Nova Patents
JP2010541006A

Glass large-core optical fibers

Abstract

Fiber optic embodiments may include clad features that include a material that can produce a very small relative index difference with respect to the clad material in which the clad features are located (eg, fluoridated quartz glass). This relative index difference is characterized by (ni-n2) / ni, where ni is the index of refraction of the clad material containing the clad feature and n2 is the index of refraction of the clad feature. .. In one embodiment, the relative index of refraction difference is 4.5 × 10.-3May be less than. In various embodiments, the configuration of the clad features, including, for example, the size and spacing of the clad features, is chosen to allow confinement of the basic mode and still allow leakage of the second and higher modes. This can result in mode filtering, single-mode propagation, and / or low bending loss.

Term

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51 claims: 11 independent, 40 dependent

  1. 1
    第1の屈折率n1を持つ第1のクラッド材料を含む第1のクラッド領域と、 前記第1のクラッド領域の中に配置されたクラッド特徴であって、第2の屈折率n2を持つ第2のクラッド材料を含み、n2はn1よりも小さく、(n1-n2)/n1によって特徴付けられる相対屈折率差は約4.5×10 -3 未満であるクラッド特徴と、 前記クラッド特徴によって少なくとも部分的に囲繞されたコア領域と、を備えるファイバであって、前記第1のクラッド領域および前記クラッド特徴は、前記コア領域が、ある1つの波長を持つ少なくとも1つのより低次のモードを伝播し、一方、前記波長で、前記波長を持つ少なくとも1つのより高次のモードに、前記少なくとも1つのより低次のモードよりも高い損失を生じることによって、前記少なくとも1つのより高次のモードの伝播を制限するように構成されており、前記少なくとも1つのより高次のモードの損失が少なくとも約1dB/mであるファイバ。
  2. 2
    前記少なくとも1つの低次モードの損失が、約0.1dB/m以下である、請求項1に記載のファイバ。
  3. 3
    1dB/mを超える損失を持つ前記少なくとも1つのより高次のモードが、第2次モードを含む、請求項2に記載のファイバ。
  4. 4
    0.1dB/m以下の損失を持つ前記少なくとも1つの低次モードが、基本モードを含む、請求項2に記載のファイバ。
  5. 5
    前記少なくとも1つのより高次のモードの損失と前記少なくとも1つのより低次のモードの損失の比が、約10を超える、請求項1に記載のファイバ。
  6. 6
    前記比が約100を超える、請求項5に記載のファイバ。
  7. 7
    前記第1のクラッド領域の寸法が、前記比を実質的に最大にするように選ばれる、請求項5に記載のファイバ。
  8. 8
    前記少なくとも1つのより高次のモードの損失が、約5メートル未満のファイバの長さで、前記少なくとも1つのより低次のモードの損失よりも約10dB(10:1)から約30dB(1000:1)の範囲で高い、請求項1に記載のファイバ。
  9. 9
    前記第1のクラッド材料が、第1のガラスを含み、前記第2のクラッド材料が、第2のガラスを含む、請求項1に記載のファイバ。
  10. 10
    前記第1のガラスが、溶融石英を含み、前記第2のガラスが、フッ素添加石英ガラスまたはホウ素添加石英ガラスを含む、請求項9に記載のファイバ。
  11. 11
    前記第1のクラッド領域が、約125μmから約300μmまでの範囲の寸法を持っている、請求項1に記載のファイバ。
  12. 12
    前記コア領域が、約30μmから約200μmまでの範囲の寸法を持っている、請求項1に記載のファイバ。
  13. 13
