轮廓优化的空心波导的制作方法
轮廓优化的空心波导的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轮廓优化的空心波导，其尤其能够减少传输损耗。其尤其涉及一种轮廓优化的空心光子晶体光纤，以低线性进行传输，其模态内容接近或等于单模态状态，并且最终引导模式与由空心轮廓材料的重叠区域非常小。
【背景技术】
[0002]光子晶体光纤(FCP或PCF，英语“photonic crystal f iber”)是由在光纤整个长度上延伸的两种尺寸的内含物的周期性网所形成的波导。由于其结构，这些光纤确保将电磁波限制在光纤中心内。
[0003]光子晶体光纤提供了大量的引导可能性，这是通过调节其光电几何参数，例如内含物直径、内含物的分布、周期性(两种内含物之间的距离)、层的数量、所采用的材料指数。
[0004]可以使用多种技术，以实现光子晶体光纤。
[0005]根据第一操作模式，称为堆积和拉伸(英语“stack and draw”)，将直径1至2mm的空心管形式的毛细管组装成束。随后将该束插入管内以确保维持毛细管。随后拉伸管和毛细管束。在空心光子晶体光纤的情况下，中心不包含毛细管以便于形成空心。
[0006]根据另一操作模式，可以加工圆柱体以产生随后拉伸的内含物。
[0007]光子晶体光纤包括实心光子晶体光纤和空心光子晶体光纤(HC-PCF光纤)。
[0008]本发明尤其涉及空心光子晶体光纤。
[0009]作为实例，文献US7315678描述了一种呈空心光子晶体光纤形式的波导，其包括具有三角形结构的鞘管，在形成空心的中心部分没有毛细管。在拉伸阶段之前，空心由连续的圆弧限定，其对应于限定空心的毛细管的壁。根据本发明的特点，在延伸阶段之前，空心在横截面中呈非圆形，其中根据第一方向的第一尺寸大于根据第二方向的第二尺寸。在拉伸阶段期间，形成空心轮廓的弧形趋于变得扁平，因而在拉伸阶段之后空心具有近似圆形的截面。根据该文献，所述的光纤具有较小的损耗，对于1mm至1.5μπι的波长范围，达到ldB/m的级别，并且对于“兆赫兹”的光谱范围优化其波导。
[0010]根据波导属性，光子晶体光纤包括由“光子带隙结构”引导的光纤(纤维BIP或PBG光纤，英语“Photonic Band Gap fiber”)，以及由親合抑制引导的光纤(英语“Inhibitedcoupling guiding HC-PCF)，也称为间距较大(英语large-pitch HC-PCF)或kagome型的光纤。
[0011]根据现有技术的光子带隙结构引导的光纤具有下列缺点:
[0012]即使对于1.5μπι数量级的特定补偿，可以获得ldB/km数量级的传输损耗，对于更小的波长，该值增长非常快。同样地，对于可见波长，传输损耗可以达到1000dB/km。
[0013]根据另一问题，由光子带隙结构引导的光纤的通过波长为70THz，其被证明对于例如非线性光学器件的特定应用而言是非常窄的，激光脉冲引导非常短。
[0014]根据另一问题，现有技术的空心光子带隙结构引导的光纤的色散身高，并且构建用于分辨率较高的光谱的特定应用，或者激光脉冲引导非常短。
[0015]最后，根据另一问题，现有技术的空心光子带隙结构引导的光纤在中心和轮廓中引导的模式之间具有有效的功率恢复，这形成了较小的激光损失阈值。
[0016]耦合抑制引导光纤的优点在于与空心光子带隙结构引导光纤相反，形成了非常大的通过带。作为交换，这些光纤的传输损耗高于空心光子带隙结构引导光纤，高0.5dB/m。
[0017]耦合抑制引导光纤可以避免包括鞘管的不同结构。
[0018]根据第一三角形结构，内含物光栅呈具有环形截面的毛细管形式，分布在六边形表面上，毛细管的中心设置自以形成等边三角形。
[0019]根据kagome型结构的第二结构，内含物光栅由分隔壁限定，其平行于光纤传播方向并且沿着三个60°方向定向以区分横截面为六边形的通道和横截面为三角形的通道。根据该设置，三个分隔壁不在同一点交汇。
[0020]作为实例，文献W02009/044100描述了一种具有Kagome型结构的耦合抑制引导晶体光纤。
[0021]为了获得这种类型的波导，在拉伸阶段之后，内含物分隔壁应当尽可能细并且在连续的两个节点之间尽可能长，这对应于大间距的结构。
[0022]2011年3月 1 日公开于《OPTIICS LETTERS》第36卷第5号的《Low loss broadbandtransmiss1n in hypocycloid-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber》推荐了一种具有Kagome型结构和中空心部的耦合抑制引导光纤。尤其，该文献描述了两种光纤，心部近似圆形的第一光纤，和心部由包括一系列弧形的轮廓限定的第二光纤。根据该文献，这些弧形成内摆线轮廓。
