有源光子带隙光纤制造技术

多种有源增益材料（９３）位于靠近光子带隙晶体光纤（２０）的电介质核心（１２）的电介质带隙包层限制区域（２２）的有源界面部分（４４）中，其中在操作过程中，所述多种有源增益材料（９３）吸收泵浦能量并且将所述泵浦能量作为势能储备而存储起来以供在处于频率的第二范围中的第二频率上的第二制导模式中由ＥＭ能量进行激发，从而和核心（１２）的第一制导模式进行交迭，使得由在光子带隙包层（２２）和电介质核心（１２）之间的界面所定义的表面和电介质包层限制区域的有源界面部分以及和电介质核心（１２）相关联的状态互相交迭，所述电介质核心（１２）支持至少一个表面模式在界面（４４）中传播。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及光学波导，尤其涉及有源微观结构，比如用于诸如光纤激光器和放大器等应用的光子带隙光学波导。2.
技术介绍
完全由玻璃材料所形成的光纤进入商业应用领域已愈20年。虽然这些光纤代表了通信领域内的一次跃进，但是对于替代性的光纤的设计工作没有停止。一种有前景的替代性光纤是微观结构光纤，其包括一些沿着其光纤轴的纵向的孔或者空隙，其有时被称为“多孔”光纤。这些孔内通常包含空气或者惰性气体，但也可以包含其它材料，或者是真空的。微观结构光纤可被设计为具有很多属性，并被用于很多应用领域。例如，已经制造出一种微观结构光纤，其具有一个实心的玻璃核心，而在核心周围的包层区域中有多个孔。孔的排列、间隔或者间距(pitch)和大小可以被设计为使得所得到的微观结构光纤从大的负值到大的正值范围内的均具有散射(dispersion)。这类光纤在诸如散射补偿的情形下是有用的。实心核心微观结构光纤也可以被设计为在很宽的波长范围上为单模。实心核心微观结构光纤通常利用内部全反射(total internal reflection)机理来制导光；可以认为孔的低(折射)率降低了其所处的包层区域的有效(折射)率。一种非常有趣的微观结构光纤是光子带隙光纤或晶体。光子带隙光纤采用一种与内部全反射(TIR)机理根本上不同的机理来制导光。光子带隙光纤具有一个形成于光纤的包层中的光子带隙结构。光子带隙结构可以是，例如，具有和光的波长近似的间距的孔的周期性阵列。光子带隙结构的频率和传播常数有一个范围，其被称之为带隙，在该范围内，光在光子带隙结构中无法传播。为了形成一个光波导(或者更为普遍地说，一种制导电-磁(EM)能量的结构)，在光子带隙晶体或光纤中形成缺陷(defect)。因此光纤的核心是由光子带隙结构包层中的缺陷所形成的。例如，该缺陷可以是一个孔，其具有与光子带隙结构的孔完全不同的尺寸和/或形状。或者，该缺陷可以是嵌入到光子带隙结构中的实心结构。被导入核心的光将具有由光以及核心的结构所确定的传输常数。在光纤核心中传播的光的频率和传输常数如果在光子带隙结构的带隙内，那么就不会在光子带隙包层中传播，因此其被限制在核心中。光子带隙光纤可以具有一核心，其由一个比周围的光子带隙结构的孔更大的孔所形成，在这样的空心核光纤中，光将在核心孔内被制导。缺陷是栅格结构中的一处中断，其可以是栅格某处的间隔的改变，可以采用具有不同折射率的材料替代栅格的一部分，或者将光子带隙晶体材料的一部分移除。缺陷的形状和大小被选择为用于产生或支持一种光传播模式，该传播模式具有位于光子晶体带隙内的波长。因此，缺陷的壁由一种材料，一种光子带隙晶体所制成，其不会传播由缺陷所产生的模式。与全内部反射光纤波导相比较，此时缺陷起波导核心的作用，而光子带隙晶体起包层的作用。然而，波导的机理允许核心具有非常低的折射率，因此具有低衰减和低非线性度的优点。光纤内的光子带隙制导的潜力令人很感兴趣。虽然对于在这类光纤中制导的理论已经有所描述，但是光子带隙光纤的实际制造以及光学属性的论证却相对很少。已经被论证(demonstrated)的光子带隙光纤受到高损耗(或者高衰减)的困扰；已经有报导的最低的损耗在10dB/km的数量级上。为了在电信领域作为传输光纤时能体现出重要的实践价值，光子带隙光纤必须有低得多的损耗。光纤激光器表示一种将低相干泵浦光(pump light)转换为相干信号光的高效装置。光纤激光器具有出色的表面积-体积比以利于冷却，通常是柔性的以利方便地展开，并且重量轻，价格便宜。