристиками и незначительной деформацией оптических волокон при соединении в одно целое сплавлением установочного элемента и оптических волокон.

СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Для достижения упомянутой цели, настоящее изобретение обеспечивает многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки, получаемое вставкой множества оптических волокон в установочный элемент и соединением в одно целое нагревом, при этом установочный элемент образован из материала, который имеет температуру размягчения ниже, чем температура размягчения оптических волокон, которые вставляют в отверстия, обеспеченные в установочном элементе.

В предпочтительном варианте, в многосердцевинном волокне для устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, установочный элемент выполнен из фторсиликатного стекла.

В предпочтительном варианте, в многосердцевинном волокне для устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, установочный элемент представляет собой капиллярную трубку с несколькими отверстиями.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления многосердцевинного волокна для устройства оптической накачки, по которому получают многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, и который содержит этап вставки множества оптических волокон в установочный элемент и этап выполнения соединения в одно целое сплавлением с использованием термического процесса.

В предпочтительном варианте, в способе изготовления многосердцевинного волокна для устройства оптической накачки, термический процесс использует газовую горелку.

В предпочтительном варианте, в способе изготовления многосердцевинного волокна для устройства оптической накачки, при термическом процессе используется нагревание лазером.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает устройство оптической накачки, в котором применяют многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает волоконный лазер, в котором применяют устройство оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает волоконный усилитель, в котором применяют устройство оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением.

ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением (именуемый далее многосердцевинным волокном) использует в качестве установочного элемента материал с температурой размягчения ниже, чем у оптических волокон. Соответственно, когда оптические волокна вставляют в установочный элемент и нагревают для соединения в одно целое сплавлением, поскольку установочный элемент деформируется прежде оптических волокон, то можно предотвратить деформацию оптических волокон. В результате, 1) потери оптического пучка накачки можно уменьшить предотвращением некруглости оптических волокон, 2) потери оптического сигнала/оптического пучка накачки можно уменьшить предотвращением изгиба оптических волокон, и 3) благодаря упомянутым возможностям, можно повысить выход годного многосердцевинного волокна.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить недорогое многосердцевинное волокно с высокими характеристиками.

В многосердцевинном волокне в соответствии с настоящим изобретением, при изготовлении установочного элемента из фторсиликатного стекла, температуру размягчения можно значительно снизить, и поэтому изготовление облегчается. Поэтому, фторсиликатное стекло особенно предпочтительно в качестве материала для установочного элемента, используемого в настоящем изобретении. При использовании установочного элемента, выполняемого из фторсиликатного стекла, удешевляется изготовление установочного элемента, и обеспечивается возможность высокого выхода годных изделий.

Кроме того, при использовании установочного элемента, выполняемого из фторсиликатного стекла, так как показатель преломления участка установочного элемента становится ниже, чем кварцевого стекла, которое образует оптическое волокно, можно оптимизировать волноводную структуру многосердцевинного волокна.

Для многосердцевинного волокна в соответствии с настоящим изобретением, при использовании капиллярной трубки с несколькими отверстиями в качестве установочного элемента, изготовление многосердцевинного волокна облегчается, и можно обеспечить недорогой установочный элемент.

Поскольку способ изготовления многосердцевинного волокна в соответствии с настоящим изобретением является способом, по которому многосердцевинное волокно получают вставкой множества оптических волокон в установочный элемент и выполнением соединения в одно целое сплавлением с использованием термического процесса, то можно изготавливать недорогое многосердцевинное волокно с высокими характеристиками.

В способе изготовления в соответствии с настоящим изобретением, в случае применения газовой горелки для термического процесса, технологическое оборудование упрощается. Кроме того, создается возможность локального нагрева. Удобно также управлять пламенем.

В способе изготовления в соответствии с настоящим изобретением, в случае применения лазерного нагрева для термического процесса, качество локального нагрева намного повышается, и управляемость совершенствуется.

Поскольку устройство оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением использует недорогое многосердцевинное волокно с низкими вносимыми потерями, как упоминалось выше, то можно обеспечить недорогое устройство оптической накачки с высокими характеристиками.

Поскольку волоконный лазер в соответствии с настоящим изобретением использует вышеупомянутое недорогое устройство оптической накачки с высокими характеристиками, то можно обеспечить недорогой волоконный лазер с высокими характеристиками.

