大纤芯面积的单模光纤制造技术

本发明专利技术涉及用于传导光信号的单模光纤。光纤的纤芯区域能够以纤芯基模传导光信号波长上的光信号。包层区域布置为包围纤芯区域且包括内包层区域和外包层区域。内包层区域包括背景材料和布置在所述背景材料中的多个内包层部件，其中至少有多个所述多个内包层部件为第一类型的部件。第一类型的部件包括由高折射率区域包围的气孔，其中高折射率区域包括的高折射率材料的折射率大于内包层背景材料的折射率。多个所述第一类型的部件支持了有效折射率为n1的光学模式，其中n1小于或等于在所述光信号波长上的纤芯基模的有效折射率。该光纤可包括有源材料并作为包层泵浦的光纤放大器来使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括包含由高折射率区域包围的气孔的微结构的大纤芯面积(largecore area)的单模光纤及其制造方法，以及这种光纤的多种应用，例如用于光信号的放大。
技术介绍
单模光纤及其应用在本领域是公知的。在一种配置中，能够传导泵浦光的包层区域包围单模纤芯，其中泵浦光用于光学地泵浦光纤材料中所包括的有源成分(activeelement)。
技术实现思路
从下述几部分来描述本专利技术的各种实施例。本专利技术的目的之一在于提供一种用于传导光信号的单模光纤，所述光纤具有纵向的光轴以及垂直于该光轴的横截面，所述光纤包括纤芯区域和包层区域。纤芯区域能够以有效折射率为η。的纤芯基模传导光信号波长为X1的光信号。包层区域被设置为包围纤芯区域，且包括内包层区域和外包层区域。内包层区域包括折射率为nb的背景材料以及布置在所述背景材料中的多个内包层部件，其中至少有多个所述多个内包层部件为第一类型的部件。第一类型的部件包括由高折射率区域包围的气孔，其中高折射率区域包括的高折射率材料的折射率K大于内包层背景材料的折射率。该多个第一类型的部件支持了有效折射率为Ii1的光学模式，其中Ii1小于或等于在所述光信号波长上的纤芯基模的有效折射率。本专利技术的目的之一在于提供一种单模包层泵浦的光纤，用于放大光信号，所述光纤具有纵向的光轴以及垂直于该光轴的横截面。所述光纤包括纤芯区域和包层区域。纤芯区域包括掺杂有至少一种有源成分的材料，且能够以有效折射率为η。的纤芯基模传导光信号波长为X1的光信号。包层区域包围纤芯区域，且包括能够传导泵浦波长为泵浦信号的内包层区域，以及外包层区域。内包层区域包括折射率为nb的背景材料以及布置在所述背景材料中的多个内包层部件。至少有多个所述多个内包层部件为第一类型的部件，所述第一类型的部件包括由高折射率区域包围的气孔，其中高折射率区域包括的高折射率材料的折射率\大于内包层背景材料的折射率nb。该多个第一类型的部件支持有效折射率为H1的光学模式，其中Ii1小于或等于在所述光信号波长上的纤芯基模的有效折射率。在本专利技术的上下文中，与术语“高折射率区域”和“高折射率材料”相关使用的术语“高折射率”指的是大于内包层背景材料折射率的折射率。在本专利技术的上下文中，术语“内包层背景材料”指的是一种材料或具有大致相同的折射率的多种材料，若测量由该特定材料制成的内包层区域的横截面面积的各部分，那么内包层背景材料构成内包层的大部分，例如至少占50%的面积，例如至少占60%的面积，例如至少占70%的面积，例如至少占80%的面积，例如至少占90%的面积，例如至少占95%的面积。该内包层背景材料还可包括具有相似折射率的两种材料。在本专利技术的上下文中，诸如内包层区域的面积的区域或成分的面积，除另有规定外指的是所述区域或成分的横截面面积。同样地，例如直径或厚度的尺寸是横截面尺寸，除非另有说明。本专利技术的目的之一在于提供一种用于制造根据本专利技术的光纤的方法。该方法包括:提供至少一种纤芯预制元件和多个内包层预制元件，并以预制件的形式设置所述纤芯预制元件和所述内包层预制元件。预制元件被布置为使得所述内包层预制元件包围所述纤芯预制元件。可选地，布置多个外包层预制元件和/或外包层预制筒包围该纤芯预制元件和该内包层预制元件。