[0023]与形成1.4dB/m数量级的传输损耗的第一光纤相反，第二光纤形成0.4dB/m数量级的传输损耗。
[0024]根据该文献，形成的光纤，具有180dB/Km数量级的传输损耗，以及200THz数量级的通过带。
【发明内容】
[0025]本发明旨在克服现有技术的缺点，这是通过提供一种轮廓优化的空心波导，能够改善所述光纤的性能，尤其是传输损耗，特别对于在UV或EUV域内更短的短波长，或者在IR域内的长波长。
[0026]为此，本发明旨在提供一种空心波导，其由包括具有负曲率的一系列弧形的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦，其特征在于中空心部的轮廓包括交替设置的小弧形以及大弧形，每个弧形相对于穿过中空心部中心以及弦中部的直线对称，大弧形的比例b =2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦和弧形之间的最大距离，C表示弦的长度。
[0027]优选地，弧形的厚度等于或小于引导的最大波长的一半。
[0028]本发明还推荐一种空心光子晶体光纤，其中空心部的轮廓符合上述的几何形状。
[0029]优选地，根据本发明的空心光子晶体光纤包括鞘管，其结构能够获得耦合抑制的引导。根据一个优选实施方式，鞘管结构是Kagome型的。
[0030]本发明还涉及一种装置，其包括根据本发明的波导或光子晶体光纤，诸如允许偏离激光功率的装置，压缩激光脉冲的装置，中空心部由气体填充的气体激光器，成像装置，频率校准装置，引导装置，该列表并非穷举。
【附图说明】
[0031]参考随附附图，根据本发明的说明书，其他特征和优点将变得明显，所述说明书仅作为实例给出，在附图中:
[0032]图1是示出本发明的空心光子晶体光纤的第一变化方案的横截面，其具有鞘管的第一结构，
[0033]图2是示出本发明的空心光子晶体光纤的另一变化方案的横截面，其具有鞘管的另一结构，
[0034]图3是详细示出图2中所示的光纤的中空心部的轮廓的横截面视图，
[0035]图4是详细示出根据本发明另一方案的光纤的中空心部的轮廓的横截面，
[0036]图5A是根据本发明第一实施方式的光纤的横截面，相关的曲线图示出了作为所述光纤的波长函数的传输损耗的曲率，以及
[0037]图5B是根据本发明另一实施方式的光纤的横截面，相关的曲线图示出了作为所述光纤的波长函数的传输损耗的曲率。
【具体实施方式】
[0038]在图1至4中，附图标记10指的是呈光子晶体光纤形式的波导。
[0039]光子晶体纤维10从外向内包括保护外壳12、鞘管14和轮廓限定的中空心部16。中空心部可以包括空气或适应光纤功能的气体。
[0040]鞘管14包括多个内含物，其在光子晶体纤维10的整个长度上延伸。
[0041 ] 光纤心部中心的附图标记为18。
[0042]鞘管14的结构(即分布、内容物的形状和所使用的材料)能够将电磁波限制在中空心部16内。
[0043 ]根据图1中所示的第一方案，鞘管14具有Kagome型的结构。根据图2中所示的另一方案，鞘管14具有三角形结构。当然，本发明不局限于这些方案。
[0044]同样，结构的图案在鞘管的整个横截面上不均匀。同样地，鞘管可以具有关于光纤中心18同心的多个图案。
[0045]根据优选实施方式，鞘管具有能够获得耦合抑制引导的结构。为此，鞘管的结构被称为具有大间距(英语“large pitch” )。优选地，鞘管的结构具有Kagome型的大间距。
[0046]同样，选择鞘管的结构以协调鞘管指数与引导模式的有效指数。
[0047]对于大间距，应当理解的是，结构的间距大于或等于引导波的波长的五倍。
[0048]由于鞘管可以具有不同的结构，因此对其不再描述。根据这些方案，鞘管可以是均匀的，包括周期性、类周期性或非周期性的结构。
[0049]中空心部16由包括具有负曲率(部分朝向中心18凸起)的一系列弧形20的封闭轮廓而限定。每个弧形20包括两个端部22.1和22.2，两个相邻的弧形具有一个公共端部。鞘管
14确保弧形20的保护和维持作用。
[0050]根据一个重要点，在下文中，中空心部的几何形状描述为完成的光纤，或者在包括拉伸阶段的实施方式的情况下在拉伸阶段之后，或者不早于拉伸阶段之前。
[0051 ] 每个弧形20包括弦24，其对应于通过弧形端部22.1和22.2的直线。
[0052]优选地，每个弧形20关于通过中心18和弦24中部的直线对称。同样地，所有弧形20的端部22.1和22.2设置在参考圆形26上，其中心是光纤的中空心部的中心18。每个弧形是类内摆线，其准圆是弧形端部的圆形26。
[0053]对于每个弧形20，弦长度为C，而Ra是弦24和弧形20之间的最大距离。
