微结构光纤和超连续谱光源制造技术

本发明专利技术涉及一种微结构光纤(20)，其包括纤芯区(22)和包围纤芯区的包层区(24)。包层区包括在包层背景材料内的多个包层部件(21，26)，其中包层区包括具有内包层部件(21)的至少一个内环的内包层区(27)和具有外包层部件(26)的至少三个外包层环的外包层区(28)。内包层部件具有第一特征直径并且外包层区包括具有第二特征直径的多个外包层部件。内包层部件的每个环包括分离包层部件具有平均最小宽度w1的包层背景材料的桥，并且外包层部件的每个环包括分离包层部件具有平均最小宽度w2的包层背景材料的桥。平均最小宽度w2比平均最小宽度w1大至少约10％，并且纤芯区具有至少约2μm的直径。本发明专利技术还涉及具有至少一个根据本公开的光纤的级联光纤以及光学超连续谱产生源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微结构光纤并涉及光学超连续谱辐射源。
技术介绍
微结构光纤在本领域中是公知的，并且包括具有由具有多个包层部件的包层包围的纤芯的光纤，所述包层部件通常以规则的阵列方式被布置在背景材料中。这些部件可以是填充有空气、气体或液体的空隙，或者它们可以是具有比背景材料低的折射率的固态材料。微结构光纤也被称为“多孔光纤”和“光子晶体光纤”。包层例如可以被布置为具有低于纤芯的折射率的有效折射率，并且因此允许通过全内反射的传统机制的变化在纤芯中引导光。微结构光纤可以由石英玻璃制成。其它材料可以添加到石英玻璃以改变其折射率或提供诸如光的放大、灵敏度等的效果。包层部件/孔之间的中心到中心距离被定义为间距(∧)。微结构光纤的特征在于纤芯的尺寸和包层部件的尺寸与其距离或间距(∧)的比率。通过定制包层部件的尺寸和间距，可以定制光纤的零色散波长(ZDW)。因此，在微结构光纤中，可以将ZDW移动到比背景材料(通常为石英玻璃)的ZDW短的波长。因此，ZDW可以被定制为使得从由预定波长的泵浦激光器泵浦的光脉冲产生超连续谱。当光脉冲通过高度非线性光纤传播时，它们的时间演变以及光谱演变受到大量非线性效应以及光纤的色散属性的影响。对于足够强的脉冲，脉冲光谱变宽为超连续谱光。W02009/098519描述了一种光纤，其被布置用于提供低于400nm的波长的超连续谱产生。第7页第29行至第8页第1行描述了WO2009/098519的微结构光纤20包括直径大体上为4.7μm的纤芯，大体上为3.7μm的间距(∧)，并且比率d/∧大体上是0.77。第8页第14-22行描述了光纤20是多模光纤，并且超连续谱达到高达2550nm的波长。泵浦波长是1064nm。如第8页第14行所述，光纤20在泵浦波长处是多模的。在Journal of Optics A：Pure Appl.Opt.6(2004)604-607，Jacobsen等人的文章“Very low zero-dispersion wavelength predicted for single-mo de modified-total-internal-reflection crystal fiber”中发现，对于具有非常小的纤芯的微结构光纤，零色散波长可以低于700nm，而通过在纤芯附近布置相对较大的空气孔和在距离纤芯一定距离处设置较小的空气孔，光纤在零色散波长处是单模的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适合于当用合适的泵浦激光来泵浦时，产生稳定的延伸到蓝色波长的单模超连续谱的光纤，而同时由于用于产生超连续谱所需的高峰值功率光而具有高的抗退化性。在本专利技术的实施例中，目的是，当光被发射到光纤的输入端中时提供布置为提供稳定输出的微结构光纤。在本专利技术的实施例中，目的是，在来自于源的光谱延伸到蓝色波长的情况下，提供超连续谱辐射源。在本专利技术的实施例中，目的是提供微结构光纤，其中，所述光纤具有相对大的纤芯，但仍是单模光纤。在本专利技术的实施例中，目的是提供微结构光纤，其能够引导具有相对宽光谱的光，例如大于约100nm，例如在从约400nm至约1700nm的光谱中。在本专利技术的实施例中，目的是，在来自于源的光谱大体上仅在光纤的基模中产生的情况下，提供超连续谱辐射源。在本专利技术的实施例中，目的是提供超连续谱光源，其适用于内窥镜检查、手术显微镜检查、共焦显微镜检查、光学相干断层成像术(OTC)、多模态照射、自体荧光、荧光寿命成像测量(FLIM)、分子成像、光遗传学、显示器、弥散分量表征、太阳能电池表征、量子点表征、等离子体学、色散傅里叶变换光谱和/或原子捕获应用。这些和其他目的已经通过本专利技术或其实施例解决，如在权利要求书中所限定的以及如下文所描述的。已经发现，本专利技术和其实施例具有多个额外的优点，通过下列描述，这对于本领域技术人员来说是清楚的。除非另有说明，术语“大体”在本文中应意指包括常规产品的方差和公差。