随后所述预制件被拉丝为光纤。该内包层预制元件包括多个第一类型的预制成分，其包括由高折射率区域包围的气孔。在本专利技术方法的一个实施例中，气孔的半径和高折射率材料区域的厚度之间的比值小于I。本专利技术的目的之一在于提供一种包层泵浦光纤，用于光信号放大，所述光纤具有纵向的光轴以及垂直于该光轴的横截面。所述光纤包括纤芯区域和包层区域。纤芯区域包括掺杂有至少一种有源成分的材料；所述纤芯区域能够以有效折射率为η。的纤芯基模传导光信号波长为X1的光信号。包层区域被布置为包围纤芯区域，该包层区域包括内包层区域和外包层区域。该内包层区域能够传导泵浦波长为λρ的泵浦信号。内包层区域包括折射率为nb的背景材料，以及布置在所述背景材料中的多个内包层部件，其中至少有多个所述多个内包层部件为第一类型的部件。第一类型的部件包括由高折射率区域包围的气孔，其中高折射率区域含有的高折射率材料的折射率K大于内包层背景材料的折射率nb。多个所述第一类型的部件被布置为提供至少一种抑制高阶纤芯模式的包层模式。本专利技术的目的之一在于提供一种光放大系统，用于放大光信号波长为X1的光信号，所述系统包括根据本专利技术的单模包层泵浦光纤、泵浦光源以及种子光源。泵浦光源能够提供泵浦波长为泵浦光，所述泵浦光源光学地耦合至所述包层泵浦光纤。种子光源被布置为向所述包层泵浦光纤的纤芯中发射光信号。本专利技术的目的之一在于提供一种光学激光系统，用于发射光信号波长为X1的光信号，所述系统包括根据本专利技术的包层泵浦光纤，以及能够提供泵浦波长为λρ的泵浦光的泵浦光源，所述泵浦光源光学地耦合至所述包层泵浦光纤。该包层泵浦光纤的单模纤芯可具有较大的横截面面积，借此通过在每纤芯面积单元上降低信号强度，使得纤芯材料中的非线性光学效应的影响减弱了。在一个实施例中，纤芯区域的纤芯有效折射率大致等于内包层背景材料的折射率。在一个实施例中，纤芯有效折射率与内包层背景材料折射率之间的折射率差约为5.10_4或更少，例如约为2.10_4或更少，例如约为I.10_4或更少，例如约为5.10_5或更少。在一个实施例中，纤芯区域的最大的横截面尺寸大于约20μηι，例如大于约30 μ m,例如大于约40 μ m,例如大于约50 μ m,例如大于约75 μ m,例如大于约100 μ m,例如大于约125 μ m,例如大于约150 μ m,例如大于约175 μ m,例如大于约200 μ m,例如大于约300 μ m。在一个实施例中，纤芯区域的最大的横截面尺寸小于约2000 μ m，例如小于约1500 μ m,例如小于约1000 μ m,例如小于约750 μ m,例如小于约500 μ m。在本申请的上下文中，诸如纤芯区域的光纤区域的术语“最大横截面尺寸”指的是区域的圆形横截面的直径、或区域的非圆形横截面的外接圆的直径。在一个实施例中，纤芯区域的最大横截面尺寸大于约20倍的X1，例如大于约30倍的X1，例如大于约40倍的X1，例如大于约50倍的X1，例如大于约60倍的X1，例如大于约75倍的λ i，例如大于约100倍的λ i，例如大于约125倍的λ i，例如大于约150倍的X1,例如大于约200倍的X1，例如大于约300倍的λ1Ι5在一个实施例中，纤芯区域的最大横截面尺寸小于约2000倍的λ i，例如小于约1500倍的λ i，例如小于约1000倍的λ i，例如小于约750倍的A1，例如小于约500倍倍的λ lt)在一个实施例中，所述纤芯区域的面积在约300 μ m2至约67500 μ m2的区间内，例如在约600 μ m2至约50000 μ m2的区间内，例如在约750 μ m2至约40000 μ m2的区间内，例如在约1000 μ m2至约35000 μ m2的区间内，例如在约1200 μ m2至约32000 μ m2的区间内，例如在约1500 μ m2至约25000 μ m2的区间内，例如在约1900 μ m2至约18000 μ m2的区间内，例如在约2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.25 US 61/358,7091.