РАЗГРАНИЧИТЕЛЬ ПЛАВЛЕНИЯ ВОЛОКНА, ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР И ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2012 года по МПК G02B6/00 H01S3/67 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к разграничителю плавления волокна, волоконному лазеру и оптической линии передачи, и этот разграничитель может разграничивать плавление волокна в оптической линии передачи, волоконно-оптическом лазере и т.п., через которые распространяется свет большой мощности, и может предотвращать повреждение передающего оборудования, источника света и т.п.

Испрашивается приоритет согласно заявке №2008-216485 на патент Японии, поданной 26 августа 2008 года, содержание которой включено в эту заявку путем ссылки.

Уровень техники

В последние годы в области оптической связи по мере повышения пропускной способности возрастает интенсивность (мощность) света, который распространяется по оптическим волокнам. Кроме того, в волоконно-оптических лазерах в связи с тем, что выходная мощность волоконно-оптических лазеров повышается, свет большой мощности в диапазоне от нескольких сотен ватт до нескольких тысяч ватт распространяется по оптическим волокнам.

В оптических волокнах, по которым распространяется свет большой мощности, существует возможность возникновения плавления волокна вследствие перегрева, вызываемого частицами пыли и т.п., прилипающими к торцевым поверхностям их, или перегрева, вызываемого локальным изгибом оптического волокна, что приводит к повреждению не только оптических волокон, но также и устройств или установок, соединенных с оптическими волокнами (см., например, непатентные документы 1 и 2).

На фиг.1 и 2 соответственно показаны вид сбоку и сечение, иллюстрирующие одномодовое оптическое волокно, по которому проходит плавление волокна. На чертеже позицией 10 обозначено оптическое волокно, позицией 11 обозначена сердцевина и позицией 12 обозначена оболочка. Как показано на чертежах, в оптическом волокне 10, по которому проходит плавление волокна, периодически возникают пустоты 1 в центральной сердцевине 11. Поскольку пустоты препятствуют распространению света по оптическому волокну, прохождение плавления волокна создает неустранимую преграду для системы связи, волоконно-оптического лазера и т.п. После того как плавление волокна возникает, оно будет продолжать проходить по оптическому волокну, и волноводная структура оптического волокна будет повреждаться до тех пор, пока интенсивность света, распространяющегося по оптическому волокну, не упадет ниже порогового значения. Порог интенсивности оптического излучения изменяется в зависимости от структуры оптического волокна и т.п. В настоящем описании пороговое значение интенсивности оптического излучения для разграничения плавления волокна называется «пороговым значением плавления волокна».

Что касается способов разграничения плавления волокна на середине пути оптического волокна для защиты оптических линий передачи или установок, то известны следующие способы.

В патентном документе 1 описан способ разграничения плавления волокна, в котором плотность мощности в сердцевине снижают частичным увеличением диаметра поля моды части одномодового оптического волокна.

В патентном документе 2 описана волоконно-оптическая линия передачи, в которой градиентное оптическое волокно введено в середину волоконно-оптической линии передачи для образования участка с увеличенной сердцевиной и тем самым разграничения явления плавления волокна.

В патентном документе 3 описан способ разграничения явления плавления волокна путем введения в середину линии передачи оптического аттенюатора в виде фотонно-кристаллического волокна.

В непатентном документе 3 описано, что плавление волокна можно разграничивать, осуществляя травление оболочки оптического волокна до получения небольшого наружного диаметра оптического волокна, приблизительно равного удвоенному диаметру поля моды. Например, в случае, если диаметр поля моды 9,5 мкм, то когда наружный диаметр находится в пределах от 10,5 до 33 мкм, плавление волокна может быть разграничено. В дополнение к этому в непатентном документе 3 описано, что наружный диаметр протравленного участка оптического волокна, необходимого для разграничения плавления волокна, оказывает небольшое влияние на интенсивность излучения лазера.

В непатентном документе 4 рассмотрены относящиеся к плавлению волокна характеристики «микроструктурированного волокна», которое снабжено центральным участком, окруженным 30 каналами (имеющими диаметры около 1 мкм и расстояние между центрами около 2 мкм), и позволяет осуществлять одномодовое распространение с диаметром поля моды около 2 мкм на длине волны 1,06 мкм. Согласно непатентному документу 4 пороговое значение плавления волокна для «микроструктурированного волокна» превышает больше чем в 10 раз пороговое значение для обычного одномодового оптического волокна, имеющего приблизительно такой же диаметр поля моды.

Что касается способа сращивания сплавлением дырчатого оптического волокна, которое включает в себя в центральной части сердцевину с более высоким показателем преломления, чем показатель преломления оболочки, и каналы в оболочке, то известен следующий способ.

В непатентном документе 5 описан способ, в соответствии с которым прерывистый разряд или колеблющийся разряд прикладывают к оптическому волокну, в котором каналы расположены вокруг сердцевины обычного одномодового оптического волокна, для сплющивания каналов с образованием конусной формы, чтобы срастить сплавлением оптическое волокно с одномодовым оптическим волокном при средних потерях на сращивание 0,05 дБ.

Патентные документы

[Патентный документ 1] Патент Японии №4070111.

[Патентный документ 2] Патент Японии №4098195.

[Патентный документ 3] Заявка на патент Японии, первая публикация №2005-345592.

Непатентные документы

[Непатентный документ 1] R.Kashyap and K.J.Blow, “Observation of catastrophic self-propelled self-focusing in optical fibers”, Electronic Letters, January 7, 1998, vol.24, №1, pp.47-48.

[Непатентный документ 2] Shin-ichi Todoroki, “Origin of periodic void formation during fiber fuse”, August 22, 2005, vol.13, №17, pp.6381-6389.

[Непатентный документ 3] E.M.Dianov, I.A.Bufetov and A.A.Frolov, “Destruction of silica fiber cladding by fiber fuse effect”, OFC2004, 2004, TuB4.

[Непатентный документ 4] E.Dianov, A.Frolov and I.Bufetov, “Fiber fuse effect in microstructured fibers”, OFC2003, 2003, FH2.

[Непатентный документ 5] Suzuki Ryuji et al., “A study of fusion splicing techniques for holey fiber”, Suzuki Ryuji et al., Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 2004 Electronics Society Conference, C-3-119.

Раскрытие настоящего изобретения

Задачи, решаемые настоящим изобретением

Однако обычным способам присущи следующие проблемы.

В способе, описанном в патентном документе 1 (способе разграничения плавления волокна путем увеличения диаметра поля моды части одномодового оптического волокна), трудно снизить потери на сращивание между оптическим волокном, диаметр поля моды которого увеличен, и обычным одномодовым оптическим волокном. Чтобы снизить потери на сращивание между оптическим волокном, диаметр поля моды которого увеличен, и обычным одномодовым оптическим волокном, необходимо выполнять диффузию примеси в сердцевину одномодового оптического волокна с конусным распределением или изготавливать оптические волокна различных типов, имеющие различные диаметры поля моды, и сращивать их на нескольких этапах; это очень дорого.

В способе, описанном в патентном документе 2 (способе разграничения плавления волокна введением градиентного волокна), существует проблема значительных потерь на участке, где между градиентным волокном и одномодовым волокном световые пучки совмещаются. Чтобы снизить потери, необходимо увеличивать диаметр светового пучка, входящего из одномодового оптического волокна, путем образования участка градиентного волокна, имеющего длину 1/4 шага для снижения плотности мощности света, и потом для уменьшения диаметра светового пучка опять предусматривать участок градиентного волокна, имеющего длину 1/4 шага, и тем самым обеспечивать вхождение света в следующее одномодовое оптическое волокно; эта конфигурация является сложной и дорогой.

В способе, описанном в патентном документе 3 (способе разграничения плавления волокна путем введения оптического аттенюатора в виде фотонно-кристаллического волокна), поскольку волновод структурирован только каналами, имеется недостаток, заключающийся в том, что потери на сращивание на участке сращивания сплавлением возрастают. Кроме того, поскольку сам оптический аттенюатор вносит большие потери, потери в линии передачи также возрастают.

В способе, описанном в непатентном документе 3 (способе разграничения плавления волокна травлением оптического волокна по наружному диаметру до значения, приблизительно равного удвоенному диаметру волнового поля), трудно получать намеченный наружный диаметр вследствие проблем, таких как расплавление оптического волокна, вызываемое неточным временем обработки фтористоводородной кислотой (HF), что приводит к плохой технологичности. Кроме того, затраты возрастают, поскольку требуется постобработка. Более того, следствием локализованного небольшого наружного диаметра оптического волокна является слабая механическая прочность. К тому же, чтобы выполнять травление оболочки после удаления части смоляного покрытия оптического волокна, оболочку погружают в сильнодействующий химический раствор, такой как HF, с которым трудно работать.

Хотя в непатентном документе 4 дан один конкретный пример «микроструктурированного волокна», при этом порог плавления волокна выше, чем в обычном одномодовом оптическом волокне, но отсутствует подробное пояснение способа формирования каналов. Кроме того, не рассмотрено, может ли микроструктурированное волокно разграничивать плавление волокна, возникающее в одномодовом оптическом волокне в случае, когда микроструктурированное волокно сращено с одномодовым оптическим волокном. Более того, не решена проблема значительных потерь при сращивании с одномодовым оптическим волокном, обусловленных отсутствием сердцевины, имеющей высокий показатель преломления.

Настоящее изобретение сделано с учетом упомянутых выше обстоятельств, а задача изобретения заключается в создании разграничителя плавления волокна, который можно изготавливать с небольшими затратами и можно сращивать с одномодовым оптическим волокном при небольших потерях, и способа разграничения плавления волокна.

Средства решения проблем

Разграничитель плавления волокна, который используется для разграничения плавления волокна, согласно одному объекту настоящего изобретения содержит оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, имеющую каналы, продолжающиеся в продольном направлении ее, в котором показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов; когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2 × R_мин/MFD, не меньше чем 1,2 и не больше чем 2,1; когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше чем 0,3; и когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то удовлетворяется W ≤ 0,45 × D_{волокна}.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту настоящего изобретения, когда предполагается, что расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым дальним от центра сердцевины, канала, который находится дальше всего от сердцевины, является R_макс, а площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины, есть S, то площадь сечения участка, где каналы предусмотрены в области между окружностью, имеющей радиус R_макс, и окружностью, имеющей радиус R_мин, не меньше чем 20% площади S сечения.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту настоящего изобретения каждый конец оптического волокна может быть сращен сплавлением с одномодовым оптическим волокном без каналов, а потери на сращивание сплавлением в расчете на одну точку его не больше чем 0,50 дБ.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту настоящего изобретения количество каналов оптического волокна может быть не меньше чем 3.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту настоящего изобретения смоляное покрытие может покрывать участок поверхности оптического волокна, за исключением участка сращивания сплавлением между оптическим волокном и одномодовым оптическим волокном и периферии его; и невоспламеняющимся защитным слоем может быть покрыт участок сращивания сплавлением и периферия его из поверхности оптического волокна.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту настоящего изобретения каждый конец оптического волокна может быть сращен сплавлением с одномодовым оптическим волокном прерывистым разрядом или колеблющимся разрядом.

В разграничителе плавления волокна согласно одному объекту изобретения длина оптического волокна может быть не меньше чем 1 мм.

