[發明專利]復合波導

有效

• 申請號: 200580030583.1
• 申請日: 2005-07-14
• 公開（公告）號: CN101052907A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: A·加爾萬奧斯卡斯
• 申請（專利權）人: 密執安州立大學董事會
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/28
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 錢慰民

相關申請的交叉引用

本發明要求2004年7月14日提交的美國臨時申請No.60/587,988的優先權，它通過引用整體結合于此。

技術領域

本文公開的本發明各實施方式一般涉及光學波導，尤其涉及光纖。

背景技術

由于高亮度半導體二極管泵浦的進步和大模面積(large-mode?area)光纖的出現，光纖激光器系統的功率輸出快速增加。大模面積光纖便于通過降低纖芯中非線性交互的有害效應、通過降低光纖對光學損傷的敏感性、以及通過允許雙包層光纖的更大包覆尺寸來實現高功率。

結果，光纖激光器變成迄今為止最強大的固態激光器技術，能提供比常規固態激光器大近兩個量級的衍射極限功率。由于光纖激光器的實用性，光纖激光器技術的出現甚至更加意義重大。實際上，光纖激光器為單塊、緊湊型和極有效率的激光器提供了技術平臺，這些激光器可通過與建立電子設備相似的方式生產，且與通常常規開腔激光器所需的復雜、技術密集的組裝過程極為不同。因此，存在用更加緊湊、可靠、有效且成本有效的光纖激光器代替大多數目前使用的常規固態激光器的可能性，從而顯著改進大多數激光器應用。

目前，存在三種允許使用大模面積(LMA)光纖的技術：(i)多模芯的單模激勵，(ii)適當卷繞的光纖中分布式模式濾波，和(iii)光子晶體大模光纖。所有三種技術對最大允許模大小具有大致相似的限制，盡管事實上技術(i)和(ii)都使用多模芯光纖而(iii)本質上不同，因為它使用單模芯光纖。

然而，在許多重要的實際方面，當前模大小定標的方法非常有限。首先，模大小是有限的，從而進一步限制了功率和能量定標。其次，大芯光纖的使用實際上被其多模特性所限制。第三，直接光纖接合不能實現且常規的熔合單模器件是不可能的。因此，由于光纖激光器制造比單模電信類器件顯然更復雜，光纖激光器技術的進一步實用發展得到制約。

因此，需要顯著增加模大小、并提供具有有效單模芯的大模光纖的光纖設計。較佳地，這種光纖設計也可允許使用標準的單模光纖接合技術。此外，這種光纖設計較佳地用于折射率引導光纖和光子晶體光纖。而且，光纖設計較佳地對大模場直徑的彎曲效應(bending?effect)不敏感。這使光纖的模場性質由結構而非卷繞決定。最后，這種光纖設計較佳地不需要復雜濾模和激勵技術，從而使光纖可用于無源光纖或放大光纖。

發明內容

公開了一種復合波導。該復合波導具有中芯以及圍繞中芯螺旋式纏繞且光學鄰近該中芯的至少一個側芯。中芯可被配置成大模面積且復合波導可被配置為折射率引導光纖或光子晶體光纖。在可選實施方式中，中芯可被配置成傳導主模。中芯也可以是直的。側芯可被配置成提供側芯與中芯中的模之間的有效且選擇性的耦合。側芯與中芯之間的耦合可被配置成實質上只有中芯的預定高階模耦合于側芯。側芯還可被配置成向沿側芯傳播的模提供高損耗。中芯與側芯的模場可至少部分地重疊。

或者，復合波導可包括中芯、圍繞中芯螺旋式纏繞且光學鄰近中芯的至少一個側芯、以及圍繞中芯螺旋式纏繞且沿中芯長度在方位角改變的方向上對中芯施加應力的至少一個應力絲。

在另一實施方式中，復合波導可包括中芯、圍繞中芯螺旋式纏繞的至少一個側芯，該側芯的第一邊緣與中芯光學通信、且該側芯的外表部分基本上靠近復合波導的外徑。該外表部分包括易于引起復合波導模損耗的至少一個結構缺陷。結構缺陷可使用毛細管堆積、摻雜物或摻雜物吸收來配置。

此外，復合波導還包括傳導主模的裝置和圍繞傳導主模的裝置螺旋式設置并傳導高階模的裝置。傳導高階模的裝置還可包括增加高階模損耗的裝置。

制造復合波導的方法可包括拉制具有中芯和至少一個偏心側芯的光纖預制棒并在拉制復合波導時旋轉預制棒。中芯可被配置成大模面積且光纖拉制烘箱可旋轉以轉動預制棒?；蛘撸瑥秃喜▽Э杀慌渲脼檎凵渎室龑Ч饫w或光子晶體光纖。旋轉速度可基本上恒定。偏心芯的螺旋周期可根據旋轉速度和/或光纖拉制速度來確定。旋轉方向可周期性地反向。旋轉速度可改變以提供偏心芯的可變螺旋周期。

附圖說明

在結合附圖閱讀以下詳細描述和權利要求書之后，本發明的特征和發明方面可變得更加顯而易見，以下是附圖的簡要描述：

圖1A是根據第一實施方式的復合波導的立體圖；

圖1B是圖1的復合波導的橫截面圖；

圖2是圖1的復合波導的基模(LP₀₁)和高階模(LP₁₁)的橫截面和三維輪廓；

圖3A是示出圖1的30μm中芯的復合波導的精確相位匹配和準相位匹配模式耦合之間不同的曲線；