Поскольку волоконный усилитель в соответствии с настоящим изобретением использует вышеупомянутое недорогое устройство оптической накачки с высокими характеристиками, то можно обеспечить недорогой волоконный усилитель с высокими характеристиками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - изображение одного варианта осуществления устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, при этом на фиг.1(а) представлен вид сбоку устройства оптической накачки, и на фиг.1(b) представлено сечение, взятое по линии А-А' на фиг.1(а).

Фиг.2 - поперечные сечения, которые представляют примеры схем расположения волокон многосердцевинное волокно в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - поперечное сечение, которое иллюстрирует пример схемы расположения волокон многосердцевинное волокно в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - гистограмма, которая показывает результат в соответствии с вариантом осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПОЗИЦИЙ

20 - устройство оптической накачки

21 - сигнальный канал

22 - канал накачки

23 - капиллярная трубка с несколькими отверстиями

24 - многосердцевинное волокно

25 - волокно с двойной оболочкой

26 - сужающийся участок

27 - переходное волокно

28 - обжатый участок

29, 30 - место сращивания

40А, 40В, 40С, 40D, 40Е, 40F, 40G - многосердцевинное волокно

41А, 41В, 41С, 41D, 41Е, 41F, 41G - капиллярная трубка с несколькими отверстиями

42 - сигнальный канал

43 - сердцевина сигнального канала

44 - оболочка сигнального канала

45 - канал накачки

46 - сердцевина канала накачки

47 - оболочка канала накачки

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено описание варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи.

Фиг.1 является чертежом, который представляет один вариант осуществления устройства оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, при этом, на фиг.1(а) представлен вид сбоку устройства 20 оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.1(b) представлено сечение, взятое по линии А-А' устройства оптической накачки, показанного на фиг.1(а). Устройство 20 оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением образовано сращиванием многосердцевинного волокна 24 и волокна 25 с двойной оболочкой, которое содержит оболочку, легированную редкоземельным элементом, для оптической накачки через переходное волокно 27, которое состоит из волокна с двойной оболочкой, содержащего сужающийся участок 26. В данном случае, многосердцевинное волокно 24 сформировано вставкой сигнального канала 21 и множества каналов 22 накачки в качестве каналов ввода в капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями и обжимом участков с зазорами. В данном случае, сигнальный канал 21 является дистальным концевым участком оптического волокна для оптического сигнала, каналы 22 накачки являются дистальными концевыми участками оптических волокон для оптического пучка накачки и капиллярная трубка 23 с несколькими отверстиями состоит из стекла с температурой размягчения ниже, чем температуры размягчения оптических волокон.

Вышеупомянутое многосердцевинное волокно 24 имеет структуру, в которой сигнальный канал 21 и множество каналов 22 накачки вставлены в капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями, и ее участок нагревают для обжима участка с зазорами таким образом, что формируется объединенный в одно целое обжатый участок 28. В данном случае, капиллярная трубка 23 с несколькими отверстиями является установочным элементом, который состоит из стекла с температурой размягчения ниже, чем у оптических волокон, и который содержит множество мелких отверстий, в которых каналы ввода (сигнальный канал 21 и множество каналов 22 накачки) размещают так, чтобы они были точно выставлены в трех измерениях.

Как показано на фиг.1(b), в капиллярной трубке 23 с несколькими отверстиями, которая имеет цилиндрическую форму, сформированы 19 мелких отверстий для вставки каналов с плотной подгонкой. Затем сигнальный канал 21 вставляют в центральное отверстие данной капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, и 18 каналов 22 накачки, в частности, шесть каналов накачки первого слоя и 12 каналов накачки второго слоя, вставляют в отверстия, расположенные по их периферии. Соответственно, получают структуру, в которой капиллярная трубка 23 с несколькими отверстиями и каналы ввода соединяются в одно целое на обжатом участке 28. Следует отметить, что, хотя, на фигуре не показано, другая торцовая сторона каждого канала 22 накачки сращена с выходным торцом источника оптического пучка накачки, например лазерного диода (LD) или чего-то подобного, чтобы иметь возможность распространять оптический пучок накачки, имеющий конкретную длину волны от источника оптического пучка накачки к данному устройству 20 оптической накачки.