Разграничитель плавления волокна, который используется для разграничения плавления волокна, согласно другому объекту настоящего изобретения содержит оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, имеющую один слой каналов, продолжающихся в продольном направлении ее, в котором показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов, когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2×R_мин/MFD, не меньше чем 1,2 и не больше чем 2,1; когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше чем 0,3; когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то удовлетворяется W ≤ 0,45 × D_{волокна}; и когда предполагается, что расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым дальним от центра сердцевины, канала, который находится дальше всего от сердцевины, является R_макс, а площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины, есть S, то площадь сечения участка, где каналы предусмотрены в области между окружностью, имеющей радиус R_макс, и окружностью, имеющей радиус R_мин, не меньше чем 20% площади S сечения.

Волоконный лазер согласно одному объекту настоящего изобретения содержит источник накачки света, легированное редкоземельным элементом оптическое волокно и разграничитель плавления волокна, имеющий оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, имеющую каналы, продолжающиеся в продольном направлении ее, в котором показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов, когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2×R_мин/MFD, не меньше чем 1,2 и не больше чем 2,1; когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше чем 0,3; и когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворяется.

В волоконном лазере согласно одному объекту настоящего изобретения также может быть предусмотрен изолятор, а разграничитель плавления волокна может быть расположен на выходной стороне изолятора.

В оптической линии передачи согласно одному объекту настоящего изобретения используется оптическое волокно, при этом разграничитель плавления волокна настоящего изобретения введен в оптическую линию передачи.

Полезные результаты изобретения

В соответствии с разграничителем плавления волокна настоящего изобретения плавление волокна, которое возникает в оптическом волокне оптической линии передачи, волоконно-оптическом лазере и т.п., может быть разграничено, при этом предотвращается повреждение передающего оборудования, источника света и т.п. Разграничитель плавления волокна настоящего изобретения может быть изготовлен при небольших затратах и может быть сращен с одномодовым волокном при небольших потерях на сращивание, что позволяет содействовать повышению пропускной способности и выходной мощности лазера.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид сбоку, схематично иллюстрирующий пример состояния, в котором плавление волокна проходит по одномодовому оптическому волокну;

фиг.2 - сечение, схематично иллюстрирующее пример состояния, в котором плавление волокна проходит по одномодовому оптическому волокну;

фиг.3 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 4 канала в области, окружающей сердцевину, согласно первому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.4 - вид сбоку, схематично иллюстрирующий пример состояния, в котором плавление волокна, возникшее в одномодовом оптическом волокне, проходит по обычному оптическому волокну;

фиг.5 - вид сбоку, схематично иллюстрирующий пример состояния, в котором плавление волокна, возникшее в одномодовом оптическом волокне, приостанавливается на месте сращивания между одномодовым оптическим волокном и дырчатым оптическим волокном настоящего изобретения;

фиг.6 - вид сбоку, схематично иллюстрирующий пример состояния, в котором плавление волокна, возникшее в одномодовом оптическом волокне, приостанавливается в середине дырчатого оптического волокна настоящего изобретения;

фиг.7 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 2 канала, согласно модифицированному примеру из первого осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 3 канала, согласно модифицированному примеру из первого осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 6 каналов, согласно модифицированному примеру из первого осуществления настоящего изобретения;

фиг.10 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 8 каналов, согласно модифицированному примеру из первого осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 60 каналов, расположенных во множестве слоев в области, окружающей сердцевину, согласно второму осуществлению настоящего изобретения;

фиг.12 - сечение, иллюстрирующее дырчатое оптическое волокно, которое имеет 12 каналов, согласно модифицированному примеру из второго осуществления настоящего изобретения;

фиг.13 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации измерительной системы для оценивания характеристик разграничения плавления волокна;

фиг.14 - график, иллюстрирующий зависимость между падающей мощностью и расстоянием проникновения плавления волокна в эксперименте 3;

фиг.15 - сечение, иллюстрирующее диаметр расплавленного участка одномодового оптического волокна;

фиг.16 - график, иллюстрирующий зависимость между падающей мощностью и диаметром расплавленного участка в эксперименте 3;

фиг.17 - сечение, схематично иллюстрирующее структуру волокна Q, которое использовалось в эксперименте 10-1;

фиг.18 - сечение, схематично иллюстрирующее структуру волокна R, которое использовалось в эксперименте 10-2;

фиг.19 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации волоконно-оптического лазера с легированным Yb волокном, с использованием разграничителя плавления волокна настоящего изобретения; и

фиг.20 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации волоконно-оптического лазера с легированным Er волокном, с использованием разграничителя плавления волокна настоящего изобретения.

Вариант осуществления настоящего изобретения

Ниже настоящее изобретение будет описано с обращением к сопровождающим чертежам, основанным на примерах осуществлений настоящего изобретения.

Первое осуществление

Как показано на фиг.3, разграничитель плавления волокна согласно первому осуществлению настоящего изобретения образован оптическим волокном (в дальнейшем называемым «дырчатым оптическим волокном») 20, которое включает в себя сердцевину 21, не имеющую каналов, и оболочку 22 со множеством каналов 23 (4 каналами в этом осуществлении), которые расположены так, что продолжаются в продольном направлении, и в котором показатель преломления сердцевины 21 выше, чем показатель преломления участка оболочки 22, за исключением участков каналов 23.

В дырчатом оптическом волокне 20, показанном на фиг.3, каналы 23 в оболочке 22 образованы в одном слое таким образом, что окружают сердцевину 21.

В этом осуществлении можно использовать дырчатое оптическое волокно 20 в качестве разграничителя плавления волокна при надлежащем задании соотношения между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20 на используемой длине волны и расстоянием от центра волокна 20 до канала 23, соотношения между диаметром поля моды и размером канала 23, соотношения между диаметром оболочки 22 волокна 20 и размером канала 23 и т.п.

Сначала ниже будет описано соотношение между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20 на используемой длине волны и расстоянием от центра волокна 20 до канала 23. В настоящем изобретении в качестве параметра для определения такого соотношения используется «2 × R_мин/MFD». MFD обозначает диаметр поля моды дырчатого оптического волокна 20 на используемой длине волны. R_мин обозначает расстояние между центром сердцевины 21 и внутренним краем канала 23, ближайшим к сердцевине 21.

В дырчатом оптическом волокне 20 согласно этому осуществлению значение 2 × R_мин/MFD находится в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1.

Кроме того, «внутренний край канала 23» обозначает место в канале 23, самое близкое к центру сердцевины 21 при наблюдении в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна. В дополнение к этому «внутренний край канала 23, ближайший к сердцевине 21» обозначает один из внутренних краев каналов 23, который находится на кратчайшем расстоянии от центра сердцевины 21. Поэтому нет канала 23 на месте, расстояние до которого в радиальном направлении от центра сердцевины 21 меньше чем R_мин.

Задавая для дырчатого оптического волокна 20 значение 2 × R_мин/MFD в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1 можно использовать дырчатое оптическое волокно 20 для разграничения плавления волокна.

Когда значение 2 × R_мин/MFD превышает верхний предел упомянутого выше диапазона, характеристика разграничения плавления волокна ухудшается. С точки зрения описанного выше предпочтительно, чтобы значение соотношения, выражаемого 2 × R_мин/MFD, было не больше чем 2,1, а более предпочтительно, не больше чем 2,0, еще более предпочтительно, не больше чем 1,9 и особенно предпочтительно, не больше чем 1,7.

В дополнение к этому, когда значение 2 × R_мин/MFD меньше, чем нижний предел упомянутого выше диапазона, канал оказывается включенным в диапазон разброса распределения электрического поля в режиме распространения или очень близким к нему. В результате потери на прохождение дырчатого оптического волокна могут возрасти или канал может быть искривлен при выполнении сращивания сплавлением, что существенно повлияет на волноводную структуру, и вследствие этого потери на сращивание могут возрасти. С точки зрения описанного выше предпочтительно, чтобы значение соотношения, выражаемого 2 × R_мин/MFD, было не меньше чем 1,2, а более предпочтительно, не меньше чем 1,3, еще более предпочтительно, не меньше чем 1,4 и особенно предпочтительно, не меньше чем 1,5.

Поскольку диаметр поля моды зависит от используемой длины волны, конфигурацию дырчатого оптического волокна, которое служит в качестве разграничителя плавления волокна, предпочтительно рассчитывать для каждой используемой длины волны (или используемого диапазона длин волн). Обычно оптические волокна используют в диапазонах длин волн: 1,55 мкм, 1,31 мкм, 1,06 мкм и т.п.

Например, разграничитель плавления волокна, рассчитанный для использования на длине волны 1,55 мкм, можно использовать в диапазоне 1,55 мкм или диапазоне длин волн вблизи него. Примерами диапазона 1,55 мкм или диапазона длин волн вблизи него являются диапазон С, диапазон S и диапазон L.

В дополнение к этому, чтобы получать более надежный эффект разграничения плавления волокна, обусловленный наличием каналов 23 в оболочке 22 дырчатого оптического волокна, диаметр, количество и компоновку каналов 23 можно корректировать.

Как показано на фиг.3, каналы 23 можно располагать так, чтобы множество каналов 23 находилось в контакте с окружностью 24, имеющей упомянутый выше радиус R_мин. В дополнение к этому множество каналов 23 может иметь каналы с одинаковым диаметром, и каналы могут быть расположены на одинаковом расстоянии от центра сердцевины 21.

Предпочтительно иметь два или большее количество каналов дырчатого оптического волокна. Более предпочтительно иметь три или большее количество каналов, поскольку при этом могут снижаться потери на сращивание при сращивании сплавлением.

Далее ниже будет описано соотношение между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20 на используемой длине волны и размером канала 23. В настоящем изобретении в качестве параметра для определения такого соотношения используется «W/MFD». Здесь W является шириной в диаметральном направлении области (в дальнейшем она может называться «канальной областью»), в которой канал 23 присутствует в оболочке 22, и она определяется как W=R_макс-R_мин.

Здесь R_макс обозначает расстояние между центром сердцевины 21 и внешним краем канала 23, самым дальним от сердцевины 21. В дополнение к этому, как описано выше, R_мин обозначает расстояние между центром сердцевины 21 и внутренним краем канала 23, ближайшего к сердцевине 21.

Кроме того, «внешний край канала 23» в настоящем изобретении обозначает место в канале 23, самое дальнее от центра сердцевины 21 при наблюдении в сечении, перпендикулярном продольному направлению оптического волокна. В дополнение к этому «внешний край канала 23, самый дальний от сердцевины 21», обозначает один из внешних краев каналов 23, которые имеют наибольшее расстояние от центра сердцевины 21. Поэтому нет канала 23 на месте, расстояние до которого в радиальном направлении от центра сердцевины 21 превышает R_макс.

Предпочтительно, чтобы в дырчатом оптическом волокне значение W/MFD было не меньше чем 0,3.

Как показано на фиг.3, когда каналы образованы в одном слое, ширина W канальной области является такой же, как диаметр канала 23. Хотя форма каналов 23 в сечении не обязательно должна быть точно круговой (идеально круговой), предпочтительно, чтобы их форма была круговой или по существу круговой (формой канала, выполненного с намерением получения окружности).

На фиг.3 каналы 23 расположены на равных интервалах по окружности с сердцевиной 21 в центре (то есть N каналов образуют N-сторонний регулярный многоугольник {когда N равно трем или большему числу} или расположены друг против друга со сдвигом на 180° {когда N=2}).

Далее, ниже будет описано соотношение между диаметром оболочки 22 дырчатого оптического волокна 20 и размером канала 23. В настоящем изобретении в качестве параметра для определения такого соотношения используется «W/D_{волокна}». Здесь D_{волокна} является диаметром оболочки 22 волокна 20. Предпочтительно, чтобы в дырчатом оптическом волокне 20 значение W/D_{волокна} было не больше чем 0,45. То есть W ≤ 0,45 × D_{волокна} является предпочтительным. Когда отношение площади каналов относительно площади сечения волокна является излишне большим, существует возможность, что прочность оптического волокна не будет сохраняться.

