[發(fā)明專利]空芯光子晶體光纖及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880032026.0
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN110662990A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·鮑爾施密特;P·于貝爾;P·拉塞爾
• 申請（專利權(quán)）人: 馬克斯-普朗克科學(xué)促進協(xié)會
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 11021 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 胡良均

一種空芯光子晶體光纖(HC?PCF)(10)，用于沿著所述HC?PCF(10)的模式引導(dǎo)部分(11)引導(dǎo)光場(1)的至少一種模式，所述空芯光子晶體光纖(10)包括：沿著HC?PCF(10)延伸的外套層(12)、內(nèi)包層(13)和空芯(14)，其中所述內(nèi)包層(13)被布置在所述外套層(12)的內(nèi)表面上，并包括圍繞所述空芯(14)的抗諧振結(jié)構(gòu)(15)，以及所述空芯(14)具有沿著所述HC?PCF(10)的所述模式引導(dǎo)部分設(shè)置的模式引導(dǎo)芯直徑(d)，并且其中，所述HC?PCF(10)的至少一個光纖端部(16)具有光場耦合部分(17)，在所述光場耦合部分(17)中，所述空芯(14)在軸向耦合部分長度上從在所述至少一個光纖端部(16)處的光纖端部芯直徑(D)逐漸變細(xì)至所述模式引導(dǎo)芯直徑(d)。此外，描述了使用HC?PCF的方法和制造HC?PCF的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空芯光子晶體光纖(HC-PCF)，特別是無帶隙型(或：空芯抗諧振反射光纖(HC-AF))的空芯光子晶體光纖，特別是具有一個軸向空芯和內(nèi)包層區(qū)(內(nèi)包層區(qū)包括圍繞芯的抗諧振結(jié)構(gòu)的布置)的空芯光子晶體光纖，并且特別地被配置為用于引導(dǎo)光場中的至少一個模式。此外，本發(fā)明涉及使用HC-PCF和制造HC-PCF的方法。本發(fā)明的應(yīng)用可用于例如在光學(xué)量測、光譜學(xué)、科學(xué)研究和光導(dǎo)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在本說明書中，參考以下現(xiàn)有技術(shù)說明本發(fā)明的背景技術(shù)：

[1]P.Uebel等，“Opt.Lett.”41，1961-1964(2016)；

[2]F.Benabid等，“Science”298，399-402(2002)；

[3]WO 2015/185761 A1；

[4]P.St.J.Russell等，“Nature Photonics”8，278-286(2014)；和

[5]EP 1 153 324 B2。

被填充氣體的空芯光子晶體光纖是在例如量測和光譜學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景的新一代高亮度光源的技術(shù)平臺。圖8(現(xiàn)有技術(shù))示意性地示出了基于填充氣體的HC-PCF10'中的非線性光學(xué)的這種光源100'的構(gòu)思。HC-PCF 10'包括外套層12'、內(nèi)包層13'和空芯14'(參見圖8頂部的HC-PCF 10'的縱向截面)。內(nèi)包層13'包括抗諧振結(jié)構(gòu)15'，像管狀毛細(xì)管的單環(huán)布置，沿著HC-PCF 10'軸向延伸并圍繞空芯14'，如圖9(現(xiàn)有技術(shù))的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像所示，其在例如參考文獻[1]中公開。其它光纖結(jié)構(gòu)可能更復(fù)雜，例如戈薇(Kagome)型或嵌套(nested)結(jié)構(gòu)(參考文獻[2]、[3])。

來自泵浦源20'的脈沖光場1'在輸入耦合端被發(fā)射到HC-PCF 10'的芯14'中，并且主要激發(fā)基橫模，所述基橫模被引導(dǎo)朝向輸出耦合端。HC-PCF10'被放置在氣體單元30'中，該氣體單元在高達數(shù)十巴的典型壓力下提供受控的氣體環(huán)境(例如稀有氣體或拉曼活性氣體)，并且具有用于傳輸光的透明窗口31'。HC-PCF 10'的波導(dǎo)色散與氣體的非線性之間的相互作用導(dǎo)致泵浦脈沖光場1'的強烈變形，其中包括例如脈沖壓縮和光譜展寬(參考文獻[4])和/或其它光學(xué)非線性效應(yīng)。

盡管已經(jīng)在實驗中證明了圖8的光源100'的操作，但發(fā)現(xiàn)了以下實質(zhì)上的缺點。發(fā)明人的壽命測試表明，在已暴露幾十Wh的泵浦劑量下，平均輸出功率會大大劣化，從而嚴(yán)重限制了基于HC-PCF的光源100'在實際日常應(yīng)用中的可用性。另一個缺點是，常規(guī)的HC-PCF在啟動HC-PCF 10'的非線性操作時，發(fā)射效率受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種改進的空芯光子晶體光纖及其制造方法，其能夠避免常規(guī)技術(shù)的缺點。特別地，HC-PCF適用于線性或非線性操作，且壽命增加和/或光功率增加和/或發(fā)射效率提高。此外，HC-PCF將由不復(fù)雜的過程制造。