    ファイバ出力のモード・プロファイルが、前記モード・プロファイルのパワー半値領域の実質的な部分で、ほぼ回折で制限されている、請求項1に記載のファイバ。
  14. 14
    前記クラッド特徴の少なくとも1つが、非回転対称である、請求項1に記載のファイバ。
  15. 15
    前記相対屈折率差が、約1.0×10 -3 未満である、請求項1に記載のファイバ。
  16. 16
    前記第1のクラッド領域の向こうに配置された励起用クラッドをさらに含む、請求項1に記載のファイバ。
  17. 17
    前記励起用クラッドが、低屈折率ガラスを含む、請求項16に記載のファイバ。
  18. 18
    前記低屈折率ガラスが、フッ素を含む、請求項17に記載のファイバ。
  19. 19
    前記励起用クラッドが、エア・ホールの層を含む、請求項16に記載のファイバ。
  20. 20
    前記励起用クラッドの向こうに配置された高屈折率被覆か低屈折率被覆かのどちらかをさらに含む、請求項16に記載のファイバ。
  21. 21
    ファイバ光増幅器システムであって、 ほぼ回折で制限された入力空間プロファイルを持つ光パルスを供給する光パルス供給源と、 光励起源と、 請求項1乃至15のいずれか1項に記載のファイバと、を含み、 前記コア領域の少なくとも一部が希土類を添加され、前記ファイバが、さらに、前記光励起源から励起エネルギーを受け取るように構成された励起用クラッドと、前記受け取られた励起エネルギーの一部を前記コア領域に伝えるための励起ガイドとを含み、前記ファイバが、ほぼ回折で制限された出力空間プロファイルを持つ出力パルスと、約10μJから約10mJまでの範囲のエネルギーを持つ少なくとも1つの出力パルスを生成するために、前記パルスを受け取りさらに前記パルスを増幅するように構成されているファイバ光増幅器システム。
  22. 22
    前記出力パルス・エネルギーが、100μJから約1mJまでの範囲にある、請求項21に記載のファイバ光増幅器システム。
  23. 23
    少なくとも1つの前記出力パルスの強度が、前記少なくとも1つの出力パルスには非線形効果に関連した歪みが実質的にないように、前記ファイバの非線形閾値よりも下である、請求項21に記載のファイバ光増幅器システム。
  24. 24
    前記出力パルスの繰返し速度が、約1kHzを超える、請求項21に記載のファイバ光増幅器システム。
  25. 25
    前記少なくとも1つの出力パルスのパルス幅が、約1ns未満である、請求項21に記載のファイバ光増幅器システム。
  26. 26
    前記光パルス供給源が、微小チップ・レーザ、モード同期光源、ファイバ・レーザ、半導体レーザ・ダイオードの増幅された出力、Qスイッチ・レーザ、およびディスク・レーザの1つまたは組合せを含む、請求項21に記載のファイバ光増幅器システム。
  27. 27
    コア領域と、前記コア領域を囲繞するN 2層の低屈折率特徴とを含む全ガラス・フォトニック結晶ファイバ(PCF)であって、実質的に、前記コア領域によって境界を定められた領域の中で、基本モードを伝播しかつ誘導するように構成されている、全ガラス・フォトニック結晶ファイバ(PCF)。
  28. 28
    N=3である、請求項27に記載の全ガラスPCF。
  29. 29
    前記コア領域の直径が、約150μm未満であり、前記PCFの直径が約700μm以下である、請求項27に記載の全ガラスPCF。
  30. 30
    前記低屈折率特徴が、フッ素添加ガラスを含む、請求項27に記載の全ガラスPCF。
  31. 31
    第1の熱膨張係数を持つ第1のクラッド材料と、前記第1のクラッド材料の中に配置された1つまたは複数の層のクラッド特徴とを備える全ガラス・ファイバであって、前記クラッド特徴は、第2の熱膨張係数を持つ第2のクラッド材料を含み、前記ファイバは、少なくとも1つのクラッド特徴に隣接した屈折率の局部的増加を持ち、前記ファイバは、さらに、コア領域の少なくとも一部の中の相対屈折率差が約1.0×10 -3 未満であるが前記コアの少なくとも前記一部の中で基本モードの屈折率導波を生じさせるだけ十分に大きいような具合に、クラッド特徴の第1の内側の層によって境界を定められ不均一な屈折率プロファイルを持っている前記コア領域を含む、全ガラス・ファイバ。
  32. 32
    前記相対屈折率差が、応力光学効果によって生じている、請求項31に記載の全ガラス・ファイバ。
  33. 33
    前記第1のクラッド材料が、シリカを含み、前記第2のクラッド材料が、フッ素添加シリカを含む、請求項31に記載の全ガラス・ファイバ。
  34. 34
    前記コア領域の直径が、約30μmから約200μmまでの範囲にある、請求項27に記載の全ガラスPCFまたは請求項31に記載の全ガラス・ファイバ。
  35. 35
    前記ファイバが、前記コア領域内を伝播する入力パルスのスペクトルを広げるように動作することができ、前記パルスが、非線形閾値を超えるだけ十分に高い強度を持っている、請求項34に記載の全ガラス・ファイバ。