Как описано выше, поскольку 0,3 ≤ W/MFD и W ≤ 0,45 × D_{волокна} являются предпочтительными, более идеальный диапазон W выражается как 0,3 × MFD ≤ W ≤ 0,45 × D_{волокна}.

Кроме того, в предположении, что площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин, равна S, предпочтительно, чтобы площадь сечения участка, который каналы занимают в области площади S сечения, составляла не меньше чем 20% площади S сечения.

Область площади S сечения соответствует «канальной области», описанной выше.

Наружный диаметр дырчатого оптического волокна 20 не является особенно ограниченным, но когда его сращивают с другим оптическим волокном путем сращивания сплавлением или механического сращивания (которые будут описаны позже), предпочтительно, чтобы наружный диаметр был таким же, как наружный диаметр другого оптического волокна. Поскольку обычное кварцевое оптическое волокно имеет диаметр оболочки (диаметр стеклянного участка) от 80 до 125 мкм (например, 80 мкм, 125 мкм), а диаметр оптического волокна, покрытого смолой, составляет от 250 до 400 мкм (например, 250 мкм, 400 мкм), диаметр дырчатого оптического волокна 20 может быть таким же.

Разграничитель плавления волокна настоящего изобретения включает в себя сердцевину 21, которая имеет более высокий показатель преломления, чем показатель преломления участка оболочки 22, за исключением участков каналов 23. В результате, даже в случае, если область, окружающая канал 23, расплавляется, вследствие чего канал 23 искривляется, когда оптическое волокно подвергают сращиванию сплавлением, или даже если согласующее показатель преломления вещество вводят в канал 23, волноводная структура может сохраняться. Поэтому, как описано в непатентном документе 5, можно значительно снизить потери на сращивание, когда дырчатое оптическое волокно 20 подвергают сращиванию сплавлением с одномодовым оптическим волокном.

Сердцевину 21 и оболочку 22 дырчатого оптического волокна 20 можно изготавливать, например, из кварцевого стекла. Материал, имеющий более высокий показатель преломления, чем оболочка 22 (более конкретно, чем участок оболочки 22, за исключением каналов 23), выбирают в качестве материала для сердцевины 21. Например, сердцевину 21 можно изготавливать из кварцевого стекла, легированного германием (в частности, GeO₂), а оболочку 22 можно изготавливать из чистого кварцевого стекла. Кроме того, сердцевину 21 можно изготавливать из чистого кварцевого стекла, а оболочку 22 можно изготавливать из кварцевого стекла, легированного фтором (F).

Примеры примесей, используемых для повышения показателя преломления кварцевого стекла, включают в себя германий (Ge), а также алюминий (Al) и фосфор (Р). Кроме того, примеры примесей, используемых для снижения показателя преломления кварцевого стекла, включают в себя фтор (F) и бор (В).

Сердцевина 21 может также включать в себя редкоземельный элемент, такой как эрбий (Er), иттербий (Yb), неодим (Nd) или тербий (Tb).

Способ дифференциации показателей преломления сердцевины 21 и оболочки 22 не ограничен только добавлением примеси для повышения показателя преломления исключительно к сердцевине 21 или только добавлением примеси для снижения показателя преломления исключительно к оболочке 22. Сердцевину 21 можно легировать одной или несколькими примесями для повышения показателя преломления и примесью для снижения показателя преломления, чтобы получать более высокий показатель преломления для сердцевины 21, чем для оболочки 22. Кроме того, оболочку 22 можно легировать одной или несколькими примесями для повышения показателя преломления и примесью для снижения показателя преломления, чтобы получать более низкий показатель преломления для оболочки 22, чем для сердцевины 21.

Относительная разность Δ показателей преломления сердцевины и оболочки зависит от структуры оптического волокна (его размера, такого как наружный диаметр, и профиля показателя преломления), используемой длины волны и т.п. Обычно относительная разность показателей преломления находится в пределах от 0,3 до 0,5%. Имеются случаи, когда настоящее изобретение можно применять даже в случае, если относительная разность Δ показателей преломления находится вне этих пределов.

Чтобы использовать дырчатое оптическое волокно 20 в качестве разграничителя плавления волокна, каждый конец дырчатого оптического волокна сращивают с обычным одномодовым оптическим волокном (то есть волокном без каналов) и при этом дырчатое оптическое волокно помещают в середине оптического волокна оптической линии передачи или волоконно-оптического лазера. В результате, когда плавление волокна, проходящее по одномодовому оптическому волокну, входит в дырчатое оптическое волокно 20, плавление волокна может быть разграничено.

Механизм возникновения плавления волокна и механизм разграничения плавления волокна при использовании разграничителя плавления волокна настоящего изобретения будет описан ниже.

В оптическом волокне, по которому распространяется свет высокой интенсивности, температура оптического волокна повышается вследствие перегрева, вызываемого пылинками и т.п., прилипающими к его торцевой поверхности. Когда температура оптического волокна превышает 1100°С, связь стекла части оптического волокна разрывается, и падающий свет поглощается в нем. Поглощение падающего света приводит к повышению температуры стекла и поэтому разрывается связь стекла другой части. Эти процессы повторяются, так что температура стекла мгновенно возрастает, а сердцевина оптического волокна переходит в плазменное состояние. Это явление непрерывно распространяется к источнику падающего света и означает плавление волокна. Когда происходит плавление волокна, стекло переходит в газообразное состояние вследствие возрастания температуры стекла. По мере продвижения газообразного стекла в оптическом волокне образуются пустоты.

Чтобы разграничить плавление волокна, можно предложить такое снижение температуры оптического волокна, при котором прерывается замкнутый круг повышения температуры центрального участка оптического волокна и образования пустот. В настоящем изобретении каналы 23 в дырчатом оптическом волокне 20 образуют так, что они окружают сердцевину 21 (центральный участок), а размер или расположение каналов 23 задают соответствующим образом, используя упомянутые выше параметры, вследствие чего температура центрального участка оптического волокна может быть снижена. То есть, как описано выше, когда плавление волокна возникает, температура центрального участка оптического волокна повышается так, что стекло оптического волокна переходит в газообразное состояние из твердой фазы. Когда стекло переходит в газообразное состояние из твердого состояния, объем стекла расширяется. В настоящем изобретении, поскольку каналы 23 расположены так, что окружают сердцевину 21, то когда температура дырчатого оптического волокна 20 повышается, центральный участок (сердцевина 21) дырчатого оптического волокна 20 может адиабатически расширяться наружу (то есть к каналу 23) в диаметральном направлении. Когда стекло на центральном участке подвергается адиабатическому расширению, температура стекла снижается. Как только температура стекла снижается до около 1100°С или ниже, поглощение падающего света не возрастает, а повышение температуры прекращается, вследствие чего плавление волокна разграничивается.

На фиг.4 показан пример состояния, где плавление волокна (развивающееся справа налево на чертеже), которое проходит по одномодовому оптическому волокну 10, не может быть разграничено известным оптическим волокном 110 на месте сращивания между оптическим волокном 110 и одномодовым оптическим волокном 10, вследствие чего плавление волокна проходит по оптическому волокну 110. В этом случае пустоты 1, обусловленные плавлением волокна, периодически образуются в сердцевине 11 одномодового оптического волокна 10 и сердцевине 111 оптического волокна 110.

С другой стороны, в соответствии с дырчатым оптическим волокном 20 этого осуществления, показанным на фиг.5, плавление волокна, которое проходит по одномодовому оптическому волокну 10, разграничивается в месте 15 сращивания между дырчатым оптическим волокном 20 и одномодовым оптическим волокном 10 или, как показано на фиг.6, плавление волокна, которое проходит по одномодовому оптическому волокну 10, разграничивается после небольшого проникновения в дырчатое оптическое волокно 20. В случае, показанном на фиг.6, пустоты 1, обусловленные плавлением волокна, исчезают после того как плавление волокна проникает в сердцевину 21 дырчатого оптического волокна 20 на расстояние L и тем самым предохраняется участок, находящийся дальше (продвинутый в левую сторону на чертеже) относительно участка, затронутого плавлением волокна.

Хотя расстояние L (в дальнейшем называемое просто «расстоянием проникновения»), на которое плавление волокна проникает в дырчатое оптическое волокно 20, может зависеть также от мощности или состояния генерации света, который распространяется в оптическом волокне, когда происходит плавление волокна, согласно дырчатому оптическому волокну 20 настоящего изобретения расстояние L проникновения можно поддерживать не большим, чем 1 мм.

Согласно дырчатому оптическому волокну 20 настоящего изобретения, поскольку расстояние L проникновения плавления волокна можно поддерживать не большим, чем 1 мм, то дырчатое оптическое волокно 20 можно использовать в качестве разграничителя плавления волокна. То есть, когда длина дырчатого оптического волокна 20 составляет 1 мм или большую величину, можно предотвращать проникновение плавления волокна на участок, находящийся впереди относительно участка плавления. Поэтому предпочтительно, чтобы длина дырчатого оптического волокна 20 была не меньше чем 1 мм. Кроме того, с учетом надежности разграничения плавления волокна, работоспособности сращивания сплавлением и т.п., предпочтительно, чтобы длина дырчатого волокна была не меньше чем 10 мм. С учетом стоимости, миниатюризации и т.п. предпочтительно, чтобы длина дырчатого волокна была 20 мм, 30 мм, 50 мм, 100 мм и т.д. или меньше этих значений.

Когда, как показано на фиг.5 или фиг.6, возникшее плавление волокна разграничивается в окрестности места 15 сращивания с дырчатым оптическим волокном 20, часть падающего света большой мощности, который проходит по одномодовому оптическому волокну 10, просачивается за пределы оптического волокна. Когда смоляное покрытие имеется вблизи места 15 сращивания, то смоляное покрытие может нагреваться и повреждаться. По этой причине смоляное покрытие, которое является относительно легко воспламеняющимся по сравнению с другими материалами, предпочтительно удалять с мест, где ожидается разграничение плавления волокна, и вблизи этих мест. Однако, поскольку существует возможность, что оболочка стекла будет повреждаться, если ее оставить открытой, то предпочтительно, как описано ниже, создавать невоспламеняющийся защитный слой вокруг участка, с которого удалено смоляное покрытие, как и с участка сращивания сплавлением. Чтобы предотвращать просачивание света наружу, предпочтительно покрывать область вокруг разграничителя плавления металлической трубкой и т.п.

Предпочтительно сращивать дырчатое волокно 20 и одномодовое оптическое волокно 10 сплавлением, поскольку этим можно снизить потери и обеспечить хорошую долговременную надежность. Предпочтительно использовать способ сращивания сплавлением, описанный в непатентном документе 5, в котором каналы 23 дырчатого волокна 20 сплющивают до образования конусной формы при прерывистом разряде или колеблющемся разряде.

Когда дырчатое оптическое волокно 20 имеет каналы 23 в одном слое области, окружающей сердцевину 21, колеблющийся разряд является особенно предпочтительным.

В разграничителе плавления волокна этого осуществления оба конца дырчатого волокна могут быть сращены сплавлением с одномодовыми оптическими волокнами, не имеющими каналов. В этом случае предпочтительно, чтобы потери на сращивание сплавлением в любой одной точке были не больше чем 0,50 дБ.