[0054]根据本发明的重要特征，中空心部的轮廓包括交替设置的小弧形PA和大弧形GA。同样地，每个小弧形PA设置在两个大弧形GA之间，而每个大弧形GA设置在两个小弧形PA之间。轮廓包括数量相同的小弧形PA和大弧形GA。
[0055]根据本发明，大弧形GA的比例b = 2Ra/C高于或等于0.9。
[0056]优选地，所有的大弧形GA具有相同的比例b。
[0057]优选地，所有的小弧形具有相同的比例b’=2Ra/C。有利的是，小弧形PA的比例b’小于或等于0.8。
[0058]根据图3中所示的优选实施方式，中空心部的轮廓包括六个大弧形GA和六个小弧形PA。
[0059]根据图4中所示的另一实施方式，中空心部的轮廓包括三个大弧形GA和三个小弧形PA。
[0060]本发明不局限于这些实施方式。无论什么实施方式，中空轮廓包括至少三个大弧形GA和至少三个小弧形PA。
[0061 ] 如图所示，小弧形PA限定了隐藏的圆Rout，而大弧形限定了隐藏的圆Rint，圆Rout的直径小于圆Rint的直径，两个隐藏圆Rint和Rout具有与光纤中空心部相同的中心18。
[0062]根据图1和2中所示的实施方式，中空心部16由毛细管限定，其中心设置在圆26上，毛细管以交替方式设置成圆形和椭圆形并且并列。
[0063]上文限定的中空心部的轮廓的几何形状能够避免中空心部和轮廓的引导模式的区域之间的空间重叠，增加轮廓的长度并且因此增强抑制心部的基础模式与轮廓的基础模式之间的耦合。该几何形状还能够尽可能地分离心部中心18的端部22.1、22.2。
[0064]根据本发明另一特征，弧形20的厚度t等于或小于引导的最大波长的一半。作为实例，如果引导的最大波长等于2μηι，弧形厚度应当小于Ιμπι。
[0065]至于所使用的材料，选择弧形20的材料以获得在目标波长范围内的折射率高于
1.2。
[0066]根据适于引导lm至1mm数量级的微波型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为0.5mm的数量级。所选的材料具有高反射性，例如反射性金属，诸如铜，或者具有低吸收系数，例如石英。在该波长范围内，弧形20可以由金属、玻璃、硼硅酸玻璃、石英、陶瓷材料、聚四氟乙稀等制成。
[0067]根据适于引导ΙΟΟμπι至1mm数量级的THz型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为50μπι的数量级。所选的材料是特氟隆或者具有低吸收系数并且反射指数高于1.2的材料，例如聚四氟乙烯。
[0068]根据适于引导2μπι至10nm数量级的THz型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为Ιμ??的数量级。所选的材料尽可能透明，例如纯二氧化硅或软玻璃。
[0069]对于所有的波长范围，光纤可以通过堆积和拉伸或者通过加工和拉伸而形成。[°07°] 在图5Α和5Β中，不出了中空光子晶体光纤，其轮廓包括六个小弧形ΡΑ和六个大弧形GA。这些光纤包括Kagome型结构。该结构可以通过使用文献W02006077437和W02009/044100的教导而实现。
[0071]这些光纤通过堆积和拉伸横截面为圆形的毛细管而实现。心部的轮廓外形通过在实施拉伸阶段期间优化材料的流变参数、温度以及毛细管之间的压差而获得。
[0072]在图5A中，光纤的轮廓中b = 0.9，而t = 800nm。
[0073]在图5B中，光纤的轮廓中b = l，而t = 1400nm。
[0074]在800nm和1200nm光谱范围内实施的测量显示，光纤引导显示出小的引导带，这是由于心部的引导模式和弧形内的引导模式之间的共振相互影响而产生的。如图中可见，对于在800nm和1200nm之间的波长，传输损耗下降至20dB/Km的级别。作为比较，2011年3月1日公开于《OPTIICS LETTERS》第36卷第5号的《Low loss broadband transmiss1n inhypocyclo id-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber》中所述的光纤，对于最大的弧形具有小于或等于0.75的曲率b，并且形成的传输损耗最优等于约180dB/km。
[0075]因此，心部轮廓以及优选大弧形的值b的优化提供了对传输损耗的净减小。
[0076]中空心部18的轮廓的曲率参数b的优化能够增加耦合抑制，并且因此减少波导的传输损耗。曲率参数b的优化能够获得鞘管内光学功率的重叠的大量减小，尤其能够偏离激光功率。
[0077]根据本发明的光子晶体光纤能够获得的波导组合了低传输损耗、单模式引导以及非常高的激光损伤阈值。