一种单模光纤，用于传导光信号，所述光纤具有纵向的光轴以及垂直于该光轴的横截面，所述光纤包括: 纤芯区域，其能够以有效折射率为η。的纤芯基模传导光信号波长为λ i的光信号； 包层区域，其包围纤芯区域，该包层区域包括内包层区域和外包层区域，所述内包层区域包括折射率为nb的背景材料以及布置在所述背景材料中的多个内包层部件，其中至少有多个所述多个内包层部件为第一类型的部件，所述第一类型的部件包括由高折射率区域包围的气孔，其中高折射率区域包括折射率K的高折射率材料，折射率大于内包层背景材料的折射率，所述第一类型的部件支持有效折射率为Ii1的光学模式，其中Ii1小于或等于在所述光信号波长λ i上的纤芯基模的有效折射率η。。2.根据权利要求1所述的光纤，所述光纤能够被包层泵浦或是纤芯泵浦且适于放大光信号，纤芯区域包括掺杂有至少一种有源成分的材料；以及内包层区域能够传导泵浦波长为λρ的泵浦信号。3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中纤芯区域具有纤芯有效折射率，该纤芯有效折射率大体上等于内包层背景材料的折射率。4.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述纤芯区域的最大的横截面尺寸大于约20 μ m,例如大于约30 μ m,例如大于约40 μ m,例如大于约50 μ m,例如大于约75 μ m,例如大于约100 μ m，例如大于约125 μ m，例如大于约150 μ m，例如大于约175 μ m，例如大于约200 μ m,例如大于约300 μ m。5.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述纤芯区域的最大横截面尺寸大于约20倍的λ i，例如大于约30倍的λ i，例如大于约40倍的λ i，例如大于约50倍的λ i，例如大于约60倍的λ i，例如大于约75倍的λ i，例如大于约100倍的λ i，例如大于约125倍的λ工，例如大于约150倍的λ i，例如大于约200倍的λ i，例如大于约300倍的λ lt)6.根据权利要求2-5中任一项所述的光纤,其中所述有源成分包括稀土兀素,选自于下述成分构成的组:镱(Yb)、铒(Er)、镨(Pr)、钕(Nd)、钦(Ho)、铥(Tm)、镝(Dy)或其组合，例如铒(Er)和镱(Yb)的组合。7.根据权利要求2-6中任一项所述的光纤,其中掺杂有有源成分的材料大体上布置在所述纤芯区域的有源部分，所述有源部分围绕所述纤芯区域的中心部分，例如所述有源部分大体上由围绕纤芯区域中心部分的横截面环形区域形成。8.根据权利要求7所述的光纤，其中所述有源部分被布置为使得纤芯基模具有与有源部分的模场重叠，该模场重叠低于约50%,例如低于约25%,例如低于约20%,例如低于约15%，例如低于约10%，例如低于约5%，例如低于约1%。9.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述纤芯区域进一步地掺杂有一种或多种材料，所述材料选自氟(F)、锗(Ge)、铺(Ce)或其组合构成的组。10.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述外包层包括空气包层。11.根据权利要求2-10中任一项所述的光纤，其中所述信号波长在所述有源材料的发射带上,例如在为约900nm至约1200nm的范围上，例如在为约1500nm至约1600nm的范围上，例如在为约1800nm至约2400nm的范围上。12.根据权利要求2-11中任一项所述的光纤，其中所述泵浦波长在所述有源材料的吸收带上。13.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述内包层部件大体上布置为周期为Λ的周期晶格，例如六角形晶格。