輪廓優化的空心波導的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種輪廓優化的空心波導，其尤其能夠減少傳輸損耗。其尤其涉及一種輪廓優化的空心光子晶體光纖，以低線性進行傳輸，其模態內容接近或等于單模態狀態，并且最終引導模式與由空心輪廓材料的重疊區域非常小。
【背景技術】
[0002]光子晶體光纖(FCP或PCF，英語“photonic crystal f iber”)是由在光纖整個長度上延伸的兩種尺寸的內含物的周期性網所形成的波導。由于其結構，這些光纖確保將電磁波限制在光纖中心內。
[0003]光子晶體光纖提供了大量的引導可能性，這是通過調節其光電幾何參數，例如內含物直徑、內含物的分布、周期性(兩種內含物之間的距離)、層的數量、所采用的材料指數。
[0004]可以使用多種技術，以實現光子晶體光纖。
[0005]根據第一操作模式，稱為堆積和拉伸(英語“stack and draw”)，將直徑1至2mm的空心管形式的毛細管組裝成束。隨后將該束插入管內以確保維持毛細管。隨后拉伸管和毛細管束。在空心光子晶體光纖的情況下，中心不包含毛細管以便于形成空心。
[0006]根據另一操作模式，可以加工圓柱體以產生隨后拉伸的內含物。
[0007]光子晶體光纖包括實心光子晶體光纖和空心光子晶體光纖(HC-PCF光纖)。
[0008]本發明尤其涉及空心光子晶體光纖。
[0009]作為實例，文獻US7315678描述了一種呈空心光子晶體光纖形式的波導，其包括具有三角形結構的鞘管，在形成空心的中心部分沒有毛細管。在拉伸階段之前，空心由連續的圓弧限定，其對應于限定空心的毛細管的壁。根據本發明的特點，在延伸階段之前，空心在橫截面中呈非圓形，其中根據第一方向的第一尺寸大于根據第二方向的第二尺寸。在拉伸階段期間，形成空心輪廓的弧形趨于變得扁平，因而在拉伸階段之后空心具有近似圓形的截面。根據該文獻，所述的光纖具有較小的損耗，對于1mm至1.5μπι的波長范圍，達到ldB/m的級別，并且對于“兆赫茲”的光譜范圍優化其波導。
[0010]根據波導屬性，光子晶體光纖包括由“光子帶隙結構”引導的光纖(纖維BIP或PBG光纖，英語“Photonic Band Gap fiber”)，以及由親合抑制引導的光纖(英語“Inhibitedcoupling guiding HC-PCF)，也稱為間距較大(英語large-pitch HC-PCF)或kagome型的光纖。
[0011]根據現有技術的光子帶隙結構引導的光纖具有下列缺點:
[0012]即使對于1.5μπι數量級的特定補償，可以獲得ldB/km數量級的傳輸損耗，對于更小的波長，該值增長非常快。同樣地，對于可見波長，傳輸損耗可以達到1000dB/km。
[0013]根據另一問題，由光子帶隙結構引導的光纖的通過波長為70THz，其被證明對于例如非線性光學器件的特定應用而言是非常窄的，激光脈沖引導非常短。
[0014]根據另一問題，現有技術的空心光子帶隙結構引導的光纖的色散身高，并且構建用于分辨率較高的光譜的特定應用，或者激光脈沖引導非常短。
[0015]最后，根據另一問題，現有技術的空心光子帶隙結構引導的光纖在中心和輪廓中引導的模式之間具有有效的功率恢復，這形成了較小的激光損失閾值。
[0016]耦合抑制引導光纖的優點在于與空心光子帶隙結構引導光纖相反，形成了非常大的通過帶。作為交換，這些光纖的傳輸損耗高于空心光子帶隙結構引導光纖，高0.5dB/m。
[0017]耦合抑制引導光纖可以避免包括鞘管的不同結構。
[0018]根據第一三角形結構，內含物光柵呈具有環形截面的毛細管形式，分布在六邊形表面上，毛細管的中心設置自以形成等邊三角形。
[0019]根據kagome型結構的第二結構，內含物光柵由分隔壁限定，其平行于光纖傳播方向并且沿著三個60°方向定向以區分橫截面為六邊形的通道和橫截面為三角形的通道。根據該設置，三個分隔壁不在同一點交匯。
[0020]作為實例，文獻W02009/044100描述了一種具有Kagome型結構的耦合抑制引導晶體光纖。
[0021]為了獲得這種類型的波導，在拉伸階段之后，內含物分隔壁應當盡可能細并且在連續的兩個節點之間盡可能長，這對應于大間距的結構。