[0078]虽然以优选的方式描述适用于光子晶体光纤，但是本发明能够以通用的方式适用于波导。但是，其尤为适用于耦合抑制引导，其同时优化鞘管结构和中空心部的轮廓。
[0079]波导或者具有根据本发明优化的轮扣的空心耦合抑制引导光纤可以用于如下应用中(未穷尽):
[0080]在激光微加工、外科手术、细胞处理(肿瘤细胞)领域中偏离激光功率，
[0081 ]由激光脉冲、尤其是大流量脉冲的非线性效应进行压缩，
[0082]成像太赫兹，
[0083]气体激光器，中心填充有活性气体，用作为放大中心，
[0084]单模式引导，并且在微波范围或THz范围内的波传输损耗较小，频率校准，中心填充有气体。
【主权项】
1.一种空心波导(16)，其由包括具有负曲率的一系列弧形(20)的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦(24)，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括交替设置的小弧形(PA)以及大弧形(GA)，每个弧形(20)相对于穿过中空心部(16)中心(18)以及弦(24)中部的直线对称，大弧形(GA)的比例b = 2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦(24)和弧形(20)之间的最大距离，C表示弦(24)的长度。2.根据权利要求1所述的波导，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括至少三个小弧形(PA)和至少三个大弧形(GA)。3.根据权利要求1或2所述的波导，其特征在于所有大弧形(GA)具有相同的比例b。4.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于小弧形(PA)的比例b，小于或等于 0.8。5.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于弧形(20)的厚度等于或小于引导的最大波长的一半。6.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于在目标波长范围内，弧形(20)的材料的反射指数大于1.2。7.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于中空心部(16)填充有适于波导作用的气体。8.根据前述任意一项权利要求所述的中空光子晶体光纤。9.根据权利要求8所述的光纤，其特征在于其包括鞘管，其结构能够获得耦合抑制引寸ο10.根据权利要求9所述的光纤，其特征在于鞘管的结构是大间距的Kagome型结构。11.一种能够偏离激光功率的装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。12.—种压缩激光脉冲的装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。13.—种气体激光器，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤，其中空心部填充有气体。14.一种成像装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。15.—种频率校准装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。16.—种引导装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。
【专利摘要】本发明的目的是提供一种空心波导(16)，其由包括具有负曲率的一系列弧形(20)的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦(24)，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括交替设置的小弧形(PA)以及大弧形(GA)，每个弧形(20)相对于穿过中空心部(16)中心(18)以及弦(24)中部的直线对称，大弧形(GA)的比例b＝2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦(24)和弧形(20)之间的最大距离，C表示弦(24)的长度。
【IPC分类】C03B37/012, C03C25/68, G02B6/02
【公开号】CN105492398
【申请号】CN201480033138
【发明人】费塔·伯恩比德, 弗兰德里克·热罗姆, 伯努瓦·德博尔
【申请人】利摩日大学, 国家科研中心, 格洛光电公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年6月4日