这些特征使得光纤激光器在一些应用中相当地有吸引力。将光纤激光器同比例增大到更高的功率涉及更高的泵浦级别和交互作用长度(interaction length)。然而，非线性光学效应以及表面损伤最终限制了将其提高至更高的功率。在此之前，具有增加的有效面积的光纤剖面设计已被用于降低非线性光学效应。然而，最大有效面积通常受到弯曲损耗(bend loss)的限制；往往有效面积大的光纤的弯曲损耗也更大。已经采用防反射涂层以及抛光的光纤端面来降低在光纤-空气界面处的表面损耗。这些尝试使得操作功率得以提高，但是平均功率仍然被限制在大约1000W。如果想要同比例增大到更高的功率，就需要类似于常规光纤激光器的双包层配置，从而有效地将多模泵浦能量转化为单模光纤-激光能量。由于光子带隙晶体波导所提供的低非线性的优点，需要确定一种光纤剖面设计结构，其可以有效地将泵浦能量转化为单模光纤激光能量。光子带隙晶体波导的使用包括那些涉及高电-磁能量级别的输送的应用，比如用于切断材料或者焊接材料的装置。还特别需要将光子带隙晶体的低非线性度结合到诸如光纤的波导中去，从而将光纤激光器操作功率提高到被非线性交互作用所限制的现有设计之上。一个非线性交互作用的例子是受激布里渊散射，或者叫SBS。SBS是一种非线性光学过程，其发生在光学场和材料致密波之间。材料中的光学场和致密波通过已知的电致伸缩机理来交互影响。描述这一交互作用的强度的系数是电致伸缩常数。在标准实心核光纤中，入射场被光纤反射，而频率则由于SBS效应而发生偏移。在诸如光纤激光器和光纤放大器的很多应用中，SBS是一种有害的效应。很多方法被发展出来以遏制SBS过程的影响；其大部分通过增加有效面积或者对光学场进行光谱扩展以降低其密度。SBS过程的阈值功率取决于泵浦波的光谱宽度和光学场的有效面积。在连续波泵浦场中其可以低至1mW。因此，在光纤放大器或者光纤激光器中，由于SBS效应的限制，窄带连续波光学辐射的放大或产生存在困难。在中空的光子带隙光纤(PBGF)中，光学场被制导入光纤横断面的一个空隙中。该空隙可以填充空气、某些其它气体、某种液体、或者被抽空以支持一个真空区域。由于描述SBS交互作用的电致伸缩常数和材料的数密度(numberdensity)成比例，而气体的数密度大约比玻璃的数密度低三个数量级，所以光子带隙光纤的中空核心的非线性响应要比实心核玻璃光纤小大约三个数量级。此外，脉冲光学场的放大和产生受到发生于放大器或者激光器中的非线性过程的限制。由于描述各种非线性过程的非线性系数和光纤放大器或者振荡器中的核心材料的数密度成比例，所以中空核心的PBGF很理想地适用于遏制这些非线性效应。因此，需要一种光学有源中空核心PBGF以满足各种应用，比如放大或者产生窄带光学场或者脉冲光学场，而非线性损伤大为降低。专利技术概要本专利技术的一个方面涉及一种光子晶体波导，其具有一个掺杂有有源材料的信号和泵浦交迭部分，以使得波导的制导模式发生交迭，其中包层的空隙填充分数在大约0.45到0.98的范围内以允许在空气核心中进行空气制导。本专利技术的另一个方面涉及一种光子带隙晶体波导，其缺陷尺度(Rd)和间距(Λ)的比率大约在1.12到1.20的范围之内，从而将带隙区域配置为可以为在带隙区域发射的表面模式提供交迭，从而增强处于泵浦波长的从缺陷态所发射的核心模式，并压制处于信号波长的表面模式。本专利技术的其它特征和优点将在随后的详细描述中加以阐述，对于本领域技术人员而言，根据说明书的内容，其中一些特征和优点将变得明显，或者可以通过依照说明书、权利要求书及附图所述来实践本专利技术而加以认识。应该理解的是，之前的简要描述和之后的详细描述都是仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：带隙光制导区域，其具有中空的空隙，光由于带隙效应而在其中被制导；微观结构，位于邻近所述中空空隙之处，用于增强光的制导；以及多种有源增益材料，位于在所述中空空隙和微观结构之间的界面区域中，用于为光制导提 供有源增益。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KW科奇三世，JA韦斯特，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]