除非另有说明，光纤的所有结构细节，诸如纤芯尺寸、结构直径、桥宽度等是相对于光纤的截面视图而给出的。本专利技术的微结构光纤具有长度和沿着其长度的纵轴并且包括能够沿着光纤的纵轴引导光的纤芯区。微结构光纤还包括包围纤芯区的包层区。包层区包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件。包层部件围绕纤芯区布置。在光纤的至少双包层长度段中，包层包括内包层区和外包层区，其中，内包层区包括内包层部件的至少一个内环，外包层区包括外包层部件的至少三个外包层环。内包层区与纤芯区相邻并且外包层区与内包层区相邻。内包层部件具有第一特征直径(d1)。外包层区包括具有特征直径(d2)的多个外包层部件。纤芯区是具有至少约2μm直径的大体圆形。通常，由于用于产生超连续谱所需的高峰值功率光，较大的纤芯比较小的纤芯更抗退化。已经发现低于2μm的纤芯不适合于在任何实际应用中产生超连续谱。通过分别在内包层区和外包层区用新型和改进的几何形状来布置部件，已经发现，光纤将获得期望的属性组合，包括：即使在纤芯相对大的情况下也是单模的，以及适合于用相对稳定的输出来提供延伸到蓝色波长的光学超连续谱。还惊奇的发现，即使当纤芯直径是2μm或更大时，获得的光纤仍是单模的，这从而保证了光纤具有抗高峰值功率光的期望的高退化稳定性，并且光纤因此非常适合于在高功率超连续谱产生光源中使用。包层部件的每个环包括分离环的相邻部件的包层背景材料的桥。换言之，“环”由交替的部件和桥组成。每个桥具有由环的两个相邻部件之间的最短距离确定的最小宽度。在本文中使用的术语“内环”和“内包层环”用来表示在内包层区中的桥和部件的环，并且在本文中使用的术语“外环”和“外包层环”用来表示在外包层区中的桥和部件的环。术语“内桥”用来表示内环中的桥，并且术语“外桥”用来表示外环中的桥。在本申请的上下文中，短语“包层部件的环”指到纤芯区典型地具有大体相等距离的包层部件。包层部件的最内环由最靠近纤芯区的那些包层部件组成。从纤芯区起算，包层部件的下一个环由最靠近最内环的包层部件的那些包层部件组成，等等。典型地，环是非圆形的，而是根据包层部件的形状而成形，诸如，六边形。在本申请的上下文中，短语“包层部件的环”意指包括如上所述的环的所有部件。因此，在内包层部件的环中，环中的所有包层部件是大体相同的尺寸。在本申请的上下文中，短语“特征直径”是包层部件的尺寸的度量。如果包层部件是圆形的，那么特征直径是包层部件的圆的直径。在包层部件是非圆形的情况下，特征直径可以或者是包层部件的最大和最小幅度的平均或者是具有与包层部件的计算的或测量的面积对应的面积的圆形的直径。外包层区包括多个具有特征直径的外包层部件，外包层直径的平均直径是d2。在一个实施例中，大体上所有的外包层部件具有约平均直径d2的特征直径。然而，外包层区可以包括不同特征直径的外包层部件。至少一个内环的桥具有平均最小宽度(w1)，并且至少一个外包层环的桥具有平均最小宽度(w2)，其中至少一个外环桥的平均最小宽度(w2)比至少一个内环桥的平均最小宽度(w1)大至少约10％。通过为内环提供比至少一个外环的桥具有较小宽度的桥，相信色散特性和约束特性至少部分被分离(decupled)，从而内包层区主要负责色散特性以及外包层区主要负责约束特性。因此，现在能够更自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微结构光纤，具有长度和沿着其长度的纵轴，并且包括能够沿着所述纵轴引导光的纤芯区和包围所述纤芯区的包层区，所述包层区包括包层背景材料和所述包层背景材料内的多个包层部件，所述包层部件围绕纤芯区被布置，其中在所述光纤的至少双包层长度段中的所述包层区包括内包层区和外包层区，所述内包层区包括具有第一特征直径(d1)的内包层部件的至少一个内环，所述外包层区包括具有平均直径(d2)的外包层部件的至少三个外包层环，所述内包层区与所述纤芯区相邻，并且所述外包层区与所述内包层区相邻，其中，包层部件的每个环包括分离所述环的相邻部件的包层背景材料的桥，其中所述至少一个内环的桥具有平均最小宽度(w1)，并且至少一个所述外包层环的桥具有平均最小宽度(w2)，其中至少一个所述外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内环桥的所述平均最小宽度(w1)大至少约10％，并且，其中所述纤芯区是具有至少约2μm直径的大体圆形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.25 DK PA2014701461.