【公告号】EP3008021A1, US20160124144, WO2014199048A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轮廓优化的空心波导，其尤其能够减少传输损耗。其尤其涉及一种轮廓优化的空心光子晶体光纤，以低线性进行传输，其模态内容接近或等于单模态状态，并且最终引导模式与由空心轮廓材料的重叠区域非常小。
【背景技术】
[0002]光子晶体光纤(FCP或PCF，英语“photonic crystal f iber”)是由在光纤整个长度上延伸的两种尺寸的内含物的周期性网所形成的波导。由于其结构，这些光纤确保将电磁波限制在光纤中心内。
[0003]光子晶体光纤提供了大量的引导可能性，这是通过调节其光电几何参数，例如内含物直径、内含物的分布、周期性(两种内含物之间的距离)、层的数量、所采用的材料指数。
[0004]可以使用多种技术，以实现光子晶体光纤。
[0005]根据第一操作模式，称为堆积和拉伸(英语“stack and draw”)，将直径1至2mm的空心管形式的毛细管组装成束。随后将该束插入管内以确保维持毛细管。随后拉伸管和毛细管束。在空心光子晶体光纤的情况下，中心不包含毛细管以便于形成空心。
[0006]根据另一操作模式，可以加工圆柱体以产生随后拉伸的内含物。
[0007]光子晶体光纤包括实心光子晶体光纤和空心光子晶体光纤(HC-PCF光纤)。
[0008]本发明尤其涉及空心光子晶体光纤。
[0009]作为实例，文献US7315678描述了一种呈空心光子晶体光纤形式的波导，其包括具有三角形结构的鞘管，在形成空心的中心部分没有毛细管。在拉伸阶段之前，空心由连续的圆弧限定，其对应于限定空心的毛细管的壁。根据本发明的特点，在延伸阶段之前，空心在横截面中呈非圆形，其中根据第一方向的第一尺寸大于根据第二方向的第二尺寸。在拉伸阶段期间，形成空心轮廓的弧形趋于变得扁平，因而在拉伸阶段之后空心具有近似圆形的截面。根据该文献，所述的光纤具有较小的损耗，对于1mm至1.5μπι的波长范围，达到ldB/m的级别，并且对于“兆赫兹”的光谱范围优化其波导。
[0010]根据波导属性，光子晶体光纤包括由“光子带隙结构”引导的光纤(纤维BIP或PBG光纤，英语“Photonic Band Gap fiber”)，以及由親合抑制引导的光纤(英语“Inhibitedcoupling guiding HC-PCF)，也称为间距较大(英语large-pitch HC-PCF)或kagome型的光纤。
[0011]根据现有技术的光子带隙结构引导的光纤具有下列缺点:
[0012]即使对于1.5μπι数量级的特定补偿，可以获得ldB/km数量级的传输损耗，对于更小的波长，该值增长非常快。同样地，对于可见波长，传输损耗可以达到1000dB/km。
[0013]根据另一问题，由光子带隙结构引导的光纤的通过波长为70THz，其被证明对于例如非线性光学器件的特定应用而言是非常窄的，激光脉冲引导非常短。
[0014]根据另一问题，现有技术的空心光子带隙结构引导的光纤的色散身高，并且构建用于分辨率较高的光谱的特定应用，或者激光脉冲引导非常短。
[0015]最后，根据另一问题，现有技术的空心光子带隙结构引导的光纤在中心和轮廓中引导的模式之间具有有效的功率恢复，这形成了较小的激光损失阈值。
[0016]耦合抑制引导光纤的优点在于与空心光子带隙结构引导光纤相反，形成了非常大的通过带。作为交换，这些光纤的传输损耗高于空心光子带隙结构引导光纤，高0.5dB/m。
[0017]耦合抑制引导光纤可以避免包括鞘管的不同结构。
[0018]根据第一三角形结构，内含物光栅呈具有环形截面的毛细管形式，分布在六边形表面上，毛细管的中心设置自以形成等边三角形。
[0019]根据kagome型结构的第二结构，内含物光栅由分隔壁限定，其平行于光纤传播方向并且沿着三个60°方向定向以区分横截面为六边形的通道和横截面为三角形的通道。根据该设置，三个分隔壁不在同一点交汇。
[0020]作为实例，文献W02009/044100描述了一种具有Kagome型结构的耦合抑制引导晶体光纤。
[0021]为了获得这种类型的波导，在拉伸阶段之后，内含物分隔壁应当尽可能细并且在连续的两个节点之间尽可能长，这对应于大间距的结构。
[0022]2011年3月 1 日公开于《OPTIICS LETTERS》第36卷第5号的《Low loss broadbandtransmiss1n in hypocycloid-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber》推荐了一种具有Kagome型结构和中空心部的耦合抑制引导光纤。尤其，该文献描述了两种光纤，心部近似圆形的第一光纤，和心部由包括一系列弧形的轮廓限定的第二光纤。根据该文献，这些弧形成内摆线轮廓。