  36. 36
    第1の屈折率n1を持つ第1のクラッド材料を含む第1のクラッド領域と、 第2の屈折率n2を持つ第2のクラッド材料を含む1つまたは複数のクラッド特徴を含む第2のクラッド領域であって、n2はn1よりも小さく、(n1-n2)/n1によって特徴付けられる相対屈折率差は約4.5×10 -3 未満であり、前記第2のクラッド領域はさらに前記第2の屈折率と異なる屈折率を持つ応力要素を含むものである第2のクラッド領域と、 前記第2のクラッド領域によって少なくなくとも部分的に囲繞されたコア領域と、を備える偏光保持ファイバであって、前記第1および第2のクラッド領域は、前記コア領域が基本モードを伝播しかつビーム偏光を保持するように構成され、前記第1のクラッド領域の寸法と、前記クラッド特徴および応力要素の寸法、配列および数の1つまたは組合せとが、前記ビーム偏光を保持しながら、基本モード損失よりも大きなより高次のモードの損失を生じる、偏光保持ファイバ。
  37. 37
    前記ファイバが、励起用クラッドおよび励起ガイドを含み、さらに前記励起用クラッドまたは前記励起ガイドの少なくとも一部が、非円形部を含み、前記非円形部が、前記励起用クラッドに入射する励起ビームのモード混合を高めるように構成されている、請求項1、27、31および36のいずれか1項に記載のファイバ。
  38. 38
    前記特徴が、寸法dおよび間隔∧を持ち、比d/∧が、約0.3から約0.9までの範囲にある、請求項1、27、31および36のいずれか1項に記載のファイバ。
  39. 39
    前記比d/∧が、約0.4から約0.8までの範囲にある、請求項38に記載のファイバ。
  40. 40
    前記比d/∧が、約0.5から約0.8までの範囲にある、請求項38に記載のファイバ。
  41. 41
    前記比d/∧が、約5×10 -4 未満であるがコア領域の少なくとも一部の中で基本モードの屈折率導波を生じさせるだけ十分に大きな相対屈折率差を、前記コア領域の少なくとも前記一部の中に少なくとも部分的に生じるように選ばれる、請求項38に記載のファイバ。
  42. 42
    前記クラッドが、第1の熱膨張係数を持つ第1の材料を含み、前記クラッド特徴が、第2の熱膨張係数を持つ第2の材料を含み、前記第1の熱膨張係数および前記第2の熱膨張係数が、前記相対屈折率差を少なくとも部分的に生じるように選ばれる、請求項41に記載のファイバ。
  43. 43
    前記第1のクラッド領域の寸法の変化に即して、モード閉込め損失およびモード屈折率のうちの少なくとも1つの変化を決定すること、および 前記少なくとも1つのより高次のモードの損失と前記少なくとも1つのより低次のモードの損失との約10を超える比を生じるように前記第1のクラッド領域の寸法を選ぶことを含む、請求項1に記載の光ファイバを作る方法。
  44. 44
    選ぶことが、前記比を実質的に最大にするように前記寸法を選ぶことを含む、請求項43に記載の方法。
  45. 45
    レーザに基づいた材料処理システムであって、 請求項1、27、31および36のいずれか1項に記載のファイバまたは請求項21に記載のファイバ光増幅器システムを含むファイバ・レーザと、 材料上または材料内にスポットを生成するためのビーム伝達光学部品を含む光学システムと、を含み、前記スポットが、約1μmから約250μmまでの範囲のスポット直径を持っているシステム。
  46. 46
    請求項1、27、31および36のいずれか1項に記載の光ファイバを含む光励起レーザ増幅器、パルス・レーザ、またはCWレーザ。
  47. 47
    請求項46に記載の光励起レーザ増幅器、パルス・レーザ、またはCWレーザを含む材料処理システム。
  48. 48
    請求項1、27、31および36のいずれか1項に記載のファイバを含む電気通信システム。
  49. 49
    光パルスの光源と、 前記光源からパルスを受け取るように構成された単一モードまたは数モード入力ファイバと、 前記入力ファイバに光学的に結合され、前記入力ファイバから前記パルスを受け取るように構成された大コア・ファイバと、を含むファイバ光学システムであって、前記大コア・ファイバは、約30μmから約200μmまでの範囲のコア寸法を持ち、前記大コア・ファイバと前記入力ファイバは、前記入力ファイバのコアが広げられそれで前記入力ファイバのコアから前記大コア・ファイバのコアに結合されるパワーが突合せ結合で得られるよりも実質的に大きくなるような方法で、つなぎ合わされ、さらに、前記入力ファイバの出力のモードが前記大コア・ファイバの基本モードに実質的に整合されている、ファイバ光学システム。
  50. 50
    請求項49に記載のファイバ光学システムを含むレーザ・レーダ、材料処理システム、または電気通信システム。
  51. 51
    前記単一モードまたは数モード入力ファイバおよび前記大コア・ファイバの少なくとも1つが、希土類を添加され、その中を伝播するパルスを増幅するための利得ファイバとして構成されている、請求項49に記載のファイバ光学システ。
Independent claims51