В дополнение к способу сращивания сплавлением имеются способы механического сращивания торцом к торцу с использованием оптического коннектора, механического сращивания, V-канавок и т.п. Эти способы являются пригодными, когда разграничитель плавления волокна располагают временно. С учетом характеристик мощность-сопротивление нежелательно, чтобы органическое вещество, такое как материал, согласующий показатели преломления, присутствовало между торцевыми поверхностями дырчатого волокна и другого волокна, и по этой причине предпочтительно сращивать их с помощью физического контакта, когда способ сращивания сплавлением не используют.

Во время сращивания сплавлением, механического сращивания и т.п. смоляное покрытие удаляют с боковых поверхностей оболочек 12 и 22 вблизи концов оптических волокон. В соответствии с этим предпочтительно создавать защитный слой вокруг боковой поверхности участка сращивания сплавлением. Однако, если этот защитный слой формировать из материала, который является относительно легко воспламеняющимся по сравнению с другими материалами, то, как описано выше, существует возможность, что энергией падающего света, который просачивается когда плавление волокна разграничивается, будет нагреваться и повреждаться защитный слой. В соответствии с этим предпочтительно формировать защитный слой из невоспламеняющегося материала. Примеры невоспламеняющихся материалов, пригодных для формировании защитного слоя, включают в себя отверждаемую ультрафиолетовым излучением смолу, содержащую галогенный элемент, такой как бром (Br), отверждаемую ультрафиолетовым излучением смолу, содержащую невоспламеняющееся вещество, такое как гидроксид алюминия и гидроксид магния, и смолу, имеющую высокую теплостойкость, такую как полиимидная смола, и т.п.

В дырчатом оптическом волокне 20 этого осуществления четыре канала 23 предусмотрены в одном слое области, окружающей сердцевину 21, но количество каналов не ограничено этим, если только упомянутые выше параметры удовлетворяются. Например, можно использовать дырчатое оптическое волокно 120 (фиг.7), которое снабжено двумя каналами 23, дырчатое оптическое волокно 220 (фиг.8), которое снабжено тремя каналами 23, дырчатое оптическое волокно 320 (фиг.9), которое снабжено шестью каналами 23, или дырчатое оптическое волокно 420 (фиг.10), которое снабжено восемью каналами 23.

Второе осуществление

Ниже будет описан разграничитель плавления волокна согласно второму осуществлению настоящего изобретения. Второе осуществление отличается от первого осуществления тем, что каналы предусмотрены во множестве слоев. Такие же компоненты, как компоненты первого осуществления, обозначены теми же самым позициями, и описание их будет опущено.

Как показано на фиг.11, разграничитель плавления волокна согласно этому осуществлению образован оптическим волокном (в дальнейшем называемым «дырчатым оптическим волокном») 20А, которое включает в себя сердцевину 21, не имеющую каналов, и оболочку 22 со множеством каналов 23 (с 60 каналами в этом осуществлении), которые расположены так, что продолжаются в продольном направлении, и в котором показатель преломления сердцевины 21 является более высоким, чем показатель преломления участка оболочки 22, за исключением участков каналов 23.

Кроме того, в дырчатом оптическом волокне 20А, показанном на фиг.11, каналы 23 предусмотрены во множестве слоев (в 4 слоях в этом осуществлении) области, окружающей сердцевину 21.

Аналогично первому осуществлению в этом осуществлении можно использовать дырчатое оптическое волокно 20А в качестве разграничителя плавления волокна путем соответствующего задания соотношения (2 × R_мин/MFD) между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20А на используемой длине волны и расстоянием от центра волокна 20А до канала 23, соотношения (W/MFD) между диаметром поля моды и размером канала 23, соотношения (W/D_{волокна}) между диаметром оболочки 22 волокна 20А и размера канала 23 и т.п.

Сначала ниже будет описано соотношение (2 × R_мин/MFD) между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20А на используемой длине волны и расстоянием от центра волокна 20А до канала 23. Кроме того, согласно дырчатому оптическому волокну 20А этого осуществления, задавая значение 2 × R_мин/MFD в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1, можно разграничивать плавление волокна, используя дырчатое оптическое волокно.

С точки зрения характеристик разграничения плавления волокна предпочтительно, чтобы значение соотношения, выражаемое 2 × R_мин/MFD, было не больше чем 2,1, и более предпочтительно, не больше чем 2,0, еще более предпочтительно, не больше чем 1,9, и особенно предпочтительно, не больше чем 1,7. С точки зрения распределения электрического поля предпочтительно, чтобы значение соотношения, выражаемое 2 × R_мин/MFD, было не меньше чем 1,2, и более предпочтительно, не меньше чем 1,3, еще более предпочтительно, не меньше чем 1,4, и особенно предпочтительно, не меньше чем 1,5.

В дополнение к этому, чтобы получать более надежный эффект разграничения плавления волокна, обусловленный присутствием каналов 23 в оболочке 22 дырчатого оптического волокна, диаметр, количество и расположение каналов 23 можно корректировать.

Как показано на фиг.11, каналы 23 можно располагать так, чтобы множество каналов 23 приходило в контакт с окружностью 24, имеющей упомянутый выше радиус R_мин. В дополнение к этому во множестве каналов 23 диаметры каналов могут быть одинаковыми, а каналы могут быть расположены на одинаковом расстоянии от центра сердцевины 21.

Предпочтительно, чтобы было два или большее количество каналов дырчатого оптического волокна. Более предпочтительно, чтобы было три или большее количество каналов, поскольку этим можно снизить потери на сращивание в случае сращивания сплавлением.

Далее, ниже будет описано соотношение (W/MFD) между диаметром поля моды дырчатого оптического волокна 20А на используемой длине волны и размером канала 23. Кроме того, предпочтительно, чтобы для дырчатого оптического волокна 20А этого осуществления значение W/MFD было не меньше чем 0,3.

В данном случае, поскольку в этом осуществлении каналы 23 расположены во множестве слоев, ширина W канальной области больше, чем диаметр канала 23. На фиг.11 окружность 24 с радиусом R_мин вокруг центра сердцевины 21 изнутри соприкасается с внутренними краями воздушных каналов 23, относящихся к слою, наиболее близкому к сердцевине 21, тогда как окружность 25 с радиусом R_макс вокруг центра сердцевины 21 извне соприкасается с внешними краями воздушных каналов 23, относящихся к самому дальнему от сердцевины 21 слою.

Далее, ниже будет описано соотношение (W/D_{волокна}) между диаметром оболочки 22 дырчатого оптического волокна 20А и размером канала 23. Кроме того, предпочтительно, чтобы для дырчатого оптического волокна 20А настоящего изобретения значение W/D_{волокна} было не больше чем 0,45. То есть W ≤ 0,45 × D_{волокна} является предпочтительным.

Кроме того, в предположении, что площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин, составляет S, предпочтительно, чтобы площадь сечения участка, который каналы занимают в области площади S сечения, была не меньше чем 20% площади S сечения.

Наружный диаметр дырчатого оптического волокна 20А не является особенно ограниченным, но при сращивании его с другим оптическим волокном путем сращивания сплавлением или механического сращивания (которые будут описаны позднее) предпочтительно, чтобы наружный диаметр был таким же, как наружный диаметр другого оптического волокна. Поскольку обычное кварцевое оптическое волокно имеет диаметр оболочки (диаметр стеклянного участка) от 80 до 125 мкм (например, 80 мкм, 125 мкм), а диаметр оптического волокна, покрытого смолой, составляет от 250 до 400 мкм (например, 250 мкм, 400 мкм), вследствие этого диаметр дырчатого оптического волокна 20А может быть таким же.

Разграничитель плавления волокна этого осуществления включает в себя сердцевину 21, которая имеет более высокий показатель преломления, чем показатель преломления участков оболочки 22, за исключением участков каналов 23. Поскольку способ изготовления и материал сердцевины 21, оболочки 22 и каналов 23 являются такими же, как и в первом осуществлении, описание их будет опущено.

Чтобы использовать дырчатое оптическое волокно 20А в качестве разграничителя плавления волокна, каждый конец дырчатого оптического волокна сращивают с обычным одномодовым оптическим волокном (то есть волокном без каналов) и тем самым дырчатое оптическое волокно помещают в середине оптического волокна оптической линии связи или волоконно-оптического лазера. В результате, когда плавление волокна, которое проходит по одномодовому оптическому волокну, входит в дырчатое оптическое волокно 20А, плавление волокна может быть разграничено.

Согласно дырчатому оптическому волокну 20А этого осуществления, поскольку расстояние L проникновения плавления волокна может выдерживаться не большим, чем 1 мм, то дырчатое оптическое волокно 20А можно использовать в качестве разграничителя плавления волокна. То есть, когда длина дырчатого оптического волокна 20А составляет 1 мм или больше, то можно предотвращать проникновение плавление волокна на участок, находящийся дальше по отношению к нему. Поэтому предпочтительно, чтобы длина дырчатого оптического волокна 20А была не меньше чем 1 мм. Кроме того, с учетом надежности разграничения плавления волокна, работоспособности сращивания сплавлением и т.п. предпочтительно, чтобы длина дырчатого волокна была не меньше чем 10 мм. С учетом стоимости, миниатюризации и т.п. предпочтительно, чтобы длина дырчатого волокна была 20 мм, 30 мм, 50 мм, 100 мм и т.д. или меньше, чем эти значения.

В дополнение к этому смоляное покрытие, которое является относительно легко воспламеняющимся по сравнению с другими материалами, предпочтительно удалять в окрестности места сращивания между дырчатым оптическим волокном 20А и одномодовым оптическим волокном 10. Однако, поскольку существует возможность, что стеклянная оболочка будет повреждаться, если ее оставлять открытой, то предпочтительно создавать невоспламеняющийся защитный слой вокруг участка, на котором смоляное покрытие было удалено, например участка сращивания сплавлением, описанного ниже. Для предотвращения утечки света наружу предпочтительно покрывать область вокруг разграничителя плавления волокна металлической трубкой и т.п.

Предпочтительно сращивать сплавлением дырчатое волокно 20А и одномодовое оптическое волокно 10, поскольку этим можно снизить потери и иметь высокую долговременную надежность. Предпочтительно использовать способ сращивания сплавлением, описанный в непатентном документе 5, при этом каналы 23 дырчатого волокна 20А сплющивать до образования конусной формы при прерывистом разряде или колеблющемся разряде.

В дополнение к этому в случае дырчатого волокна 20А, которое имеет множество слоев (четыре слоя на фиг.4) каналов 23 в области, окружающей сердцевину 21, предпочтительно осуществлять прерывистый разряд, при котором зарядные переключатели включают и выключают в течение короткого периода времени после короткого интервала заряда.

В разграничителе плавления волокна этого осуществления оба конца дырчатого волокна можно сращивать сплавлением в одномодовыми оптическими волокнами, не имеющими каналов. В этом случае предпочтительно, чтобы потери на сращивание сплавлением в любой одной точке были не больше чем 0,50 дБ.

В дополнение к способу сращивания сплавлением существуют механические способы механического сращивания торцом к торцу с использованием оптических коннекторов, механического сращивания, V-канавок и т.п. Эти способы являются пригодными в случае, когда разграничитель плавления волокна располагают временно. С учетом характеристик мощность-сопротивление нежелательно, чтобы органическое вещество, такое как согласующий показатель преломления материал, присутствовало между торцевыми поверхностями дырчатого волокна и другого волокна, и по этой причине, когда не используют способ сращивания сплавлением, предпочтительно сращивать их путем физического контакта.

