微结构纤维通过高温装载的寿命延长和性能改进制造技术

本发明专利技术涉及包括芯和包层的光学纤维，该芯和包层分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学纤维，所述微结构光学纤维通过包括使所述芯材料和可选地所述包层材料装载氢和/或氘的方法是可获得的由此在高脉冲应用中纤维的寿命可被延长。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国家申请号为200880007843.7、专利技术名称为“微结构纤维通过高温装载的寿命延长和性能改进”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术具体地涉及包括芯(core)和包层(cladding)的光学纤维，其每个分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学型。
技术介绍
最近，称为微结构纤维、光子晶体纤维(PCF)或有孔纤维的光学纤维已经被开发出(这样的纤维的特例有时称为光子带隙纤维(PBG))。这个PCF包括用透明材料制成的包层，其中沿纤维的长度嵌入孔阵列[J.C.Knight等,Opt.Lett.21(1996)p.1547.Errata:Opt.Lett.22(1997)p.484]。这些孔通常以周期性阵列横着设置并且填充有具有比剩余部分包层更低折射率的材料。纤维的中心通常包括打断包层的周期性的透明区域，该区域经常起纤维的芯的作用。然而，原则上这个区域不需要在横截面的中心。通常纤维的横截面包括被包层区域包围的芯区域，芯区域包括芯区域材料，包层区域包括嵌入在包层本底材料中的孔(可选地填充空气或气体)、固体或液体微结构组元(element)，两个区域都在光学纤维的纵向上延伸。通常芯将引导纤维的工作波长内的光的80％或更多。典型地，芯和包层都由纯熔融石英(fusedsilica)制成而这些孔填充有空气。在其的变化形式中，PCF包括代替孔的横向设置的另一个材料的棒。这样的纤维例如在WO37974中公开，其也公开具有横向设置的孔的PCF。PCF类型一般用堆叠以形成预制件的棒状单元制成，其在那之后在一个或多个步骤中拉拔以形成最终的光学纤维。在2DPhotonicbandgapstructuresinfibreform(以纤维形式的2D光子带隙结构)”，T.A.Birks等，“PhotonicBandGapMaterials(光子带隙材料),Kluwer,1996中公开用以毛细管的形式的棒通过堆叠这些管而制成预制件的方法。PCF的制造方法也在由Bjarklev,Broeng,以及Bjarklev的“Photoniccrystalfibres(光子晶体纤维)”KluwerAcademicPress,2003的chapterIV,pp.115-130中说明。WO3078338公开生产用于微结构光学纤维的预制件的方法，其中多个伸长组元彼此平行放置在容器中，其中在所述容器的至少一部分填充包含二氧化硅(silica)的溶胶之后，其被干燥并且烧结。微结构光学纤维是相对新的
，其中可以相对大的自由度设计波导性质。这样的纤维通常用纯二氧化硅制成，该纯二氧化硅包括在纤维的纵向上延伸的通常用孔或掺杂的玻璃制成的图案。设计的自由度使这样的纤维对于需要特定纤维非线性性质的应用是令人感兴趣的。一个这样的应用是超连续光谱(supercontinuum)的产生，其中基于纤维的源是产生宽光谱输出的线缆。在微结构纤维中的超连续光谱(SC)的产生作为空间相干宽带光(称为白光或超连续光谱的源已经研究了数年。虽然这样的源的新应用连续不断地被发现，数个已经被确认，例如各种不同形式的荧光显微术、激光精密光谱学和光学相干断层成像术(OCT)等。在光谱的可见光部分中的高亮度发射对于共焦荧光显微术是特别重要的。然而，迄今为止在光谱的短波长部分中的不足功率阻止了SC源揭开它们在这个领域内的全部潜能。在这里提供的试验中把高功率可见光SC产生作为目标。迄今为止大多数研究基于用飞秒(fs)激光来引晶非线性纤维，但使用纳秒和皮秒(ps)激光的SC-产生也已经被证明。后者大大降低了系统的成本和复杂性，同时保持高重复率和高效的SC产生。此外，在ps域中产生更加光谱均匀的SC光谱一般是可能的，其中而且更强大的籽晶源可获得的，其引起相应地更强大的连续光谱同时合计保持低于纤维的损伤阈值，ps系统对于在光学研究实验室外面的真实世界应用经常具有特别的吸引力。超连续光谱源的平均功率/光谱密度和超连续光谱的宽度的限制是非线性纤维的损伤阈值。如果峰值功率或脉冲能量超过玻璃块或玻璃空气界面损伤阈值，纤维的输入面或最先的几个毫米可能被毁坏，并且系统将具有灾难性失效。本专利技术者已经观察到当峰值功率或脉冲能量低于这个阈值时微结构非线性纤维可仍然被观察到随时间退化。这个退化通常观察到是随时间减少可见光中的功率。对于商业应用，超连续光谱光源的长寿命是关键性的并且这样的纤维退化通常是不可接受的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供非线性微结构光学纤维，其中这样的退化或被消除或被减小到可容许的水平。本专利技术的目的通过在附上的权利要求中说明的和如在以下说明的专利技术实现。本专利技术的目的在于，如在权利要求1中限定的，通过包括芯和包层的光学纤维实现，所述芯和包层分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学纤维，所述微结构光学纤维通过如下方法可获得，所述方法包括：使所述芯材料和可选地所述包层材料装载(loading)氢和/或氘。这样的光学纤维关于在应用中的长寿命可具有特别合适的性质，其中所述纤维设置以引导具有高峰值功率的脉冲。为了克服由所谓的水带导致的吸收，其当纤维经受例如对于海底通信电缆出现的富氢环境时增加，在本领域中有时应用装载氘。这个问题与现有问题不相似。因此在一个实施例中纤维应用在其中它经受具有小于5at％，例如小于1at％，例如小于0.1at％，例如小于0.01at％，例如小于0.001at％的H2和/或H+离子的含量的介质的环境中。在一个实施例中非线性纤维被视为是指引导至少波长范围λmin至λmax的光并且具有非线性参数γ的纤维，其中对于所述范围的至少一部分，乘积γ·λ大于或等于4·10-9W-1，例如大于或等于5·10-9W-1，例如大于或等于6·10-9W-1，例如大于或等于7·10-9W-1，例如大于或等于8·10-9W-1，例如大于或等于10·10-9W-1，例如大于或等于20·10-9W-1，例如大于或等于40·10-9W-1。非线性参数γ定义为γ=2πλ-n2Aeff,]]>其中这里n2是纤维材料的非线性折射率并且Aeff是纤维的有效模面积(modearea)。通常，n2对于二氧化硅玻璃(silicaglass)大约是2.6·10-20m2/W。在一个实施例中非线性纤维被视为是指具有非线性参数γ的纤维，当引导1550nm的波长时其中γ大于或等于3·10-3(Wm)-1，例如大于或等于5·10-3(Wm)-1，例如大于或等于10·10-3(Wm)-1，例如大于或等于15·10-3(Wm)-1，例如大于或等于20·10-3(Wm)-1，例如大于或等于30·10-3(Wm)-1，例如大于或等于40·10-3(Wm)-1，例如大于或等于50·10-3(Wm)-1。在一个实施例中非线性纤维被看成是指具有非线性参数γ的纤维，当引导1064的波长时其中γ大于或等于5·10-3(Wm)-1，例如大于或等于10·10-3(Wm)-1，例如大于或等于15·10-3(Wm)-1，例如大于或等于20·10-3(Wm)-1，例如大于或等于30·10-3(Wm)-1，例如大于或等于40·10-3(Wm)-1，例如大于或等于50·10-3(Wm)-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学超连续谱系统，包括光纤和馈送单元，其中所述馈送单元为脉冲泵浦光源并且适合于用脉冲馈送给所述光纤，其中在所述光纤内的峰值功率密度等于或高于100W/μm2，其中所述光纤包括芯和包层，它们分别包括芯材料和包层材料，其中所述光纤是非线性微结构光学纤维，所述芯的至少一部分为二氧化硅，并且其中所述微结构光学纤维包括束缚于所述芯材料的氢和/或氘。