[0023]与形成1.4dB/m数量级的传输损耗的第一光纤相反，第二光纤形成0.4dB/m数量级的传输损耗。
[0024]根据该文献，形成的光纤，具有180dB/Km数量级的传输损耗，以及200THz数量级的通过带。
【发明内容】
[0025]本发明旨在克服现有技术的缺点，这是通过提供一种轮廓优化的空心波导，能够改善所述光纤的性能，尤其是传输损耗，特别对于在UV或EUV域内更短的短波长，或者在IR域内的长波长。
[0026]为此，本发明旨在提供一种空心波导，其由包括具有负曲率的一系列弧形的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦，其特征在于中空心部的轮廓包括交替设置的小弧形以及大弧形，每个弧形相对于穿过中空心部中心以及弦中部的直线对称，大弧形的比例b =2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦和弧形之间的最大距离，C表示弦的长度。
[0027]优选地，弧形的厚度等于或小于引导的最大波长的一半。
[0028]本发明还推荐一种空心光子晶体光纤，其中空心部的轮廓符合上述的几何形状。
[0029]优选地，根据本发明的空心光子晶体光纤包括鞘管，其结构能够获得耦合抑制的引导。根据一个优选实施方式，鞘管结构是Kagome型的。
[0030]本发明还涉及一种装置，其包括根据本发明的波导或光子晶体光纤，诸如允许偏离激光功率的装置，压缩激光脉冲的装置，中空心部由气体填充的气体激光器，成像装置，频率校准装置，引导装置，该列表并非穷举。
【附图说明】
[0031]参考随附附图，根据本发明的说明书，其他特征和优点将变得明显，所述说明书仅作为实例给出，在附图中:
[0032]图1是示出本发明的空心光子晶体光纤的第一变化方案的横截面，其具有鞘管的第一结构，
[0033]图2是示出本发明的空心光子晶体光纤的另一变化方案的横截面，其具有鞘管的另一结构，
[0034]图3是详细示出图2中所示的光纤的中空心部的轮廓的横截面视图，
[0035]图4是详细示出根据本发明另一方案的光纤的中空心部的轮廓的横截面，
[0036]图5A是根据本发明第一实施方式的光纤的横截面，相关的曲线图示出了作为所述光纤的波长函数的传输损耗的曲率，以及
[0037]图5B是根据本发明另一实施方式的光纤的横截面，相关的曲线图示出了作为所述光纤的波长函数的传输损耗的曲率。
【具体实施方式】
[0038]在图1至4中，附图标记10指的是呈光子晶体光纤形式的波导。
[0039]光子晶体纤维10从外向内包括保护外壳12、鞘管14和轮廓限定的中空心部16。中空心部可以包括空气或适应光纤功能的气体。
[0040]鞘管14包括多个内含物，其在光子晶体纤维10的整个长度上延伸。
[0041 ] 光纤心部中心的附图标记为18。
[0042]鞘管14的结构(即分布、内容物的形状和所使用的材料)能够将电磁波限制在中空心部16内。
[0043 ]根据图1中所示的第一方案，鞘管14具有Kagome型的结构。根据图2中所示的另一方案，鞘管14具有三角形结构。当然，本发明不局限于这些方案。
[0044]同样，结构的图案在鞘管的整个横截面上不均匀。同样地，鞘管可以具有关于光纤中心18同心的多个图案。
[0045]根据优选实施方式，鞘管具有能够获得耦合抑制引导的结构。为此，鞘管的结构被称为具有大间距(英语“large pitch” )。优选地，鞘管的结构具有Kagome型的大间距。
[0046]同样，选择鞘管的结构以协调鞘管指数与引导模式的有效指数。
[0047]对于大间距，应当理解的是，结构的间距大于或等于引导波的波长的五倍。
[0048]由于鞘管可以具有不同的结构，因此对其不再描述。根据这些方案，鞘管可以是均匀的，包括周期性、类周期性或非周期性的结构。
[0049]中空心部16由包括具有负曲率(部分朝向中心18凸起)的一系列弧形20的封闭轮廓而限定。每个弧形20包括两个端部22.1和22.2，两个相邻的弧形具有一个公共端部。鞘管
14确保弧形20的保护和维持作用。
[0050]根据一个重要点，在下文中，中空心部的几何形状描述为完成的光纤，或者在包括拉伸阶段的实施方式的情况下在拉伸阶段之后，或者不早于拉伸阶段之前。
[0051 ] 每个弧形20包括弦24，其对应于通过弧形端部22.1和22.2的直线。
[0052]优选地，每个弧形20关于通过中心18和弦24中部的直线对称。同样地，所有弧形20的端部22.1和22.2设置在参考圆形26上，其中心是光纤的中空心部的中心18。每个弧形是类内摆线，其准圆是弧形端部的圆形26。
[0053]对于每个弧形20，弦长度为C，而Ra是弦24和弧形20之间的最大距离。