Во время сращивания сплавлением, механического сращивания и т.п. смоляное покрытие удаляют с боковых поверхностей оболочек 12 и 22 вблизи концов оптических волокон. В соответствии с этим по боковой поверхности участка сращивания сплавлением предпочтительно создавать защитный слой, образованный из невоспламеняющегося материала. Примеры невоспламеняющихся материалов, пригодных для формировании защитного слоя, включают в себя отверждаемую ультрафиолетовым излучением смолу, содержащую галогенный элемент, такой как бром (Br), отверждаемую ультрафиолетовым излучением смолу, содержащую невоспламеняющееся вещество, такое как гидроксид алюминия и гидроксид магния, и смолу, имеющую высокую теплостойкость, такую как полиимидная смола, и т.п.

В дырчатом оптическом волокне 20А этого осуществления шестьдесят каналов 23 предусмотрены в четырех слоях области, окружающей сердцевину 21, но количество каналов или количество слоев не ограничено указанным. Например, как показано на фиг.12, можно использовать дырчатое оптическое волокно 120А, которое снабжено двенадцатью каналами 23 в двух слоях.

Ниже настоящее изобретение будет описано подробно с помощью примеров.

На фиг.13 показана измерительная система, которая использовалась при оценивании характеристик разграничения плавления волокна. В измерительной системе 50 источник 51 света, ответвитель 52, который ответвляет выходной свет источника 51 света в монитор 53 мощности (ММ), эквивалент 54 волокна, измеряемое оптическое волокно (ИОВ) 55, одномодовое оптическое волокно 56 и волокно 59 без сердцевины соединены в этом порядке. Оптические волокна (которые включают в себя добавочные части источника 51 света и ответвителя 52) сращены друг с другом путем сращивания сплавлением. Кроме того, знаком × на фиг.13 обозначены точки сращивания сплавлением.

Чтобы создавать плавление волокна, в измерительной системе 50 были предусмотрены электроды 57 и 57 для подогрева одномодового оптического волокна 56 при дуговом разряде 58. В данном случае использовавшиеся электроды 57 и 57 представляли собой электроды устройства для плавления оптического волокна.

В то время как свет большой мощности от источника 51 света вводили в волокна 54, 55, 56 и 59, одномодовое оптическое волокно 56 подогревали дуговым разрядом 58 до температуры выше 1100°С и тем самым преднамеренно создавали плавление волокна. При наблюдении, каким образом плавление волокна, создаваемое в одномодовом оптическом волокне 56, распространяется по измеряемому оптическому волокну 55, можно было исследовать, разграничивает ли измеряемое оптическое волокно 55 плавление волокна.

Ответвитель 52 ответвляет выходной свет из источника 51 света. Коэффициент ответвления ответвителя 52 составляет 30 дБ.

Эквивалент 54 волокна предусмотрен для защиты источника света даже в случае, когда плавление волокна проходит по измеряемому оптическому волокну 55. Длина этого эквивалента 54 волокна составляет 1 км.

Длина измеряемого оптического волокна 55 составляет 30 м, а длина одномодового оптического волокна 56 составляет 5 м.

Волокно 59 без сердцевины было использовано для защиты источника 51 света от света, отражаемого от терминала, путем создания препятствия свету, отражаемому на терминале.

С использованием установки, показанной на фиг.13, были выполнены эксперименты с 1 по 10, описанные ниже. Кроме того, в таблице 1 показаны условия и результаты для случая, когда расстояние проникновения плавления волокна в измеряемое оптическое волокно 55 составляло не больше чем 1 мм, а в таблице 2 показаны условия и результаты для случая, когда расстояние проникновения превышало 1 мм.

К номерам экспериментов из таблицы 1 и таблицы 2 после номеров, соответствующих экспериментам с 1 по 10, добавлены последующие номера для различения множества примеров.

В таблице 1 и таблице 2 R_мин обозначает расстояние между центром сердцевины измеряемого оптического волокна 55 и внутренним краем канала, ближайшего к сердцевине, R_макс обозначает расстояние между центром сердцевины измеряемого оптического волокна 55 и внешним краем канала, самого далекого от сердцевины, и W обозначает ширину канальной области измеряемого оптического волокна 55.

«Показатель площади каналов» представляет долю площади, занимаемую каналами в канальной области (то есть в области между окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины) измеряемого оптического волокна 55, выраженную в процентах.

Оценка «состояния распространения» определяется как «хорошая», когда расстояние проникновения плавления волокна в измеряемое оптическое волокно 55 не больше чем 1 мм (плавление волокна может быть разграничено), и как «плохая», когда расстояние проникновения превышает 1 мм (плавление волокна не может быть разграничено, а проходит).

D_{волокна} обозначает диаметр оболочки измеряемого оптического волокна 55.

Потери на сращивание сплавлением [дБ/точка] представляют собой потери на сращивание сплавлением в расчете на точку сращивания сплавлением.

Пример 1

Дырчатое оптическое волокно (волокно А), имевшее сечение, показанное на фиг.9, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 1-1 и 1-2 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 1-1 и 1-2 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна А и условия экспериментов. Что касается волокна А, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 6, расстояние R_мин составляло 8,5 мкм, ширина W была 7,3 мкм, расстояние R_макс составляло 15,8 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,2 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,67.

Что касается волокна А, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 9,8 Вт (эксперимент номер 1-1), и при падающей мощности 3,0 Вт (эксперимент номер 1-2). В обоих экспериментах, 1-1 и 1-2, значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,67, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 0,72, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 7,3 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях.

Как описано выше, когда значения 2 × R_мин/MFD, W/MFD и 0,45 × D_{волокна} находятся в упомянутых выше пределах, плавление волокна может быть разграничено при использовании дырчатого оптического волокна.

В результате установлено, что при использовании дырчатого оптического волокна из этого эксперимента в качестве разграничителя плавления волокна и помещении его в середине оптической линии передачи или волоконно-оптического лазера потери на прохождение можно устранять, а плавление волокна можно разграничивать.

Пример 2

Дырчатое оптическое волокно (волокно С), имевшее сечение, показанное на фиг.3, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты с 3-1 по 3-5 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами с 3-1 по 3-5 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна С и условия экспериментов. Что касается волокна С, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 10,6 мкм, ширина W была 16,3 мкм, расстояние R_макс составляло 26,9 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,4 мкм. В дополнение к этому 2×R_мин/MFD было равным 2,04.

Что касается волокна С, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 8,1 Вт (эксперимент номер 3-1), при падающей мощности 4,7 Вт (эксперимент номер 3-2), при падающей мощности 2,1 Вт (эксперимент номер 3-3), при падающей мощности 1,7 Вт (эксперимент номер 3-4) и при падающей мощности 1,5 Вт (эксперимент номер 3-5). Кроме того, значение 1,5 Вт падающей мощности близко к пороговому значению плавления волокна в обычном одномодовом оптическом волокне без каналов, и плавление волокна не возникает при более низкой мощности, чем эта падающая мощность.

Во всех случаях экспериментов, с 3-1 по 3-5, значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,04, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,57, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 16,3 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что при всех падающих мощностях плавление волокна, как показано на фиг.6, немного проникало в дырчатое оптическое волокно из одномодового оптического волокна, но останавливалось в пределах 1 мм.

Как описано выше, когда значения 2 × R_мин/MFD, W/MFD и 0,45 × D_{волокна} находятся в упомянутых выше пределах, плавление волокна может быть разграничено при использовании дырчатого оптического волокна.

В эксперименте 3 было установлено, что расстояние проникновения изменяется, как показано на графике из фиг.14, в соответствии с падающей мощностью. Как показано на фиг.14, по мере приближения падающей мощности к пороговому значению плавления волокна расстояние проникновения увеличивается.

Чтобы установить причину этого явления, волокно исследовали в сечении, где происходило плавление волокна. На фиг.15 представлен схематичный вид сечения одномодового оптического волокна, где происходило плавление волокна. На чертеже позицией 40 представлена сердцевина, позицией 41 представлена пустота, позицией 42 представлен расплавленный участок и позицией 43 представлена оболочка. В сечении одномодового оптического волокна черный кольцеобразный расплавленный участок 42 наблюдался вокруг пустоты 41, образовавшейся в сердцевине 40. Этот расплавленный участок 42 был расплавлен при распространении плавления волокна. Результаты измерения диаметра D_{расплав} этого расплавленного участка 42 показаны на фиг.16. Как показано на фиг.16, когда падающая мощность приближается к пороговому значению P_th=1,5 Вт мощности плавления обычного одномодового волокна, диаметр D_{расплав} расплавленного участка 42 резко уменьшается.

Поскольку одномодовое оптическое волокно 56, использованное в этом эксперименте, имело диаметр поля моды 1,4 мкм на длине волны 1,55 мкм, то можно считать, что диаметр D_{расплав} в дырчатом оптическом волокне в качестве измеряемого оптического волокна 55 также резко уменьшается, когда падающая мощность приближается к пороговому значению плавления обычного одномодового оптического волокна. На фиг.16 значение 2 × R_мин для волокна С, использованного в эксперименте 3 (то есть, 21,2 мкм), показано горизонтальной пунктирной линией.

Как описано выше, дырчатое оптическое волокно настоящего изобретения снабжено каналами, при этом каналы окружают сердцевину, так что центральный участок (сердцевина) дырчатого оптического волокна может адиабатически расширяться наружу (то есть к каналам) в радиальном направлении, вследствие чего температура стекла на центральном участке снижается. В результате плавление волокна разграничивается. Когда падающая мощность становится близкой к пороговому значению плавления волокна, диаметр D_{расплав} расплавленного участка становится меньше, так что расстояние между расплавленным участком и каналами становится больше. По этой причине считают, что когда падающая мощность приближается к пороговому значению плавления волокна, влияние каналов на плавление волокна уменьшается, так что может возникнуть явление, при котором расстояние проникновения увеличивается.

В соответствии с показанным на графике из фиг.16 было установлено, что диаметр D_{расплав} расплавленного участка зависит от падающей мощности, и поэтому, чтобы определить, будет ли дырчатая оптическая волоконная структура надежно разграничивать плавление волокна, желательно точно учитывать диаметр D_{расплав} расплавленного участка, особенно в случае, когда падающая мощность находится вблизи порогового значения плавления волокна. С учетом явления, в соответствии с которым плавление волокна останавливается после небольшого проникновения в дырчатое оптическое волокно, понятно, что длина дырчатого оптического волокна является важной. В эксперименте 3 наибольшее расстояние проникновения было 640 мкм при падающей мощности 1,5 Вт. В соответствии с этим предпочтительно, чтобы длина дырчатого оптического волокна, используемого в качестве разграничителя плавления волокна, была по меньшей мере 1 мм.

В дополнение к этому потери на сращивание сплавлением между дырчатым оптическим волокном и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,04 дБ/точка.

Пример 3

Дырчатое оптическое волокно (волокно D), имевшее сечение, показанное на фиг.10, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 4-1 и 4-2 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 4-1 и 4-2 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна D и условия экспериментов. Что касается волокна D, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 8, расстояние R_мин составляло 9,0 мкм, ширина W была 3,0 мкм, расстояние R_макс составляло 12,0 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,0 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,80.

Что касается волокна D, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 1,7 Вт (эксперимент номер 4-1), и при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 4-2).

В обоих экспериментах, 4-1 и 4-2, значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,80, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 0,30, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 3,0 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях.

Потери на сращивание сплавлением между волокном D и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение, не больше чем 0,03 дБ/точка.

Пример 4

Дырчатое оптическое волокно (волокно Е), имевшее сечение, показанное на фиг.10, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 4-3 и 4-4 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 4-3 и 4-4 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна Е и условия экспериментов. Что касается волокна Е, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 8, расстояние R_мин составляло 10,2 мкм, ширина W была 3,2 мкм, расстояние R_макс составляло 13,4 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,1 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 2,02.