【技术特征摘要】
2007.01.12 DK PA2007000501.一种光学超连续谱系统，包括光纤和馈送单元，其中所述馈送单元为脉冲泵浦光源并且适合于用脉冲馈送给所述光纤，其中在所述光纤内的峰值功率密度等于或高于100W/μm2，其中所述光纤包括芯和包层，它们分别包括芯材料和包层材料，其中所述光纤是非线性微结构光学纤维，所述芯的至少一部分为二氧化硅，并且其中所述微结构光学纤维包括束缚于所述芯材料的氢和/或氘。2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述芯材料包括小于或等于10at％、例如小于5at％、例如小于3at％、例如小于2at％、例如小于0.1at％、例如小于0.01at％、例如小于0.001at％、例如小于0.0001at％的Cl含量。3.如权利要求1或2所述的光学系统，其中所述光纤适合于引导至少波长范围λmin至λmax的光并且具有非线性参数γ，其中对于所述范围的至少一部分，乘积γ·λ大于或等于4·10-9W-1，例如大于或等于5·10-9W-1，例如大于或等于6·10-9W-1，例如大于或等于7·10-9W-1，例如大于或等于8·10-9W-1，例如大于或等于10·10-9W-1，例如大于或等于20·10-9W-1，例如大于或等于40·10-9W-1。4.如权利要求3所述的光学系统，其中所述波长范围λmin至λmax以便限制其中所述光纤是单模的波长范围。5.如前述权利要求任一项所述的光学系统，其中所述光纤的长度从1米至30米。6.如前述权利要求任一项所述的光学系统，其中所述芯包括小于0.1at％、例如小于0.01at％、例如小于0.001at％的锗含量。7.如权利要求1-6中任一项所述的光学系统，其中所述馈送单元适合于用脉冲馈送给所述光纤，其中在所述光纤内的峰值功率密度等于或高于500W/μm2，例如等于或高于1000W/μm2，例如等于或高于2500W/μm2，例如等于或高于5000W/μm2，例如等于或高于7500W/μm2，例如等于或高于10,000W/μm2。8.如权利要求7所述的光学系统，其中所述光纤设置成处于一种环境中，在所述环境中其经受具有小于5at％、例如小于1at％、例如小于0.1at％、例如小于0.01at％、例如小于0...

【专利技术属性】
技术研发人员：CL汤姆森，
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