[发明专利]玻璃大芯径光纤

说明书

对相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119（e）的规定，本申请要求申请日为2007年9月26日的美国临时专利申请号60/975,478，名称为玻璃大芯径光纤，以及申请日为2008年8月5日的美国临时专利申请号61/086,433，名称为玻璃大芯径光纤的优先权，上述两篇专利文献的全部内容在此被结合入本文引用，并且构成本说明书的一部分。

技术领域

各种实施方案涉及光纤，例如，具有大芯径尺寸的光纤和支持单模传播的光纤，以及使用所述光纤的装置和系统，例如，激光器，放大器，和基于激光的材料加工系统。

背景技术

单模光纤为高质量光束提供灵活的传输媒介。传统的单模光纤通常的纤芯直径在9μm以下。不过，传统单模光纤的小纤芯直径不适于传输大功率光束。在这些光纤中传播的高光强光束可能导致较强的非线性效应，如自相位调制，拉曼(Raman)散射，布里渊(Brillouin)散射等。自相位调制可能导致脉冲畸变。拉曼和布里渊散射可能导致在传输期间显著的功率损耗。

近来，业已发现基于稀土离子和拉曼效应的光纤激光器在许多应用中相对于它们的固态对应物具有优势，并且改进了它们的功率水平。进一步缩放单模光纤激光器或放大器的输出功率的一个限制是非线性。不过，通过利用更大纤芯直径的设计可以提高其上限。

对单模光纤有需求。还需要光纤能在很大波长范围内工作。还要考虑易于使用和制造，这可以导致使用的增加。

发明内容

各种实施方案包括单模光纤和大芯径光纤。在某些实施例中，光纤可以在大波长范围内工作。

还披露了包括光纤的各种实施例，所述光纤包括包层结构，它包括相对于在其中设有包层结构的包层材料能够产生极低相对折射率差的材料（例如，掺氟石英玻璃）。该相对折射率差可以用（n₁-n₂）/n₁表征，其中，n₁是其中包括包层结构的包层材料的折射率，而n₂是包层结构的折射率。

在不同的实施例中，包层结构的设置，例如，包层结构的尺寸和间距可以选择，以便提供对基本模式的限制，但允许第二模式和更高模式的泄漏，以便提供模式过滤和单模传播。

一般已知弯曲损耗性能随着低相对折光率差而恶化。该趋势通过实验和模拟得到证实。不过，令人吃惊的是，业已发现低相对折光率差可以获得模式过滤的显著改进，同时弯曲损耗性能保持适当。具体地讲，小的相对折射率差可以提供更好的模式过滤并易于使用和制造，同时提供更高但适当的弯曲损耗。

因此，在不同的实施例中，光纤被设置成具有至少部分由包层结构环绕的芯。所述包层包括具有折射率n₁的第一包层材料和由折射率为n₂的第二包层材料形成的包层结构，其中n₂<n₁，并且相对折射率差（n₁-n₂）/n₁较小。

在某些实施例中，极小的相对折射率差（n₁-n₂）/n₁提供了改进的模式过滤和足够低的弯曲损耗。

在某些实施例中，相对折射率差可以小于约4.5×10^-3。在某些实施例中，相对折射率差可以小于约1.0×10^-3。在某些实施例中，相对折射率差可以小于约8×10^-4。

在某些实施例中，所述结构可以提供的较高阶模损耗为至少约1dB/m。在某些实施例中，所述结构可以提供的较高阶模损耗为至少约5dB/m。在某些实施例中，所述结构可以提供的较高阶模损耗为至少约10dB/m。

在某些实施例中，光纤直径可被设置成具有低损耗的基模，同时增大较高阶模损耗。例如，在不同的实施例中，基模的损耗可以为大约0.1dB/m或以下，而在某些实施例中较高阶模式的损耗可以为大约1dB/m或以上。在其它实施例中，基模的损耗可以为大约1dB/m或以下，而在某些实施例中较高阶模式的损耗可以为大约10dB/m或以上。

在某些实施例中，光纤的弯曲半径为10cm或更大。

在某些实施例中，光纤可以是全玻璃。芯，其中设有包层结构的包层材料，以及包层结构可以包括至少覆盖在部分光纤长度上的玻璃。