[0054]根据本发明的重要特征，中空心部的轮廓包括交替设置的小弧形PA和大弧形GA。同样地，每个小弧形PA设置在两个大弧形GA之间，而每个大弧形GA设置在两个小弧形PA之间。轮廓包括数量相同的小弧形PA和大弧形GA。
[0055]根据本发明，大弧形GA的比例b = 2Ra/C高于或等于0.9。
[0056]优选地，所有的大弧形GA具有相同的比例b。
[0057]优选地，所有的小弧形具有相同的比例b’=2Ra/C。有利的是，小弧形PA的比例b’小于或等于0.8。
[0058]根据图3中所示的优选实施方式，中空心部的轮廓包括六个大弧形GA和六个小弧形PA。
[0059]根据图4中所示的另一实施方式，中空心部的轮廓包括三个大弧形GA和三个小弧形PA。
[0060]本发明不局限于这些实施方式。无论什么实施方式，中空轮廓包括至少三个大弧形GA和至少三个小弧形PA。
[0061 ] 如图所示，小弧形PA限定了隐藏的圆Rout，而大弧形限定了隐藏的圆Rint，圆Rout的直径小于圆Rint的直径，两个隐藏圆Rint和Rout具有与光纤中空心部相同的中心18。
[0062]根据图1和2中所示的实施方式，中空心部16由毛细管限定，其中心设置在圆26上，毛细管以交替方式设置成圆形和椭圆形并且并列。
[0063]上文限定的中空心部的轮廓的几何形状能够避免中空心部和轮廓的引导模式的区域之间的空间重叠，增加轮廓的长度并且因此增强抑制心部的基础模式与轮廓的基础模式之间的耦合。该几何形状还能够尽可能地分离心部中心18的端部22.1、22.2。
[0064]根据本发明另一特征，弧形20的厚度t等于或小于引导的最大波长的一半。作为实例，如果引导的最大波长等于2μηι，弧形厚度应当小于Ιμπι。
[0065]至于所使用的材料，选择弧形20的材料以获得在目标波长范围内的折射率高于
1.2。
[0066]根据适于引导lm至1mm数量级的微波型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为0.5mm的数量级。所选的材料具有高反射性，例如反射性金属，诸如铜，或者具有低吸收系数，例如石英。在该波长范围内，弧形20可以由金属、玻璃、硼硅酸玻璃、石英、陶瓷材料、聚四氟乙稀等制成。
[0067]根据适于引导ΙΟΟμπι至1mm数量级的THz型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为50μπι的数量级。所选的材料是特氟隆或者具有低吸收系数并且反射指数高于1.2的材料，例如聚四氟乙烯。
[0068]根据适于引导2μπι至10nm数量级的THz型波长范围内的波的实施方式，弧形的厚度t为Ιμ??的数量级。所选的材料尽可能透明，例如纯二氧化硅或软玻璃。
[0069]对于所有的波长范围，光纤可以通过堆积和拉伸或者通过加工和拉伸而形成。[°07°] 在图5Α和5Β中，不出了中空光子晶体光纤，其轮廓包括六个小弧形ΡΑ和六个大弧形GA。这些光纤包括Kagome型结构。该结构可以通过使用文献W02006077437和W02009/044100的教导而实现。
[0071]这些光纤通过堆积和拉伸横截面为圆形的毛细管而实现。心部的轮廓外形通过在实施拉伸阶段期间优化材料的流变参数、温度以及毛细管之间的压差而获得。
[0072]在图5A中，光纤的轮廓中b = 0.9，而t = 800nm。
[0073]在图5B中，光纤的轮廓中b = l，而t = 1400nm。
[0074]在800nm和1200nm光谱范围内实施的测量显示，光纤引导显示出小的引导带，这是由于心部的引导模式和弧形内的引导模式之间的共振相互影响而产生的。如图中可见，对于在800nm和1200nm之间的波长，传输损耗下降至20dB/Km的级别。作为比较，2011年3月1日公开于《OPTIICS LETTERS》第36卷第5号的《Low loss broadband transmiss1n inhypocyclo id-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber》中所述的光纤，对于最大的弧形具有小于或等于0.75的曲率b，并且形成的传输损耗最优等于约180dB/km。
[0075]因此，心部轮廓以及优选大弧形的值b的优化提供了对传输损耗的净减小。
[0076]中空心部18的轮廓的曲率参数b的优化能够增加耦合抑制，并且因此减少波导的传输损耗。曲率参数b的优化能够获得鞘管内光学功率的重叠的大量减小，尤其能够偏离激光功率。
[0077]根据本发明的光子晶体光纤能够获得的波导组合了低传输损耗、单模式引导以及非常高的激光损伤阈值。