[0022]2011年3月 1 日公開于《OPTIICS LETTERS》第36卷第5號的《Low loss broadbandtransmiss1n in hypocycloid-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber》推薦了一種具有Kagome型結構和中空心部的耦合抑制引導光纖。尤其，該文獻描述了兩種光纖，心部近似圓形的第一光纖，和心部由包括一系列弧形的輪廓限定的第二光纖。根據該文獻，這些弧形成內擺線輪廓。
[0023]與形成1.4dB/m數量級的傳輸損耗的第一光纖相反，第二光纖形成0.4dB/m數量級的傳輸損耗。
[0024]根據該文獻，形成的光纖，具有180dB/Km數量級的傳輸損耗，以及200THz數量級的通過帶。
【發明內容】
[0025]本發明旨在克服現有技術的缺點，這是通過提供一種輪廓優化的空心波導，能夠改善所述光纖的性能，尤其是傳輸損耗，特別對于在UV或EUV域內更短的短波長，或者在IR域內的長波長。
[0026]為此，本發明旨在提供一種空心波導，其由包括具有負曲率的一系列弧形的封閉輪廓所限定，每個弧形具有一條弦，其特征在于中空心部的輪廓包括交替設置的小弧形以及大弧形，每個弧形相對于穿過中空心部中心以及弦中部的直線對稱，大弧形的比例b =2Ra/C大于大弧形的0.9，Ra表示弦和弧形之間的最大距離，C表示弦的長度。
[0027]優選地，弧形的厚度等于或小于引導的最大波長的一半。
[0028]本發明還推薦一種空心光子晶體光纖，其中空心部的輪廓符合上述的幾何形狀。
[0029]優選地，根據本發明的空心光子晶體光纖包括鞘管，其結構能夠獲得耦合抑制的引導。根據一個優選實施方式，鞘管結構是Kagome型的。
[0030]本發明還涉及一種裝置，其包括根據本發明的波導或光子晶體光纖，諸如允許偏離激光功率的裝置，壓縮激光脈沖的裝置，中空心部由氣體填充的氣體激光器，成像裝置，頻率校準裝置，引導裝置，該列表并非窮舉。
【附圖說明】
[0031]參考隨附附圖，根據本發明的說明書，其他特征和優點將變得明顯，所述說明書僅作為實例給出，在附圖中:
[0032]圖1是示出本發明的空心光子晶體光纖的第一變化方案的橫截面，其具有鞘管的第一結構，
[0033]圖2是示出本發明的空心光子晶體光纖的另一變化方案的橫截面，其具有鞘管的另一結構，
[0034]圖3是詳細示出圖2中所示的光纖的中空心部的輪廓的橫截面視圖，
[0035]圖4是詳細示出根據本發明另一方案的光纖的中空心部的輪廓的橫截面，
[0036]圖5A是根據本發明第一實施方式的光纖的橫截面，相關的曲線圖示出了作為所述光纖的波長函數的傳輸損耗的曲率，以及
[0037]圖5B是根據本發明另一實施方式的光纖的橫截面，相關的曲線圖示出了作為所述光纖的波長函數的傳輸損耗的曲率。
【具體實施方式】
[0038]在圖1至4中，附圖標記10指的是呈光子晶體光纖形式的波導。
[0039]光子晶體纖維10從外向內包括保護外殼12、鞘管14和輪廓限定的中空心部16。中空心部可以包括空氣或適應光纖功能的氣體。
[0040]鞘管14包括多個內含物，其在光子晶體纖維10的整個長度上延伸。
[0041 ] 光纖心部中心的附圖標記為18。
[0042]鞘管14的結構(即分布、內容物的形狀和所使用的材料)能夠將電磁波限制在中空心部16內。
[0043 ]根據圖1中所示的第一方案，鞘管14具有Kagome型的結構。根據圖2中所示的另一方案，鞘管14具有三角形結構。當然，本發明不局限于這些方案。
[0044]同樣，結構的圖案在鞘管的整個橫截面上不均勻。同樣地，鞘管可以具有關于光纖中心18同心的多個圖案。
[0045]根據優選實施方式，鞘管具有能夠獲得耦合抑制引導的結構。為此，鞘管的結構被稱為具有大間距(英語“large pitch” )。優選地，鞘管的結構具有Kagome型的大間距。
[0046]同樣，選擇鞘管的結構以協調鞘管指數與引導模式的有效指數。
[0047]對于大間距，應當理解的是，結構的間距大于或等于引導波的波長的五倍。
[0048]由于鞘管可以具有不同的結構，因此對其不再描述。根據這些方案，鞘管可以是均勻的，包括周期性、類周期性或非周期性的結構。
[0049]中空心部16由包括具有負曲率(部分朝向中心18凸起)的一系列弧形20的封閉輪廓而限定。每個弧形20包括兩個端部22.1和22.2，兩個相鄰的弧形具有一個公共端部。鞘管
14確保弧形20的保護和維持作用。
[0050]根據一個重要點，在下文中，中空心部的幾何形狀描述為完成的光纖，或者在包括拉伸階段的實施方式的情況下在拉伸階段之后，或者不早于拉伸階段之前。