Вышеупомянутое многосердцевинное волокно 24 можно выполнять из материала, в котором, один или два, или большее число элементов, которые выбраны из группы, которая состоит из фтора, фосфора, бора, германия, алюминия и хлора (фосфор, бор, германий, алюминий присутствуют в кварцевом стекле в форме оксидов) вводят в кварцевое стекло, и, из упомянутых материалов, особенно предпочтительно фторсиликатное стекло. При изготовлении установочного элемента из фторсиликатного стекла можно значительно снизить температуру размягчения, и, тем самым, облегчается изготовление многосердцевинного волокна. При использовании капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, выполненной из фторсиликатного стекла, изготовление многосердцевинного волокна удешевляется, и возможен высокий выход годных изделий. Кроме того, поскольку, при использовании капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, выполненной из фторсиликатного стекла, показатель преломления участка капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями становится ниже, чем у кварцевого стекла, которое образует оптическое волокно, то волноводная структура многосердцевинного волокна оптимизируется.

Хотя число мелких отверстий капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями не ограничено, на практике их число равно, по меньшей мере, 3 или, максимум, 100.

Из сигнального канала 21 и множества каналов 22 накачки, которые являются оптическими волокнами, вставленными в отверстия капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, диаметр сердцевины оптического волокна для сигнального канала 21 составляет, предпочтительно, 4,5 мкм - 30 мкм. Кроме того, диаметр сердцевины оптического волокна для каналов 22 накачки составляет, предпочтительно, 50 мкм - 110 мкм.

В качестве способа изготовления капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, можно применить способ, по которому вставляют множество оптических волокон (сигнальный канал 21 и множество каналов 22 накачки) в отверстия капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, выполненной из стекла с низкой температурой размягчения, например, фторсиликатного стекла, и выполняют соединение в одно целое сплавлением с использованием термического процесса. По этому способу можно изготовить недорогое многосердцевинное волокно с высокими характеристиками.

Для термического процесса можно применить газовую горелку, например кислородно-водородную горелку или ацетиленовую горелку, или что-то подобное, электронагревательную спираль, или нагрев лазером, например лазером на CO₂ или чем-то подобным. Из вышеупомянутого предпочтительны газовая горелка или нагрев лазером.

В случае применения газовой горелки для термического процесса в способе изготовления в соответствии с настоящим изобретением, технологическое оборудование упрощается. Кроме того, создается возможность локального нагрева. Удобно также управлять пламенем.

В способе изготовления в соответствии с настоящим изобретением, при применении лазерного нагрева для термического процесса, качество локального нагрева намного повышается, и управляемость совершенствуется.

Внешний диаметр многосердцевинного волокна 24, получаемого с помощью упомянутого способа изготовления, зависит от числа отверстий (то есть числа вставляемых каналов 22 накачки), но, обычно, составляет от 400 мкм до 2000 мкм.

Переходное волокно 27 должно обладать способностью эффективного распространения света, который распространяется по многосердцевинному волокну 24 в волокно 25 с двойной оболочкой для оптической накачки, и, например, применяют волокно с двойной оболочкой или что-то подобное, которое имеет внешний диаметр, соответствующий внешнему диаметру дистальной торцевой поверхности многосердцевинного волокна 24. Сужающийся участок 26, который сформирован на данном переходном волокне 27, формируют нагреванием и вытягиванием одного конца переходного волокна 27, и постепенным уменьшением внешнего диаметра волокна. Внешний диаметр торцевой поверхности сужающегося участка 26 предпочтительно равен внешнему диаметру волокна 25 с двойной оболочкой, сращенному с упомянутой поверхностью.

Сращивание в месте 29 сращивания между многосердцевинным волокном 24 и переходным волокном 27 и в месте 30 сращивания между переходным волокном 27 и волокном 25 с двойной оболочкой выполняется сплавлением для обеспечения долговременной механической прочности. Тем самым, устраняется необходимость нанесения просветляющих покрытий и т.п. на участках сращивания, что приводит к сокращению числа этапов изготовления и к возможности повышения мощности света. Кроме того, получают стабильные оптические характеристики с незначительными флуктуациями со временем. Источник тепла, применяемый для сращивания сплавлением в местах 29 и 30 сращивания, содержит дуговой разряд, лазер на СО₂, кислородно-водородную горелку и т.п.