Что касается волокна Е, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 1,7 Вт (эксперимент номер 4-3), и при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 4-4).

В обоих экспериментах, 4-3 и 4-4, значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,02, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 0,32, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 3,2 мкм и значение 0,45×D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях.

Потери на сращивание сплавлением между волокном Е и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение, не больше чем 0,03 дБ/точка.

Пример 5

Дырчатое оптическое волокно (волокно Н), имевшее сечение, показанное на фиг.7, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 5-1 и 5-2 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 5-1 и 5-2 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна Н и условия экспериментов. Что касается волокна Н, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 2, расстояние R_мин составляло 8,5 мкм, ширина W была 14,5 мкм, расстояние R_макс составляло 23,0 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,0 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,70.

Что касается волокна Н, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 3,0 Вт (эксперимент номер 5-1), и при падающей мощности 10,0 Вт (эксперимент номер 5-2).

В обоих экспериментах, 5-1 и 5-2, значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,70, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,45, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 14,5 мкм и значение 0,45×D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях. Из этих результатов можно видеть, что плавление волокна может быть разграничено даже в случае, если количество каналов небольшое.

Потери на сращивание сплавлением между волокном Н и одномодовым оптическим волокном составляли 0,50 дБ/точка. В волокне Н, в котором количество каналов равно 2, из-за небольшого количества каналов сердцевина искривляется, когда ее сращивают сплавлением, вследствие чего считается, что потери на сращивание сплавлением становятся больше. С другой стороны, в волокне I из примера 6 (описанного ниже), в котором количество каналов равно 3, потери на сращивание сплавлением с одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,15 дБ/точка. Понятно, что в дырчатом оптическом волокне желательно иметь большое количество каналов, предпочтительно, три или большее количество.

Пример 6

Дырчатое оптическое волокно (волокно I), имевшее сечение, показанное на фиг.8, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 5-3 и 5-4 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 5-3 и 5-4 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна I и условия экспериментов. Что касается волокна I, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 3, расстояние R_мин составляло 8,3 мкм, ширина W была 7,6 мкм, расстояние R_макс составляло 15,9 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 9,8 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,69.

Что касается волокна I, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм, и при падающей мощности 3,0 Вт (эксперимент номер 5-3), и при падающей мощности 10,0 Вт (эксперимент номер 5-4).

В обоих экспериментах, 5-3 и 5-4, значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,69, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 0,78, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 7,6 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях. Из этого результата можно видеть, что плавление волокна можно разграничивать даже в случае, если количество каналов небольшое.

Потери на сращивание сплавлением между волокном I и одномодовым оптическим волокном составляли 0,15 дБ/точка. Из этого понятно, что в дырчатом оптическом волокне желательно иметь большое количество каналов, предпочтительно, три или большее количество.

Пример 7

Дырчатое оптическое волокно (волокно J), имевшее сечение, показанное на фиг.12, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперимент 6-1.

Под номером 6-1 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна J и условия эксперимента. Волокно J имело множество каналов на различных расстояниях от центра сердцевины, а ширина W не была равна диаметру канала. Что касается волокна J, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 12, диаметр каналов был 4,0 мкм, расстояние R_мин составляло 8,6 мкм, ширина W была 15,0 мкм, расстояние R_макс составляло 23,6 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 8,2 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 2,10.

Что касается волокна J, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 10,0 Вт.

В эксперименте 6-1 значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,10, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,83, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 15,0 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено.

Потери на сращивание сплавлением между волокном J и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,10 дБ/точка.

Пример 8

Дырчатое оптическое волокно (волокно K), имевшее сечение, показанное на фиг.11, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперимент 6-2.

Под номером 6-2 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна K и условия эксперимента. Волокно K имело множество каналов на различных расстояниях от центра сердцевины, а ширина W не была равна диаметру каналов. Что касается волокна K, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 60, диаметр каналов был 3,9 мкм, расстояние R_мин составляло 8,5 мкм, ширина W была 30,0 мкм, расстояние R_макс составляло 38,5 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 8,1 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 2,10.

Что касается волокна K, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при падающей мощности 10,0 Вт.

В эксперименте 6-2 значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,10, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 3,70, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 30,0 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено.

Потери на сращивание сплавлением между волокном K и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,12 дБ/точка.

Пример 9

Дырчатое оптическое волокно (волокно L), имевшее сечение, показанное на фиг.9, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 7-1 и 7-2 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 7-1 и 7-2 экспериментов в таблице 1 показаны параметры волокна L и условия экспериментов. Волокно L имело каналы, которые находились на одинаковом расстоянии от центра сердцевины, а ширина W была равна диаметру каналов.

Что касается волокна L, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 6, расстояние R_мин составляло 5,5 мкм, ширина W была 6,2 мкм, расстояние R_макс составляло 11,7 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,06 мкм был 5,8 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,90.

Что касается волокна L, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,06 мкм и при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 7-1), и при падающей мощности 20,0 Вт (эксперимент 7-2).

В обоих экспериментах, 7-1 и 7-2, значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,90, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,07, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 6,2 мкм и значение 0,45×D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна может быть разграничено при обеих падающих мощностях.

Потери на сращивание плавлением между волокном L и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,20 дБ/точка.

Кроме того, в эксперименте номер 7-2 (волокно L, падающая мощность 20 Вт) было замечено явление, в соответствии с которым участок отверждаемой ультрафиолетовым излучением смолы в месте, где плавление волокна разграничивалось, выжигался и обугливался. Эта отверждаемая ультрафиолетовым излучением смола была повторно нанесена поверх участка сращивания сплавлением между дырчатым оптическим волокном и одномодовым оптическим волокном. Причиной этого считается то, что когда разграничение плавления волокна в дырчатом оптическом волокне происходило при большой мощности 20 Вт, падающий свет большой мощности просачивался вокруг дырчатого оптического волокна, и его энергия поглощалась в отверждаемой ультрафиолетовым излучением смоле. Поэтому при использовании падающего света большой мощности невоспламеняющийся материал, описанный выше, предпочтительно применять в качестве покрытия дырчатого оптического волокна или в качестве повторного покрытия для участка сращивания сплавлением между дырчатым оптическим волокном и одномодовым оптическим волокном.

Пример 10

Дырчатое оптическое волокно (волокно N), имевшее сечение, показанное на фиг.7, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперимент 7-5.

Под номером 7-5 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна N и условия эксперимента. Что касается волокна N, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 2, расстояние R_мин составляло 5,5 мкм, ширина W была 4,5 мкм, расстояние R_макс составляло 10,0 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,06 мкм был 5,8 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 1,90.

Что касается волокна N, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,06 мкм и падающей мощности 8,0 Вт.

В эксперименте 7-5 значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,90, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 0,78, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 4,5 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате эксперимента установлено, что плавление волокна может быть разграничено.

Потери на сращивание сплавлением между волокном N и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,22 дБ/точка.

Пример 11

Эксперимент 9-1 выполняли, используя то же самое дырчатое оптическое волокно (волокно С), что и волокно из примера 2.

Под номером 9-1 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна С и условия эксперимента. Аналогично примеру 2, как и для волокна С, диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 10,6 мкм, ширина W была 16,3 мкм, расстояние R_макс составляло 26,9 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,4 мкм. В дополнение к этому 2 × R_мин/MFD было равным 2,04.

Что касается волокна С, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 3,0 Вт. В эксперименте 9-1 значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,04, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,57, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 16,3 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

В результате эксперимента установлено, что, как показано на фиг.6, плавление волокна немного проникало в дырчатое оптическое волокно из одномодового оптического волокна, но останавливалось в пределах 1 мм.

Как описано выше, когда значения 2 × R_мин/MFD, W/MFD и 0,45 × D_{волокна} находятся в упомянутых выше пределах, плавление волокна может быть разграничено при использовании дырчатого оптического волокна.

Пример 12

Дырчатое оптическое волокно (волокно О), имевшее сечение, показанное на фиг.3, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперимент 9-2.

Под номером 9-2 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна О и условия эксперимента.

Что касается волокна О, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 7,5 мкм, ширина W была 14,3 мкм, расстояние R_макс составляло 21,8 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 9,8 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD было равным 1,53, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,46, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 14,3 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

Что касается волокна О, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и падающей мощности 3,0 Вт. В результате установлено, что плавление волокна не проникает в волокно О, и плавление волокна может быть разграничено.

Потери на сращивание сплавлением между волокном О и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,15 дБ/точка.

Пример 13

Дырчатое оптическое волокно (волокно Р), имевшее сечение, показанное на фиг.3, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперимент 9-3.

Под номером 9-3 эксперимента в таблице 1 показаны параметры волокна Р и условия эксперимента.

Что касается волокна Р, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 5,5 мкм, ширина W была 16,7 мкм, расстояние R_макс составляло 22,2 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 9,2 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD было равным 1,20, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. Значение W/MFD было 1,82, и это значение было не меньше чем 0,3. В дополнение к этому, поскольку значение W было 16,7 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} составляло 56,25 мкм, то W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось.

Что касается волокна Р, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и падающей мощности 3,0 Вт. В результате установлено, что плавление волокна не проникает в волокно Р, и плавление волокна может быть разграничено.

Потери на сращивание сплавлением между волокном Р и одномодовым оптическим волокном составляли 0,60 дБ/точка.

В соответствии с результатом можно считать, что когда значение R_мин очень близко к MFD/2, плавление волокна может быть разграничено, но сердцевина искривляется при сращивании сплавление, так что потери на сращивании при сплавлении становятся более высокими.

Сравнительный пример 1

Дырчатое оптическое волокно (волокно В), имевшее сечение, в котором 4 канала были образованы в одном слое, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 2-1 и 2-2 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 2-1 и 2-2 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокна В, использовавшегося в этих экспериментах, и условия экспериментов. Что касается волокна В, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 19,4 мкм, ширина W была 17,4 мкм, расстояние R_макс составляло 36,8 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,8 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD составляло 3,59, и это значение было больше чем 2,1.

Что касается волокна В, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 4,4 Вт (эксперимент номер 2-1), и при падающей мощности 2,0 Вт (эксперимент номер 2-2). В результате экспериментов установлено, что плавление волокна проходило через дырчатое оптическое волокно из одномодового оптического волокна, и плавление волокна не могло быть разграничено ни при одной из падающих мощностей. Потери на сращивание сплавлением между дырчатым оптическим волокном и одномодовым оптическим волокном составляли 0,03 дБ/точка.

Даже когда дырчатое оптическое волокно из этого сравнительного примера использовали в качестве разграничителя плавления волокна в середине оптической линии связи или волоконно-оптического лазера, не было возможности разграничить плавление волокна.

Сравнительный пример 2

Дырчатое оптическое волокно (волокно F), имевшее сечение, в котором 8 каналов были образованы в одном слое, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 4-5 и 4-6 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 4-5 и 4-6 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокна F и условия экспериментов. Что касается волокна F, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 8, расстояние R_мин составляло 12,0 мкм, ширина W была 3,5 мкм, расстояние R_макс составляло 15,5 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,3 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,33, и это значение было больше чем 2,1.

Что касается волокна F, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 1,7 Вт (эксперимент номер 4-5), и при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 4-6). В результате экспериментов установлено, что плавление волокна не могло быть разграничено ни при одной из падающих мощностей.

Потери на сращивание сплавлением между волокном F и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение, не больше чем 0,03 дБ/точка.