一种微结构光纤，具有长度和沿着其长度的纵轴，并且包括能够沿着所述纵轴引导光的纤芯区和包围所述纤芯区的包层区，所述包层区包括包层背景材料和所述包层背景材料内的多个包层部件，所述包层部件围绕纤芯区被布置，其中在所述光纤的至少双包层长度段中的所述包层区包括内包层区和外包层区，所述内包层区包括具有第一特征直径(d1)的内包层部件的至少一个内环，所述外包层区包括具有平均直径(d2)的外包层部件的至少三个外包层环，所述内包层区与所述纤芯区相邻，并且所述外包层区与所述内包层区相邻，其中，包层部件的每个环包括分离所述环的相邻部件的包层背景材料的桥，其中所述至少一个内环的桥具有平均最小宽度(w1)，并且至少一个所述外包层环的桥具有平均最小宽度(w2)，其中至少一个所述外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内环桥的所述平均最小宽度(w1)大至少约10％，并且，其中所述纤芯区是具有至少约2μm直径的大体圆形。2.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述至少一个内环的所述桥具有大体相等的最小宽度(w1)，优选地，所述至少一个外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)大至少约20％，例如，至少约50％。3.根据权利要求1或2所述的微结构光纤，其中，所述至少三个外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)大至少约10％，例如至少约20％，例如至少约50％。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的微结构光纤，其中所述至少三个外环桥中的每一个的所述最小宽度(w2)是大体相等的，优选地所有的所述至少三个外环桥的所述最小宽度(w2)是大体相等的。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)是例如从约0.4至约1.2μm范围内的约1.2μm或更小，例如约1μm或更小，例如约0.8μm或更小，例如，约0.6μm或更小，有利地，所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)小于纤芯基模的零色散波长ZDM，例如，如果存在多于一个纤芯ZDM，小于所述纤芯基模的最低零色散波长ZDM。6.根据权利要求1至5中的任一项所述微结构光纤，其中，所述至少三个外环桥的所述平均最小宽度(w2)大于约1μm，例如至少约1.2μm，例如至少约1.5μm，例如至少约2μm。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述双包层长度段具有足以将第一高阶模(LP11)耦合到所述纤芯外的长度，优选地，所述双包层长度段是至少约10cm，例如至少约25cm，例如至少约50cm，更优选地所述双包层长度段在所述光纤的大体整个长度上延伸。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的微结构光纤，其中，多个外包层部件具有小于所述第一特征直径(d1)的特征直径，其中，所述第一特征直径(d1)比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约10％。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述外包层区的外直径和所述外包层部件的所述平均直径(d2)被设定尺寸，使得允许所述微结构光纤引导波长高于2000μm的光。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述第一特征直径(d1)比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约15％，例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约20％，例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约25％，例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约30％，例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约35％。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述微结构光纤是非线性光纤、用于超连续谱产生的光纤或无源传输光纤。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述光纤是非锥形的。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区是大体圆形的并且具有约2μm至约6μm之间的直径，优选地，在约2.5μm至约5μm之间，优选地，在约3μm至约4μm之间。