[0078]虽然以优选的方式描述适用于光子晶体光纤，但是本发明能够以通用的方式适用于波导。但是，其尤为适用于耦合抑制引导，其同时优化鞘管结构和中空心部的轮廓。
[0079]波导或者具有根据本发明优化的轮扣的空心耦合抑制引导光纤可以用于如下应用中(未穷尽):
[0080]在激光微加工、外科手术、细胞处理(肿瘤细胞)领域中偏离激光功率，
[0081 ]由激光脉冲、尤其是大流量脉冲的非线性效应进行压缩，
[0082]成像太赫兹，
[0083]气体激光器，中心填充有活性气体，用作为放大中心，
[0084]单模式引导，并且在微波范围或THz范围内的波传输损耗较小，频率校准，中心填充有气体。
【主权项】
1.一种空心波导(16)，其由包括具有负曲率的一系列弧形(20)的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦(24)，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括交替设置的小弧形(PA)以及大弧形(GA)，每个弧形(20)相对于穿过中空心部(16)中心(18)以及弦(24)中部的直线对称，大弧形(GA)的比例b = 2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦(24)和弧形(20)之间的最大距离，C表示弦(24)的长度。2.根据权利要求1所述的波导，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括至少三个小弧形(PA)和至少三个大弧形(GA)。3.根据权利要求1或2所述的波导，其特征在于所有大弧形(GA)具有相同的比例b。4.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于小弧形(PA)的比例b，小于或等于 0.8。5.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于弧形(20)的厚度等于或小于引导的最大波长的一半。6.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于在目标波长范围内，弧形(20)的材料的反射指数大于1.2。7.根据前述任意一项权利要求所述的波导，其特征在于中空心部(16)填充有适于波导作用的气体。8.根据前述任意一项权利要求所述的中空光子晶体光纤。9.根据权利要求8所述的光纤，其特征在于其包括鞘管，其结构能够获得耦合抑制引寸ο10.根据权利要求9所述的光纤，其特征在于鞘管的结构是大间距的Kagome型结构。11.一种能够偏离激光功率的装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。12.—种压缩激光脉冲的装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。13.—种气体激光器，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤，其中空心部填充有气体。14.一种成像装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。15.—种频率校准装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。16.—种引导装置，包括根据权利要求1至7中任意一项所述的波导或者根据权利要求8至10中任意一项所述的光纤。
【专利摘要】本发明的目的是提供一种空心波导(16)，其由包括具有负曲率的一系列弧形(20)的封闭轮廓所限定，每个弧形具有一条弦(24)，其特征在于中空心部(16)的轮廓包括交替设置的小弧形(PA)以及大弧形(GA)，每个弧形(20)相对于穿过中空心部(16)中心(18)以及弦(24)中部的直线对称，大弧形(GA)的比例b＝2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦(24)和弧形(20)之间的最大距离，C表示弦(24)的长度。
【IPC分类】C03B37/012, C03C25/68, G02B6/02
【公开号】CN105492398
【申请号】CN201480033138
【发明人】费塔·伯恩比德, 弗兰德里克·热罗姆, 伯努瓦·德博尔
【申请人】利摩日大学, 国家科研中心, 格洛光电公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年6月4日
【公告号】EP3008021A1, US20160124144, WO2014199048A1
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