光耦器件及其制造和使用方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种光纤耦合器，用于耦合两个或更多光源进入多包层（例如双包层）光纤中，该光纤耦合器具有在处理、损耗以及背向反射等方面上的实际优点。本发明专利技术提供了一种光学部件，包括：ａ）具有ＮＡ１的抽运芯和第一光纤端的第一光纤；ｂ）围绕所述第一光纤的所述抽运芯的多个第二光纤，所述第二光纤的至少其中之一具有比ＮＡ１小的ＮＡ２的抽运芯，所述每个第二光纤均具有第二光纤端；以及ｃ）包括具有预定外形的端面，用于反射从所述第二光纤端而来的光进入所述第一光纤的抽运芯的反射器元件。本发明专利技术还与包括所述光学部件的设备（例如激光器或放大器）有关，与所述光学部件的制造方法和使用方法有关。本发明专利技术还与具有优化的刚度和体积比的棒状光纤有关。例如，本发明专利技术可使用在例如光纤激光器或放大器等应用中，特别是在光纤放大器（其中双包层光纤中抽运光和信号光以不同方向传播）的应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光从一个或多个输入波导至与这个或这些输入波 本专利技术涉及一种光学部件，该光学部件包括例如光子晶体光纤那样的用于抽运光(pump light)和信号光(signal light)的传播的接受光纤、多条抽运 传输光纤以及用于将从抽运传输光纤而来的抽运光反射进入接受光纤的 反射元件。本专利技术还涉及一种光学部件以及包括该光学部件的器件的制造 方法，以及该光学部件的使用方法。本专利技术还涉及一种棒状光纤(rod-type optical fibre)。本专利技术基于例如光子晶体光纤(PCF )的具有相对高的数值 孔径的多包层(例如双包层)光纤的特性。例如，本专利技术可用于例如光纤激光器或放大器等应用，其中利用光学 部件可实现从抽运源至例如双包层光纤的接受光纤的光的有效耦合。本发 明尤其涉及一种光纤放大器，其中在双包层光纤中抽运光和信号光在不同 方向上(相对传播抽运)传播。
技术介绍
现今，光纤在光学各个领域得到了广泛的使用。这些领域包括电信、 医疗、传感器、激光、放大器以及其它众多领域。用于激光器和放大器应用中的双包层光纤大约十年前，出现了称为双包层光纤(也称为双封套光纤)的新型光 纤家族。由于这种光纤应用在高能放大器和激光器中的潜力而受到了广泛 的关注。这种光纤包括两个彼此相互嵌入的波导；内导向区域和外导向区 域。典型地，内导向区域为用于导向信号光的单模芯，而外导向区域典型 地为用于导向抽运光的多模芯，也称为内包层(或抽运芯)。在本专利技术的上下文中，术语"双包层"或"双封套"光纤是指包括至 少两个在光纤的纵向延伸的包层区域的光纤，至少其中之一可用于传播诸 如抽运光的光，因此此包层区域还被称为"抽运芯"(pumping core)。上述术语并不在于排除使用包括多于两个如上所述的包层区域的光纤。不同 包层区域是通过例如背景材料的不同光学特性(例如折射率)来区分的，微结构元件的包层区域彼此不同(包层区域各自的微结构元件在任何特性 上的不同会影响光在特定波长的传输，例如微结构元件在大小上的不同 (如果未散布)、微结构元件材料的不同(例如，空洞、固体或液体)、规 律排列相对于不规律排列的不同，等)，等。双包层光纤的典型应用是将由半导体激光器(提供抽运光的激光器) 发出的低质量、低亮度光转变为高质量、高亮度光(信号光)。上述转变 对于激光器和放大器配置均可实现。对于激光器配置，通过受激发射在腔 中(典型地，通过光纤布拉格光栅和/或外反射镜形成)产生信号光。对于 放大器配置，种子信号耦合至单模芯并且通过受激发射放大。亮度被定义为单位面积单位立体角的光能，亮度还被称为发光度并且国际单位制中以坎德拉每平方米(Candela/m2)或瓦特每球面度每平方米 (W/steradian/m2)等来度量。对于多模光纤，亮度的保持是指在耦合/转 变之前及之后，与波导直径相乘的数值孔径(NA)为常数。亮度转换可通过在芯中掺杂例如稀土掺杂剂的光学活性材料并且利 用例如多模光的抽运光来抽运掺杂后的芯来实现。稀土原子会吸收抽运光 并且以较低光子能量重新发射能量。由于发射是通过受激发射产生的，因 此光会被导向到掺杂芯中。典型地，单模操作为优选，然而还可采用多模 操作。转变方法可以十分高效(最高大约为80% )并且亮度可被提高到高于 100倍。由于上述光源体积较小并且效率更高，因此经常被用作高亮度固 态激光器的替代物。以多种形式(微结构以及非微结构光纤)提供的双包层光纤均与本发 明相关。上述形式的光纤包括全玻璃光纤(例如，请参见Wang等人在 Electronics Letters,Vo1.40， No.lO， 2004中提到的)、聚合物包层光纤(例如， 请参见Martinez-Rios等人在Optics Letters, Vol.28, No.18, 2003中提到的) 以及光子晶体光纤(请参见WO 03/019257 )。光子晶体光纤近来，光子晶体光纤(PCF)作为一种光纤得到了极大的关注，其中与现有(固体、非微结构的)光纤相比，可以通过新的或改进的方法形成多种特性。在2003年Kluwer Academic Press发表的"Photonic crystal fibres" 中Bjarklev、 Broeng和Bjarklev大体描述了 PCF。例如，在第四章第115 至130页中描述了 PCF的制造方法。近年来，PCF已发展为也呈现双包层特性。在这里， 一圈紧密间隔的 空气孔(空气包层)限定多才莫内包层。例如，在美国专利US-5,907,652以 及WO 03/019257中描述了具有空气包层的光纤及其制造方法，并且上述 专利文献均作为参考包括在这里。PCF的数值孔径(NA)可取从较低的 0.2—直到大于0.8之间的值，不过典型值位于0.6附近。利用体光学耦合至双包层光纤在光纤学中存在的普遍问题是如何有效地将光发射进入光纤。通常光 源与将要耦合进入的光纤之间具有不同的发散角(数值孔径(NA))以及 点/芯尺寸。具体问题是如何将光从具有大的光点尺寸以及相对较低的数值 孔径的抽运-二极管-激光器发射进入具有小面积以及大数值孔径的双包层 光纤。解决上述问题的传统方法是采用体光学。在图1中示出了上述体光学 的例子，其中从例如传递抽运光的光纤10的单一源而来的抽运光要被耦 合进入PCF 11 (PCF仅为双包层光纤的例子)的单一端。第一 (慢)透镜 12准直从抽运光纤而来的光13,而第二 (快)透镜14将光聚焦进入PCF 的内包层。上述方法的缺点是仅利用一条抽运光纤。此外典型地，上述方 法仅具有80%至90%的耦合效率以及高反射，容易受到机械漂移以及不 稳定性的影响并且还容易受到污染的影响。最后，上述解决方法还使得商 业化的器件的封装设计变得复杂且价格昂贵。体光学的解决方案具有许多问题。 一个问题与很难获得低损耗的耦合 有关。另一个问题是对于较宽的波长获得较佳耦合。第三个问题是机械稳 定性。利用体光学的器件制造方法还相对复杂。此外，多层玻璃表面的反 射可能降低系统的性能。利用锥形光纤束耦合至双包层光纤为了将光从多个抽运激光器耦合至双包层光纤，通常采用的方法是利 用所谓的称之为锥形光纤束(也称为融合的、锥形光纤束)的耦合器。上 述耦合器经过了例如ITF、 SIFAM、 OFS、 JDSU以及Nufern等众多光学部件提供商公司的发展，并且在例如美国专利US-5,864,644或 US-5,935,288中进行了描述。在图2中示出了锥形光纤束的例子。多个光纤20被捆扎在一起并且 被加热至接近熔化的温度并且形成锥形体21。利用锥形体，从每个传递抽 运光(典型地，抽运光纤支持处于0.15至0.22之间的NA)的光纤而来的 光被合并并且随着融合区域的尺寸逐渐减小，NA緩慢地(隔热地)增大 (典型地，增大至大约0.45或甚至更大)。典型地，锥形区域直接由空气 围绕，导致一个未受保护的石英玻璃界面。典型地，耦合器的融合的锥形 端接合至双包层光纤。融合的锥形光纤束的问题在于其很难有效耦合抽运光进入具有高NA 的双包层光纤(高于0.3的NA)。因此，本专利技术的目的在于提供一种光纤 耦合器，用于耦合两个或更多个光源进入多包层(例如，双包层)光纤， 此耦合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学部件，其具有纵向光轴以及与所述纵轴垂直的横截面，所述光学部件包括：ａ．第一光纤，其具有第一光纤端部以及在所述第一光纤端部处具有ＮＡ１的抽运芯；ｂ．多个第二光纤，其围绕所述第一光纤的所述抽运芯，所述每个第二光纤均具有第二光纤端部，至少一个所述第二光纤在所述第二光纤端部处具有比ＮＡ１小的ＮＡ２的抽运芯；ｃ．反射器元件，其包括具有预定外形的端面，用于将从至少一个所述第二光纤端部而来的光反射进入所述第一光纤的抽运芯。

【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：T尼古拉吉森，
申请(专利权)人：晶体纤维公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]