В устройстве 20 оптической накачки в соответствии с настоящим вариантом осуществления, оптический пучок накачки вводят в волокно 25 с двойной оболочкой через переходное волокно 27 через множество каналов 22 накачки многосердцевинного волокна 24, чтобы возбуждать ионы редкоземельных элементов, которые добавлены в сердцевину упомянутого волокна 25 с двойной оболочкой. Затем, когда оптический сигнал вводят через сигнальный канал 21, в волокне 25 с двойной оболочкой происходит оптическая накачка, и усиленный свет выводится из другой торцовой стороны (выходного торца), не показанной, волокна 25 с двойной оболочкой. Данное устройство 20 оптической накачки может относиться к волоконному усилителю или волоконному лазеру и т.п. В частности, поскольку оптический пучок накачки из множества каналов 22 накачки можно эффективно вводить в волокно 25 с двойной оболочкой для оптической накачки, то можно обеспечить волоконный усилитель, который обладает способностью усиления мощного оптического излучения, или мощный волоконный лазер.

Устройство 20 оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением выполнено сращиванием многосердцевинного волокна 24, полученного связыванием в пучок дистальных концевых участков каналов ввода (сигнального канала 21 и множества каналов 22 накачки) посредством капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, с волокном 25 с двойной оболочкой для оптической накачки через переходное волокно 27, которое содержит сужающийся участок 26. Соответственно, так как облегчается точная трехмерная установка каналов ввода, и сращивание можно выполнить без деформации каналов ввода, то можно эффективно вводить оптический сигнал и оптический пучок накачки в волокно 25 с двойной оболочкой для оптической накачки.

В соответствии с настоящим изобретением, чтобы легко соединять в одно целое каналы ввода (сигнальный канал 21 и множество каналов 22 накачки), применяют капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями. После вставки оптических волокон, как соответствующих каналов, в отдельно сформированные отверстия капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями, зону вблизи ее концевого участка нагревают для обжима только участка с зазорами, которые существуют между отверстиями капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями и каналами ввода, и, тем самым, соединения их в одно целое, посредством чего формируется многосердцевинное волокно 24. Соответственно, облегчается выравнивание множества оптических волокон в трех измерениях. Кроме того, поскольку капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями изготавливают из материала, имеющего температуру размягчения ниже, чем у оптических волокон, то, когда оптические волокна вставляют в капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями и нагревают как волокна, так и трубку для объединения их в одно целое сплавлением, капиллярная трубка 23 с несколькими отверстиями деформируется раньше оптических волокон и, поэтому, можно предотвратить деформацию оптических волокон. В результате, 1) потери оптического пучка накачки можно уменьшить предотвращением некруглости оптических волокон, 2) потери оптического сигнала/оптического пучка накачки можно уменьшить предотвращением изгиба оптических волокон, и 3) благодаря упомянутым возможностям, можно повысить выход годного многосердцевинного волокна.

Соответственно, при использовании данной капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями можно обеспечить недорогое многосердцевинное волокно с высокими характеристиками.

Если применяют структуру, которая объединяет в одно целое каналы ввода с использованием капиллярной трубки 23 с несколькими отверстиями описанного типа, то, путем соответствующего подбора числа и схемы расположения отверстий, сформированных в капиллярной трубке 23 с несколькими отверстиями, можно легко справиться с перспективными требованиями к увеличению числа каналов накачки. Возможно также устранение деформации каналов накачки в процессе обжима и соединения в одно целое. Кроме того, поскольку можно по отдельности оптимизировать профиль переходного волокна 27, например, внешний диаметр оболочки, диаметр сердцевины, длину сужающегося участка, внешний диаметр сужающегося участка, диаметр поля моды, относительную разность показателей преломления и т.п., то можно также сравнительно легко выполнить требования к увеличению числа каналов 22 накачки.

Кроме того, следует сформулировать преимущества применения капиллярной трубки с несколькими отверстиями. В известных технических устройствах единственной возможной схемой расположения каналов накачки является расположение в виде плотно упакованной структуры из оптических волокон каналов накачки. В результате, когда число каналов накачки равно шести или менее, оптический пучок накачки можно эффективно вводить в волокно накачки с оболочкой в известных технических устройствах. Однако, когда число каналов накачки больше семи, схема расположения каналов накачки, из-за плотно упакованной структуры, становится такой же структурой, как 18-канальная структура. Кроме того, как упоминалось выше, в 18-канальной структуре имеет место большая деформация каналов накачки, что усложняет изготовление.

При этом в устройстве 20 оптической накачки в соответствии с настоящим изобретением применяется многосердцевинное волокно 24, который использует капиллярную трубку 23 с несколькими отверстиями и, при соответствующем построении ее структуры с несколькими отверстиями, может обеспечить структуру накачки с любым данным числом каналов. На фиг.2 представлены для примера структуры размещения каналов накачки в многосердцевинных волокнах, которые используют капиллярные трубки с несколькими отверстиями в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.2 позиции 40А-40F обозначают многосердцевинные волокна, позиции 41А-41F обозначают капиллярные трубки с несколькими отверстиями, позиция 42 обозначает сигнальный канал, позиция 43 обозначает сердцевину сигнального канала, позиция 44 обозначает оболочку сигнального канала, позиция 45 обозначает канал накачки, позиция 46 обозначает оболочку канала накачка, и позиция 47 обозначает оболочку канала накачки. В примерах, показанных на фиг.2, одномодовое оптическое волокно применяется для сигнального канала 42, и многомодовое оптического волокно применяется для каналов 45 накачки.

Многосердцевинное волокно 40А, показанное на фиг.2(а), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в 18 отверстий, состоящих, в совокупности, из шести отверстий первого слоя и 12 отверстий второго слоя, расположенных по периферии сигнального канала 42, с использованием капиллярной трубки 41А с несколькими отверстиями, содержащей 19 отверстий и имеющей плотно упакованную структуру.

Многосердцевинное волокно 40В, показанное на фиг.2(b), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в восемь отверстий, расположенных по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 41В с несколькими отверстиями, содержащей, в совокупности, девять отверстий, из которых одно отверстие расположено по центру, и восемь отверстий находятся на небольшом расстоянии от периферии центрального отверстия.

Многосердцевинное волокно 40С, показанное на фиг.2(с), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в восемь отверстий первого и второго слоев, расположенных по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 41C с несколькими отверстиями, содержащей девять отверстий, из которых одно отверстие находится по центру, четыре отверстия первого слоя расположены смежно с периферией центрального отверстия, и четыре отверстия второго слоя находятся на небольшом расстоянии от центра.

Многосердцевинное волокно 40D, показанное на фиг.2(d), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в девять отверстий первого и второго слоев, расположенных по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 41D с несколькими отверстиями, содержащей 10 отверстий, из которых одно отверстие находится по центру, три отверстия первого слоя расположены смежно с периферией центрального отверстия, и шесть отверстий второго слоя обеспечены на их внешней периферии.

Многосердцевинное волокно 40Е, показанное на фиг.2(е), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в 12 отверстий первого и второго слоев, расположенных по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 41Е с несколькими отверстиями, содержащей 13 отверстий, из которых одно отверстие находится по центру, шесть отверстий первого слоя расположены смежно с периферией центрального отверстия, и шесть отверстий второго слоя обеспечены на их внешней периферии.

Многосердцевинное волокно 40F, показанное на фиг.2(f), имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в шесть отверстий, расположенных по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 41F с несколькими отверстиями, содержащей семь отверстий, из которых одно отверстие находится по центру, и шесть отверстий первого слоя расположены смежно с периферией центрального отверстия.

На фиг.3 представлен чертеж, который показывает другую структуру размещения, при этом данный вариант осуществления имеет структуру размещения каналов накачки, в которой сигнальный канал 42 вставляют в центральное отверстие, и каналы 45 накачки вставляют в девять отверстий первого слоя по периферии центрального отверстия, с использованием капиллярной трубки 40G с несколькими отверстиями, содержащей 10 отверстий, из которых одно отверстие находится по центру, и девять отверстий первого слоя обеспечены на небольшом удалении от периферии центрального отверстия.

Варианты осуществления

Испытание 1

Изготовили многосердцевинные волокна в соответствии с вариантом осуществления 1 по варианту осуществления 12, имеющие структуры размещения каналов накачки, показанные на фиг.2 и 3. Подробные сведения об упомянутых световодах представлены в таблице 1.

Следует отметить, что в таблице «Δ» означает относительную разность между показателем преломления материала капиллярной трубки с несколькими отверстиями и показателем преломления чистого кварцевого стекла.