14.根据权利要求1至13中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区是大体圆形的并且具有大于约10μm的直径，优选地，大于约12μm，优选地，大于约15μm，优选地，大于约20μm，优选地，大于约30μm。15.根据权利要求1至14中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区具有沿着所述光纤的大体整个长度的大体相同的直径。16.根据权利要求1至15中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区包括纤芯背景材料，其中，所述纤芯背景材料掺有掺杂材料，与所述非掺杂的纤芯背景材料相比，所述掺杂材料降低了所述纤芯区的折射率。17.根据权利要求1至16中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区是微结构的。18.根据权利要求1至17中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述内包层区包括内包层部件的一个、两个或三个内环，优选地，在存在多于一个内环的情况下，所述内环的桥的所述最小宽度是大体相等的。19.根据权利要求1至18中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述内包层区包括内包层部件的仅一个环。20.根据权利要求1至19中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述内包层区的所述内包层部件被布置为第一间距(∧1)，并且所述外包层区的所述外包层部件被布置为第二间距(∧2)，并且其中，在所述内包层区中的所述内包层区部件具有第一相对包层部件尺寸(d1/∧1)，以及在所述外包层区的所述外包层部件具有第二相对包层部件尺寸(d2/∧2)，其中所述第一相对包层部件尺寸和第二相对包层部件尺寸之间的差(d1/∧1-d2/∧2)大于约0.1，优选地，大于约0.15，优选地，大于约0.2，优选地，大于约0.25，优选地，大于约0.3。21.根据权利要求1至20中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述外包层部件的所述第一特征直径(d1)和所述平均直径(d2)之间的差大于约0.3μm，优选地，大于约0.4μm，优选地，大于约0.5μm，优选地，大于约0.6μm。22.根据权利要求1至21中的任一项所述的微结构光纤，其中所述第一特征直径大于约1.5μm，例如大于约1.8μm，例如大于约2.0μm，例如大于约2.2μm，例如大于约2.4μm，例如大于约2.6μm，例如大于约2.8μm。23.根据权利要求1至22中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述外包层部件的所述平均直径(d2)在约1.1μm和约1.8μm之间，例如在约1.15μm和约1.7μm之间，例如在约1.2μm和约1.5μm之间，例如约1.3μm。24.根据权利要求20至23中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述第一间距(∧1)和第二间距(∧2)各在约2.5μm和约3.5μm之间。25.根据权利要求1至24中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述内包层区的所述至少一个内环的部件是具有较大直径和垂直较小直径的椭圆，纵横比从约1：1.2到约1：3，优选地，从约1：1.5到约1：2.5，优选地，所述内包层区的所述至少一个内环的部件由相对于所述光纤的纵轴在径向方向上的它们的较小直径来定向。26.根据权利要求1至7和11至19中的任一项所述的微结构光纤，其中，所述内包层区的所述内包层部件被布置为第一间距(∧1)，并且所述外包层区的所述外包层部件被布置为第二间距(∧2)，其中，所述第二间距大于所述第一间距，例如大于至少约10％，优选地，大于至少约25％，更优选地，大于至少约50％，优选地，所述内包层区具有相对于所述纤芯直径的约80％或更少的径向厚度，例如相对于所述纤芯直径的约60％或更少。27.根据权利要求26所述的微结构光纤，其中，所述内包层区的所述至少一个内环的部件具有小于所述外包层区的所述至少三个外环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·朗格塞，C·雅各布森，
申请(专利权)人：NKT光子学有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK