玻璃大芯径光纤制造技术

光纤的实施例可以包括包层结构，所述包层结构包括相对于在其中设有包层结构的包层材料可产生极低相对折射率差的材料（例如，氟掺杂的石英玻璃）。该相对折射率差可被表征为（ｎｉ－ｎ２）／ｎｉ，其中ｎｉ是其中包括由包层结构的包层材料的折射率，而ｎ２是包层结构的折射率。在某些实施例中，相对折射率差可能小于大约４．５×１０－３。在不同的实施例中，包层结构的构造包括，例如，包层结构的尺寸和间距，可被选择以便提供对基模的限制，仍然允许二阶模和较高阶模的泄漏，它可以提供模式过滤，单模传播，和／或低弯曲损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
各种实施方案涉及光纤，例如，具有大芯径尺寸的光纤和支持单模传播的光纤，以 及使用所述光纤的装置和系统，例如，激光器，放大器，和基于激光的材料加工系统。
技术介绍
单模光纤为高质量光束提供灵活的传输媒介。传统的单模光纤通常的纤芯直径 在9μπι以下。不过，传统单模光纤的小纤芯直径不适于传输大功率光束。在这些光纤中 传播的高光强光束可能导致较强的非线性效应，如自相位调制，拉曼(Raman)散射，布里渊 (Brillouin)散射等。自相位调制可能导致脉冲畸变。拉曼和布里渊散射可能导致在传输 期间显著的功率损耗。近来，业已发现基于稀土离子和拉曼效应的光纤激光器在许多应用中相对于它们 的固态对应物具有优势，并且改进了它们的功率水平。进一步缩放单模光纤激光器或放大 器的输出功率的一个限制是非线性。不过，通过利用更大纤芯直径的设计可以提高其上限。对单模光纤有需求。还需要光纤能在很大波长范围内工作。还要考虑易于使用和 制造，这可以导致使用的增加。
技术实现思路
各种实施方案包括单模光纤和大芯径光纤。在某些实施例中，光纤可以在大波长 范围内工作。还披露了包括光纤的各种实施例，所述光纤包括包层结构，它包括相对于在其中 设有包层结构的包层材料能够产生极低相对折射率差的材料(例如，掺氟石英玻璃)。该相 对折射率差可以用(H1-H2)Ai1表征，其中，H1是其中包括包层结构的包层材料的折射率，而 n2是包层结构的折射率。在不同的实施例中，包层结构的设置，例如，包层结构的尺寸和间距可以选择，以 便提供对基本模式的限制，但允许第二模式和更高模式的泄漏，以便提供模式过滤和单模 传播。一般已知弯曲损耗性能随着低相对折光率差而恶化。该趋势通过实验和模拟得到 证实。不过，令人吃惊的是，业已发现低相对折光率差可以获得模式过滤的显著改进，同时 弯曲损耗性能保持适当。具体地讲，小的相对折射率差可以提供更好的模式过滤并易于使 用和制造，同时提供更高但适当的弯曲损耗。因此，在不同的实施例中，光纤被设置成具有至少部分由包层结构环绕的芯。所述 包层包括具有折射率Ii1的第一包层材料和由折射率为II2的第二包层材料形成的包层结构， 其中Il2 < Ii1，并且相对折射率差(Ii1-Ii2) Ai1较小。在某些实施例中，极小的相对折射率差(II1-II2)Ai1提供了改进的模式过滤和足够 低的弯曲损耗。在某些实施例中，相对折射率差可以小于约4. 5X10_3。在某些实施例中，相对折 射率差可以小于约1.0X10_3。在某些实施例中，相对折射率差可以小于约8X10_4。 在某些实施例中，所述结构可以提供的较高阶模损耗为至少约ldB/m。在某些实施 例中，所述结构可以提供的较高阶模损耗为至少约5dB/m。在某些实施例中，所述结构可以 提供的较高阶模损耗为至少约10dB/m。在某些实施例中，光纤直径可被设置成具有低损耗的基模，同时增大较高阶模损 耗。例如，在不同的实施例中，基模的损耗可以为大约0. ldB/m或以下，而在某些实施例 中较高阶模式的损耗可以为大约ldB/m或以上。在其它实施例中，基模的损耗可以为大约 ldB/m或以下，而在某些实施例中较高阶模式的损耗可以为大约10dB/m或以上。在某些实施例中，光纤的弯曲半径为IOcm或更大。在某些实施例中，光纤可以是"全玻璃"。芯，其中设有包层结构的包层材料，以 及包层结构可以包括至少覆盖在部分光纤长度上的玻璃。在不同的实施例中，光纤设计可以包括泄漏信道光纤(LCF)，其中，改进了较高 阶模式的泄漏，光子晶体光纤，无尽单模光子晶体光纤(它的波长范围大于500nm或大于 lOOOnm，例如，它的波长范围至少从458nm_1550nm)，和/或大芯径设计。在至少一个实施例中，光纤包括由多个玻璃结构环绕的芯，其中，玻璃结构的位 置、形状和尺寸提供单模操作，并且对光纤的第二模式损耗为至少约ldB/m。在至少一个实施例中，光纤包括由多个第二玻璃结构环绕的芯，所述第二玻璃结 构在第一包层材料中排列成规则或不规则阵列，其中，所述结构的位置、形状和尺寸提供单 模操作，并且其中相对折射率差小于约4. 5X10_3。在某些实施例中，相对折射率差小于约 1. 0Χ1(Γ3。在至少一个实施例中，光纤包括由多个第二玻璃结构环绕的芯，所述第二玻璃结 构在第一包层材料中排列成规则或不规则阵列，其中，所述结构的位置、形状和尺寸提供 在大范围波长内(例如，至少约500纳米)的单模操作，并且其中相对折射率差小于约 4. 5Χ10_3。在某些实施例中，波长范围可以为500-1000nm，例如，800nm。在某些实施例中， 相对折射率差小于约1. OX 10_3。在至少一个实施例中，光纤被设置成在较高阶模式和基模之间产生大的微分模式 损耗。例如，在某些实施例中，第一阶模式的损耗可以为大约0. ldB/m或以下，而较高阶模 式的损耗可以为大约ldB/m或以上。至少一个实施例包括一种光纤，它用于传播具有一波长的至少一个较低阶模式 (例如，基模)，同时限制传播具有所述波长的较高阶模式，这通过在所述波长上使所述较 高阶模式具有比所述至少一个较低阶模式更高的损耗来实现。光纤可以包括第一包层 区域，包括折射率为Ii1的材料；第二包层区域，包括一个或多个包层结构，所述包层结构包 括折射率为n2的材料；和纤芯区域，它至少部分由所述第二包层区域环绕。包层结构被设置成显著限制所述较低阶模式向芯区域的传播。包层结构包括产生低相对折射率A。= (nfig/rii的材料，而至少一个较高阶模式的损耗为至少约ldB/m。在某些实施例中，至少 一个较高阶模式的损耗为至少约5dB/m。在不同的实施例中，光纤具有正交于光纤长度的六边形截面。六边形截面可以具 有圆角。在某些实施例中，光纤可以是双包层光纤，其中，所述光纤的外六边形周边形成区 域的反射边界，用于引导泵浦。所述双包层光纤的截面具有带圆角的六边形形状，可能有利 于泵浦模式混合。由于绝对的圆形边界，会有斜射光不通过中央的掺杂芯。具有六边形边 界的某些实施例不允许所述模式存在或减少了所述模式的存在，并且可以至少增加通过芯 的光量。在不同的实施例中，包层结构是掺杂的，并且具有比背景包层材料更低的折射率， 其中包层结构设置在背景包层材料中。至少一个实施例包括一种光纤，它具有第一包层材料和第一折射率叫。包层结构 设置在第一包层材料中。第二包层的包层结构具有第二折射率n2。至少一个包层结构是非 旋转对称的。预先选定的外径和结构间的相对间距可以使较高阶模式损耗比基模损耗大至 少约5dB。可在光纤输出测得的模态分布可以在模态分布的至少中央部分的实质部分上受 到近似衍射限制，例如，在半功率或1/e2强度点间的部分。芯可以是稀土掺杂的，以便提供光增益媒介。本专利技术的不同实施例可用于激光放 大器，激光器，短或超短脉冲发生器，Q开关激光器和其它系统。在不同的实施例中，光纤包括第一包层区域，它包括具有第一折射率nl的第一包 层材料。光纤还包括第二包层区域，它包括一个或多个包层结构，所述包层结构包括具有第 二折射率n2的第二包层材料。光纤还包括芯区域，它至少部分由第二包层区域环绕。第一 和第二包层区域可被设置成使得芯区域传播至少一个较低阶模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤，包括：第一包层区域，它包括具有第一折射率ｎ１的第一包层材料；设置在所述第一包层区域中的包层结构，所述包层结构包括具有第二折射率ｎ２的第二包层材料，其中，ｎ２小于ｎ１，并且，由（ｎ１－ｎ２）／ｎ１表征的相对折射率差小于约４．５×１０↑［－３］；和至少部分由所述包层结构环绕的纤芯区域，所述第一包层区域和所述包层结构被设置成使得所述纤芯区域传播具有一波长的至少一个较低阶模，同时通过在所述波长下使至少一个较高阶模比至少一个较低阶模具有更高的损耗，来限制具有所述波长的至少一个较高阶模的传播，其中至少一个较高阶模的损耗为至少大约１ｄＢ／ｍ。

【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：董梁，李军，H麦凯，傅立斌，A马辛科维奇欧斯，
申请(专利权)人：IMRA美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]