Сравнительный пример 3

Дырчатое оптическое волокно (волокно G), имевшее сечение, в котором 8 каналов были образованы в одном слое, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 4-7 и 4-8 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 4-7 и 4-8 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокна G и условия экспериментов. Что касается волокна G, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 8, расстояние R_мин составляло 14,8 мкм, ширина W была 4,2 мкм, расстояние R_макс составляло 19,0 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,55 мкм был 10,5 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,82, и это значение было больше чем 2,1.

Что касается волокна G, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и при падающей мощности 1,7 Вт (эксперимент номер 4-7), и при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 4-8). В результате экспериментов установлено, что плавление волокна не могло быть разграничено ни при одной из падающих мощностей.

Потери на сращивание сплавлением между волокном G и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение, не больше чем 0,03 дБ/точка.

Сравнительный пример 4

Дырчатое оптическое волокно (волокно М), имевшее по существу сечение, показанное на фиг.9, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55, а эксперименты 7-3 и 7-4 выполняли при изменении падающей мощности.

Под номерами 7-3 и 7-4 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокна М, использовавшегося в этих экспериментах, и условия экспериментов.

Что касается волокна М, то диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 6, расстояние R_мин составляло 5,6 мкм, ширина W была 1,4 мкм, расстояние R_макс составляло 7,0 мкм и диаметр поля моды на длине волны 1,06 мкм был 5,9 мкм. В дополнение к этому значение 2 × R_мин/MFD составляло 1,9, и это значение находилось в пределах от не меньше чем 1,2 до не больше чем 2,1. В дополнение к этому, поскольку значение W было 1,4 мкм и значение 0,45 × D_{волокна} было 56,25 мкм, W ≤ 0,45 × D_{волокна} удовлетворялось. Однако, поскольку значение W было небольшим, 1,4 мкм, значение W/MFD становилось 0,24, и это значение было меньше чем 0,3.

Что касается дырчатого оптического волокна, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при падающей мощности 8,0 Вт (эксперимент номер 7-3) и при падающей мощности 20,0 Вт (эксперимент номер 7-4). В результате экспериментов установлено, что плавление волокна не могло быть разграничено ни при одной из падающих мощностей.

Потери на сращивание сплавлением между волокном М и одномодовым оптическим волокном имели низкое значение 0,18 дБ/точка.

Сравнительный пример 5

Эксперименты 8-2 и 8-3 были выполнены с использованием такого же дырчатого оптического волокна (волокна С), что и волокно из примера 2. Под номерами 8-2 и 8-3 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокна С и условия экспериментов.

Характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,31 мкм (эксперимент номер 8-2) и при длине волны падающего пучка 1,06 мкм (эксперимент 8-3).

Аналогично примеру 2 для волокна С диаметр D_{волокна} оболочки составлял 125 мкм, количество каналов было 4, расстояние R_мин составляло 10,6 мкм, ширина W была 16,3 мкм и расстояние R_макс составляло 26,9 мкм. Однако, поскольку длина волны падающего пучка отличалась от длины волны из примера 2, диаметр поля моды также был иным. Диаметр поля моды на длине волны 1,31 мкм был 9,3 мкм, а диаметр поля моды на длине волны 1,06 мкм был 8,3 мкм. Поэтому значение 2 × R_мин/MFD составляло 2,3 на длине волны 1,31 мкм и 2,6 на длине волны 1,06 мкм, и эти значения в обоих случаях были больше чем 2,1.

В результате экспериментов установлено, что плавление волокна не могло быть разграничено в обоих случаях экспериментов 8-2 и 8-3.

Сравнительные примеры 6 и 7

Дырчатые оптические волокна (волокна Q и R), имевшие сечения, показанные на фиг.17 и 18, использовали в качестве измеряемого оптического волокна 55 и выполняли эксперименты 10-1 и 10-2.

Под номерами 10-1 и 10-2 экспериментов в таблице 2 показаны параметры волокон Q и R и условия экспериментов.

В волокне K (количество каналов 60), использовавшемся в примере 8, и волокне О (количество каналов 4), использовавшемся в примере 12, показатель преломления сердцевины выше, чем показатель преломления материала оболочки, за исключением участков каналов. В этой связи были изготовлены показанные на фиг. 17 и 18 волокно Q (количество каналов 60, фиг.17) и волокно R (количество каналов 4, фиг.18), которые имели большое количество каналов 32 в среде 31, но не имели сердцевины с высоким показателем преломления на центральном участке 33 оптических волокон 30 и 30А.

Что касается оптических волокон, то характеристики разграничения плавления волокна исследовали при длине волны падающего пучка 1,55 мкм и падающей мощности 10,0 Вт. В результате установлено, что оба оптических волокна способны разграничивать плавление волокна.

Потери на сращивание волокна Q были 0,80 дБ/точка, и это больше потерь 0,12 дБ/точка на сращивание волокна K, которое имело то же самое количество каналов, что и волокно Q. В дополнение к этому потери на сращивание волокна R были 0,75 дБ/точка, и это больше потерь 0,15 дБ/точка на сращивание волокна О, которое имело то же самое количество каналов, что и волокно R. Как ясно свидетельствуют эти результаты, хотя волокно со структурой без сердцевины, имеющей высокий показатель преломления по сравнению со средой без каналов, может разграничивать плавление волокна, существует проблема значительных потерь на сращивание.

Поскольку потери на сращивание являются значительными, волокно Q и волокно R не пригодны для использования в качестве разграничителя плавления волокна.

Анализ примеров и сравнительных примеров описан ниже.

(1: Относительно «2 × R_мин/MFD»)

Как показано в таблицах 1 и 2, указанными выше экспериментами выявлено, что различные признаки конфигурации, такие как количество каналов, структура каналов, падающая мощность (также называемая «интенсивностью оптического излучения») и длина волны падающего пучка, связаны с характеристиками разграничения плавления волокна. Одним используемым параметром был «2 × R_мин/MFD». Используя этот параметр в качестве показателя, можно однозначно определять характеристики разграничения плавления волокна.

Наименьшее значение 1,2 для 2 × R_мин/MFD было подтверждено экспериментом 9-3 (пример 13). Поэтому, когда 2 × R_мин/MFD не меньше чем 1,2, плавление волокна может быть разграничено. Хотя можно изготавливать волокна с 2×R_мин/MFD, меньшим чем 1,2, в большинстве случае будет проблема, связанная с большими потерями на сращивание.

Наибольшее значение 2,1 для 2 × R_мин/MFD было подтверждено результатами экспериментов 6-1 и 6-2 (примеры 7 и 8). В дополнение к этому из результатов экспериментов с 3-1 по 3-5 (пример 2) видно, что хотя когда 2 × R_мин/MFD равно 2,0, существует небольшое проникновение плавления волокна в дырчатое оптическое волокно, но поскольку расстояние проникновения является небольшим, в пределах 1 мм, повреждение источника света или передающего оборудования отсутствует. Кроме того, в экспериментах 6-1 и 6-2 потери на сращивание удерживаются на низких значениях 0,10 дБ/точка и 0,12 дБ/точка. Считается, что расположение каналов вблизи сердцевины является эффективным для надежного разграничения плавления волокна. В этой связи, как показано экспериментами 1-1 и 1-2 (пример 1), предпочтительно, чтобы 2 × R_мин/MFD было не больше чем 1,7.

(2: Относительно «W/MFD» и «W/D_{волокна}»)

В соответствии с результатами для волокна М из экспериментов 7-3 и 7-4 (сравнительный пример 4) было установлено, что когда отношение ширины W канальной области к диаметру поля моды (MFD) на используемой длине волны небольшое (W/MFD=0,22), то даже если 2 × R_мин/MFD равно 1,9, в некоторых случаях плавление волокна не может быть разграничено. В дополнение к этому в соответствии с результатами для волокна D из экспериментов 4-1 и 4-2 (пример 3) было установлено, что когда 2 × R_мин/MFD равно 1,8 и W/MFD равно 0,3, плавление волокна может быть разграничено. Из этого следует, что обеспечив W/MFD не меньше чем 0,3, плавление волокна можно разграничивать более надежно.

Кроме того, когда диаметр оболочки оптического волокна, включая сердцевину и каналы, описанные выше, полагают равным D_{волокна}, то предпочтительно, чтобы удовлетворялось W ≤ 0,45 × D_{волокна}. Если оно не удовлетворяется, относительный показатель площади сечения волокна, занятой площадью сечения каналов, возрастает, и прочность волокна не может поддерживаться.

(3: Относительно площади сечения каналов)

Когда падающий свет имеет большую мощность, то не только значение W/MFD, но также отношение площади S, ограниченной областью между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины (в дальнейшем называемой «канальной областью»), к площади области, занятой каналами, является важным. Волокна Н и I, использованные в экспериментах с 5-1 по 5-4 (примеры 5 и 6), имели показатели площади, занятой каналами, 23,0% и 23,6%, соответственно, и каждое было способно разграничивать плавление волокна, когда падающая мощность составляла 10 Вт. Поэтому, когда каналы занимают не меньше чем 20% канальной области, плавление волокна может быть разграничено более надежно даже при большой мощности.

Поскольку были случаи, например, с волокном J из примера 7, когда даже при показателе площади, занятой каналами, меньшем чем 10%, плавление волокна успешно разграничивалось при падающей мощности 10 Вт, то этот показатель площади не является необходимым критерием настоящего изобретения.

(4: Относительно потерь на сращивание)

Обычно при сращивании оптических волокон различных типов приемлемые потери на сращивание могут быть около 1 дБ с учетом расчетного запаса для системы передачи. Поэтому при сращивании обоих концов разграничителя плавления волокна, полагают, что приемлемые потери на сращивание для одного места сращивания должны быть приблизительно 0,5 дБ.

(5: Относительно количества каналов)

Как очевидно из результатов примеров 2, 5 и 6, потери на сращивание резко снижаются, когда количество каналов возрастает до 2, 3 и 4. Как описано выше, для поддержания потерь на сращивание в расчете на одно место сращивания ниже 0,5 дБ предпочтительно иметь по меньшей мере три или большее количество каналов.

(6: Относительно длины дырчатого оптического волокна)

Явление, показанное в экспериментах с 3-1 по 3-5 (пример 2), при котором плавление волокна останавливается после небольшого проникновения, подтверждает, что длина дырчатого оптического волокна (длина канального участка) является важной при использовании его в качестве разграничителя плавления волокна. Наибольшее расстояние проникновения в примере 2 было 630 мкм при падающей мощности 1,5 Вт. Поэтому предпочтительно, чтобы длина дырчатого оптического волокна, используемого в качестве разграничителя, была не меньше чем 1 мм. Чтобы справляться с резкими повышениями расстояния проникновения, такими как показанное на графике из фиг.14, более предпочтительно, чтобы длина дырчатого оптического волокна была приблизительно 10 мм.

Пример применения для лазера с иттербиевым волокном

Как показано на фиг.19, разграничитель 67 плавления волокна, выполненный из дырчатого оптического волокна (ДОВ), имевшего длину 50 мм, был включен в участок выходной части волоконно-оптической лазерной установки 60 с использованием легированного иттербием (Yb) оптического волокна с двойной оболочкой (легированного редкоземельным элементом оптического волокна) 64. Волокна были сращены друг с другом сплавлением. На фиг.19 символом × обозначены точки сращивания сплавлением.

Этот лазер с иттербиевым волокном имел длину волны колебаний 1060 нм и выходную мощность 3 Вт. Волоконно-оптическая лазерная установка 60 также включала в себя устройство 62 ввода со многими входами, с которыми соединялось множество лазерных диодов (ЛД) 61 для возбуждения, которые служили источниками возбуждения, волоконные брэгговские решетки (ВБР) 63 и 65, введенные до и после легированного иттербием оптического волокна 64 с двойной оболочкой, и изолятор 66 для прекращения любого дальнейшего развития плавления волокна, когда разграничитель 67 плавления волокна позволял проходить плавлению волокна.