Кроме того, овальность оптического пучка накачки получали измерением степени некруглости каждой сердцевины посредством измерения под оптическим микроскопом излучающей торцовой поверхности многосердцевинного волокна.

Кроме того, потери при введении оптического пучка накачки вычисляют путем измерения количества света на входе и количества света на выходе устройства оптической накачки, изготовленного с использованием многосердцевинного волокна, и затем получения их отношения.

Кроме того, усиление потерь в оптическом сигнале после объединения получали на основе изменений количества света до и после объединения путем контроля временных флуктуаций количества проходящего света в сигнальном канале на этапе объединения.

Согласно таблице, многосердцевинные волокна от варианта осуществления 1 по варианту осуществления 12 по настоящему изобретению, независимо от структуры размещения каналов накачки, могут ослаблять эффекты от деформации, например изгиба оптических волокон, и направлять сигнальное излучение и оптический пучок накачки с низкими потерями.

Для реальных задач, с учетом таблицы, можно применять установочный элемент с некоторой концентрацией примеси фтора, которая обеспечивает относительную разность показателей преломления от -0,25% до -0,35% с кварцевым стеклом.

Испытание 2

На основе условий изготовления многосердцевинного волокна согласно варианту осуществления 2, исследовали распределение вероятности усиления потерь в оптическом волокне после объединения, в случае применения капиллярной трубки с несколькими отверстиями (фторсиликатной капиллярной трубки с несколькими отверстиями) с 19 отверстиями, выполненной из фторсиликатного стекла, описанной в варианте осуществления 2, и в случае применения чисто кварцевой капиллярной трубки с 19 отверстиями, выполненной из чисто кварцевого стекла. Результат представлен на гистограмме на фиг.4.

Из результатов, представленных на фиг.4, уровень роста потерь существенно снижался в случае применения капиллярной трубки из фторсиликатного стекла, в сравнении со случаем применения капиллярной трубки из чисто кварцевого стекла, что подтверждает получение группы изделий, в которой возможно снижение потерь и повышение выхода годных изделий.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

В соответствии с настоящим изобретением создана возможность обеспечения недорогого многосердцевинного волокна с высокими характеристиками, с незначительной деформацией оптических волокон при соединении сплавлением установочного элемента и оптических волокон.

Многосердцевинное волокно получают вставкой множества оптических волокон в установочный элемент и соединением в одно целое нагревом. При этом установочный элемент является капиллярной трубкой с множеством отверстий и образован из материала, который имеет температуру размягчения ниже, чем температура размягчения оптических волокон, которые вставляют в отверстия, обеспеченные в установочном элементе. Часть капиллярной трубки с множеством отверстий обжата для формирования обжатого участка. Капиллярная трубка с множеством отверстий и оптические волокна соединены в одно целое в обжатом участке. Технический результат заключается в повышении характеристик и уменьшении деформации оптических волокон. 5 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки, полученное вставкой множества оптических волокон в установочный элемент и соединением в одно целое нагревом, при этом установочный элемент является капиллярной трубкой с множеством отверстий и образован из материала, который имеет температуру размягчения ниже, чем температура размягчения оптических волокон, которые вставляют в отверстия, обеспеченные в установочном элементе, часть капиллярной трубки с множеством отверстий обжата для формирования обжатого участка, и капиллярная трубка с множеством отверстий и оптические волокна соединены в одно целое в обжатом участке.

2. Многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки по п.1, в котором установочный элемент выполнен из фторсиликатного стекла.

3. Многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки по п.2, в котором концентрация примеси фтора во фторсиликатном стекле обеспечивает относительную разность показателей преломления с кварцевым стеклом, составляющую от -0,25% до -0,35%.

4. Способ изготовления многосердцевинного волокна для устройства оптической накачки, согласно которому получают многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки по п.1, при этом способ содержит следующие этапы: вставляют множество оптических волокон в установочный элемент и выполняют соединение в одно целое сплавлением с использованием термического процесса.

5. Устройство оптической накачки, содержащее многосердцевинное волокно для устройства оптической накачки по п.1.

6. Волоконный лазер, содержащий устройство оптической накачки по п.5.

7. Волоконный усилитель, содержащий устройство оптической накачки по п.5.