14.根据权利要求13所述的光纤，其中所述晶格的周期Λ可设置为使得比值Λ/λ i大于约5，例如大于约8，例如大于约10，例如大于约12，例如大于约15，例如大于约20，例如大于约30，例如大于约40，例如大于约50。15.根据权利要求13-14中任一项所述的光纤,其中所述晶格的周期Λ可大于约5μ m,例如大于约8 μ m，例如大于约10 μ m，例如大于约12 μ m，例如大于约15 μ m，例如大于约17 μ m,例如大于约20 μ m,例如大于约23 μ m,例如大于约26 μ m,例如大于约30 μ m,例如大于约40 μ m,例如大于约50 μ m,例如大于约75 μ m,例如大于约100 μ m。16.根据权利要求13-15中任一项所述的光纤，其中高折射率区域的平均厚度tavg和晶格的周期被设置为使得tavg/ Λ大于约0.01,例如大于约0.05,例如大于约0.08,例如大于约0.10，例如大于约0.15，例如大于约0.18，例如大于约0.20，例如大于约0.25，例如大于约0.3，例如大于约0.35，例如大于约0.4，例如大于约0.45，例如大于约0.5，例如大于约0.55,例如大于约0.6,例如大于约0.65。17.根据权利要求13-16中任一项所述的光纤，其中所述第一类型部件的气孔的直径(I1设置为使得比值Cl1/ Λ小于约0.5，例如小于约0.4，例如小于约0.35，例如小于约0.3，例如小于约0.25，例如小于约0.2，例如小于约0.15，例如小于约0.1，例如小于约0.05。18.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述多个内包层部件进一步包括包含有低折射率区域的第二类型的部件。19.根据权利要求18所述的光纤，其中该低折射率区域是气孔或者包括气孔。20.根据权利要求18-19中任一项所述的光纤，其中该低折射率区域是下掺杂区域或者包括下掺杂区域。21.根据权利要求18-20中任一项所述的光纤，其中所述第二类型的部件至少在围绕所述气孔的材料的组成方面不同于所述第一类型的部件。22.根据权利要求18-21中任一项所述的光纤，其中所述第二类型部件的高折射率区域所延伸的横截面面积小于所述第一类型部件的所述高折射率区域的面积。23.根据权利要求22所述的光纤，其中所述第二类型部件的高折射率区域的横截面面积是所述第一类型部件的所述高折射率区域的面积的约1/10，例如约1/20，例如约1/30，例如约1/40，例如约1/49，例如第二类型部件基本上没有具有高折射率的材料。24.根据权利要求19-23中任一项所述的光纤，其中所述第二类型的部件由所述气孔和内包层背景材料组成。25.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述第一类型部件的高折射率区域包括掺锗的硅。26.根据前述任一权利要求所述的光纤，其中所述第一类型的内包层部件进一步地包括第二区域。27.根据权利要求24所述的光纤，其中第二区域包括折射率低于高折射率区域的折射率的材料。28.根据权利要求24或25的光纤，其中所述第二区域包括折射率高于内包层背景材料的材料。重复权利要求序号28.根据权利要求24-26中任一项所述的光纤，其中所述第二区域布置为围绕所述高折射率区域。29.根据权利要求24-26中任一项所述的光纤，其中所述高折射率区域布置为围绕所述第二区域。30.根据前述任一权利要求所述的光纤,其中高折射率材料和内包层背景材料之间的折射率差至少为约I.1(Γ5，例如至少为约5.1(Γ5，例如至少为约I.ιοΛ例如至少为约5.10_4，例如至少为约7.10_4，例如至少为约I.10_3，例...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·T·奥克塞卓德，
申请(专利权)人：NKT光子学有限公司，
类型：
国别省市：