Оптическое волокно 68 на выходном терминале представляло собой одномодовое оптическое волокно, наружный диаметр которого составлял 125 мкм, а диаметр поля моды в котором на длине волны 1060 нм был равен 7,1 мкм.

Что касается дырчатого оптического волокна, которое использовалось в качестве разграничителя 67 плавления волокна, то оно имело наружный диаметр 125 мкм, диаметр поля моды 7,4 мкм на длине волны 1060 нм, количество каналов 6, расстояние R_мин составляло 6,3 мкм, 2 × R_мин/MFD было 1,7 и ширина W была 5,2 мкм.

В волоконно-оптической лазерной установке 60 при умышленном создании плавления волокна путем повышения температуры оптического волокна 68 на выходном терминале было возможно разграничивать плавление волокна в дырчатом оптическом волокне 67. Кроме того, поскольку полиимид использовался в качестве покрытия дырчатого оптического волокна 67 и в качестве повторного покрытия поверх участков сращивания сплавлением на обоих концах, покрытие не выгорало. Поэтому оптическое волокно было защищено от плавления волокна, что позволяло восстанавливать установку просто путем замены и повторного соединения выходных волокон (дырчатого оптического волокна 67 и одномодового оптического волокна 68).

Что касается сравнительного примера, то когда такое же исследование выполняли без размещения дырчатого оптического волокна 67, плавление волокна, которое умышленно создавали в оптическом волокне 68 на выходном терминале, приостанавливалось после повреждения части изолятора 66. Для восстановления установки необходимо было заменять дорогой изолятор.

Пример применения для лазера с эрбиевым волокном

Как показано на фиг.20, разграничитель 77 плавления волокна, выполненный из дырчатого оптического волокна (ДОВ), имевшего длину 60 мм, был включен в участок выходной части волоконно-оптической лазерной установки 70 с использованием легированного эрбием (Er) оптического волокна с двойной оболочкой (легированного редкоземельным элементом оптического волокна) 75. Волокна были сращены друг с другом сплавлением. На фиг.20 символом × обозначены точки сращивания сплавлением.

Этот лазер с Er волокном имел длину волны колебаний 1550 нм и выходную мощность 4 Вт. Волоконно-оптическая лазерная установка 70 также включала в себя лазер 71 с распределенной обратной связью, излучавший на длине волны 1550 нм, изолятор 72 для предотвращения возврата света к лазеру 71 с распределенной обратной связью, устройство 74 ввода со многими входами, с которыми соединялось множество лазерных диодов (ЛД) 73 для возбуждения, которые служили источниками возбуждения, и изолятор 76 для прекращения любого дальнейшего развития плавления волокна, когда разграничитель 77 плавления волокна позволял проходить плавлению волокна.

Оптическое волокно 78 на выходном терминале представляло собой одномодовое оптическое волокно, наружный диаметр которого составлял 125 мкм, а диаметр поля моды в котором на длине волны 1550 нм был равен 9,8 мкм.

Что касается дырчатого оптического волокна, которое использовалось в качестве разграничителя 77 плавления волокна, то оно имело наружный диаметр 125 мкм, диаметр поля моды 10,0 мкм на длине волны 1550 нм, количество каналов 4, расстояние R_мин составляло 8,1 мкм, 2 × R_мин/MFD было 1,6 и ширина W была 7,0 мкм.

В волоконно-оптической лазерной установке 70 при умышленном создании плавления волокна путем повышения температуры оптического волокна 78 на выходном терминале было возможно разграничивать плавление волокна в дырчатом оптическом волокне 77. Кроме того, поскольку полиимид использовался в качестве покрытия дырчатого волокна 77 и в качестве повторного покрытия поверх участков сращивания сплавлением на обоих концах, покрытие не выгорало. Поэтому оптическое волокно было защищено от плавления волокна, что позволяло восстанавливать установку просто путем замены и повторного соединения выходных волокон (дырчатого оптического волокна 77 и одномодового оптического волокна 78).

В дополнение к этому, когда плавление волокна возникало в легированном Er оптическом волокне 75 с двойной оболочкой, оно распространялось к лазерным диодам 73 и лазеру 71 с распределенной обратной связью. Однако, поскольку на выходах лазерных диодов использовалось многомодовое оптическое волокно, плавление волокна не распространялось дальше в направлении лазерных диодов 73. Кроме того, поскольку лазер 71 с распределенной обратной связью имел выходную мощность, составлявшую приблизительно несколько милливатт, то плавление волокна совсем не распространялось в направлении лазера 71 с распределенной обратной связью.

Промышленная применимость

Разграничитель плавления волокна настоящего изобретения разграничивает плавление волокна в оптической линии передачи или волоконно-оптическом лазере, в которых распространяется свет большой мощности, и предотвращает повреждение передающего оборудования или источника света, так что его можно соответствующим образом использовать.

ОПИСАНИЕ ПОЗИЦИЙ

20, 120, 220, 320, 420, 20А, 120А: дырочное оптическое волокно (оптическое волокно);

21: сердцевина;

22: оболочка;

23: канал;

67, 77: разграничитель плавления волокна.

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям передачи. Разграничитель плавления волокна содержит оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку с каналами в продольном направлении. Показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков, содержащих каналы. Если диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстояние между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, 2 × R_мин/MFD не меньше чем 1,2 и не больше чем 2,1. Если ширина в диаметральном направлении области, где в оболочке присутствуют каналы, есть W, то W/MFD не меньше чем 0,3. Если диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то W ≤ 0,45 × D_{волокна}. Каждый конец оптического волокна сращен сплавлением с оптическим волокном, не имеющим каналов, а потери на сращивание сплавлением в расчете на одну точку не больше чем 0,50 дБ. Участок поверхности оптического волокна покрыт смоляным покрытием, за исключением участка сращивания сплавлением между оптическим волокном и оптическим волокном, не имеющим каналов, и его периферии. Участок сращивания сплавлением и его периферия покрыты невоспламеняющимся защитным покрытием. Технический результат - снижение потерь при сращивании разграничителя плавления с одномодовым волокном и повышение пропускной способности и выходной мощности лазера. 5 н. и 7 з.п.ф-лы, 2 табл., 20 ил.

1. Разграничитель плавления волокна, который используется для разграничения плавления волокна, содержащий:
оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, имеющую каналы, продолжающиеся в продольном направлении ее,
в котором:
показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов;
когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2×R_мин/MFD, не меньше, чем 1,2 и не больше, чем 2,1;
когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше, чем 0,3; и
когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то удовлетворяется W≤0,45×D_{волокна};
каждый конец оптического волокна сращен сплавлением с оптическим волокном, не имеющим каналов, а потери на сращивание сплавлением в расчете на одну точку не больше, чем 0,50 дБ;
участок поверхности оптического волокна покрыт смоляным покрытием, за исключением участка сращивания сплавлением между оптическим волокном и оптическим волокном, не имеющим каналов, и его периферии; и
участок сращивания сплавлением и его периферия из поверхности оптического волокна покрыты невоспламеняющимся защитным покрытием.

2. Разграничитель плавления волокна по п.1,
в котором, когда предполагается, что расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым дальним от центра сердцевины, канала, который находится дальше всего от сердцевины, является R_макс, а площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины, есть S, то площадь сечения участка, где каналы предусмотрены в области между окружностью, имеющей радиус R_макс, и окружностью, имеющей радиус R_мин, не меньше чем 20% площади S сечения.

3. Разграничитель плавления волокна по п.1,
в котором оптическое волокно, не имеющее каналов, является одномодовым оптическим волокном.

4. Разграничитель плавления волокна по п.1,
в котором количество каналов оптического волокна не меньше, чем 3.

5. Разграничитель плавления волокна по п.1, в котором каждый конец оптического волокна сращен сплавлением с оптическим волокном, не имеющим каналов, прерывистым разрядом или колеблющимся разрядом.

6. Разграничитель плавления волокна по п.1, в котором длина оптического волокна не меньше, чем 1 мм.

7. Разграничитель плавления волокна, который используется для разграничения плавления волокна, содержащий:
оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину без каналов и оболочку, имеющую один слой каналов, продолжающихся в ее продольном направлении,
в котором:
показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов;
когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2×R_мин/MFD, не меньше, чем 1,2 и не больше, чем 2,1;
когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше, чем 0,3; и
когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то удовлетворяется W≤0,45×D_{волокна};
каждый конец оптического волокна сращен сплавлением с оптическим волокном, не имеющим каналов, а потери на сращивание сплавлением в расчете на одну точку не больше, чем 0,50 дБ;
участок поверхности оптического волокна покрыт смоляным покрытием, за исключением участка сращивания сплавлением между оптическим волокном и оптическим волокном, не имеющим каналов, и его периферии;
участок сращивания сплавлением и его периферия из поверхности оптического волокна покрыты невоспламеняющимся защитным покрытием; и
когда предполагается, что расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым дальним от центра сердцевины, канала, который находится дальше всего от сердцевины, является R_макс, а площадь сечения области между окружностью, имеющей радиус R_макс вокруг центра сердцевины, и окружностью, имеющей радиус R_мин вокруг центра сердцевины, есть S, то площадь сечения участка, где каналы предусмотрены в области между окружностью, имеющей радиус R_макс, и окружностью, имеющей радиус R_мин, не меньше, чем 20% площади S сечения.

8. Разграничитель плавления волокна по п.7,
в котором длина оптического волокна не меньше, чем 1 мм.

9. Волоконный лазер, содержащий:
источник накачки света;
легированное редкоземельным элементом оптическое волокно; и
разграничитель плавления волокна, имеющий оптическое волокно, которое включает в себя сердцевину и оболочку, имеющую каналы, продолжающиеся в ее продольном направлении,
в котором:
показатель преломления сердцевины оптического волокна выше, чем показатель преломления участка оболочки, за исключением участков каналов;
когда предполагается, что диаметр поля моды на используемой длине волны оптического волокна есть MFD, а расстоянием в сечении, перпендикулярном к продольному направлению оптического волокна, между центром сердцевины и местом, самым близким к центру сердцевины, канала, который находится ближе всего к сердцевине, является R_мин, то значение, выражаемое 2×R_мин/MFD, не меньше, чем 1,2 и не больше, чем 2,1;
когда предполагается, что ширина в диаметральном направлении области, где каналы присутствуют в оболочке, есть W, то значение, выражаемое W/MFD, не меньше, чем 0,3; и
когда предполагается, что диаметр оболочки оптического волокна есть D_{волокна}, то удовлетворяется W≤0,45×D_{волокна};
каждый конец оптического волокна сращен сплавлением с оптическим волокном, не имеющим каналов, а потери на сращивание сплавлением в расчете на одну точку не больше, чем 0,50 дБ;
участок поверхности оптического волокна покрыт смоляным покрытием, за исключением участка сращивания сплавлением между оптическим волокном и оптическим волокном, не имеющим каналов, и его периферии; и
участок сращивания сплавлением и его периферия из поверхности оптического волокна покрыты невоспламеняющимся защитным покрытием.

10. Волоконный лазер по п.9, дополнительно содержащий изолятор, причем разграничитель плавления волокна расположен на выходной стороне изолятора.

11. Оптическая линия передачи с использованием оптического волокна, в которой разграничитель плавления волокна по п.1 введен в оптическую линию передачи.

12. Оптическая линия передачи с использованием оптического волокна, в которой разграничитель плавления волокна по п.7 введен в оптическую линию передачи.