[发明专利]光子晶体光纤、光子晶体光纤的制备方法以及超连续谱光源

说明书

技术领域

本发明涉及光子晶体光纤(PCF)、PCF的制备方法、包含这种PCF(微结构光纤)的超连续谱光源、以及光超连续谱辐射源。

背景技术

在下文中称为PCF或微结构光纤的光子晶体光纤是一种具有芯的光纤，该芯被包层区域包围，包层区域具有布置在背景材料中(典型地以规则阵列)的多个内含物(有时称为包层特征或微结构)。内含物可以是气体、液体或固体内含物。原则上，内含物可能是孔隙，但实际上孔隙通常包含一些气体分子。

这种类型的光纤是本领域公知的，例如US2012195554、US8406594、US2011116283和US2012195554中所描述的。

微结构纤维可以例如是二氧化硅玻璃。可以向二氧化硅玻璃中添加其它材料以改变其折射率或提供诸如光放大、灵敏度等的效果。

包层内含物之间的中心到中心的间隔被定义为间距(Λ)。PCF通常至少部分地表征为芯的尺寸和内含物尺寸与其间隔或间距(Λ)的比值。通过调节包层内含物的尺寸和间距，可以调节光纤的零色散波长(ZDW)。

光子晶体光纤通常适用于大功率光源。相对较高的功率在光纤中的传导可能与几种商业应用相关，例如外科手术光和/或治疗光的传导、光感测和材料加工。这些应用是光能量的传输和光纤的非线性效应的利用，非线性效应通常在光纤内部具有较高的光功率的情况下更加显着。光功率可以是连续波(CW)、脉冲波或其混合。如果即使在具有相对适度的平均功率的情况下也可获得高峰值功率，利用脉冲光，光纤内的高光功率可能特别显著。

光纤携带的平均功率/光谱密度的一个限制是光纤的损伤阈值。特别是在PCF被应用于超连续谱产生的情况下，其中通过PCF的发射端(有时称为输入端)将高功率光进给至PCF，已经发现PCF随着时间的推移而劣化，这取决于进给光的峰值功率。此外，已经发现，靠近或邻近发射端的光纤部分相比离发射端更远的部分更多地面对劣化。

US8145023描述了一种通过给芯材料和可选地包层材料加载氢和/或氘来缓解由进给至PCF的高功率光引起的劣化的方法。发现这种加载引起光纤寿命的一些增加。在US2011116283中，通过在氢和/或氘加载后对PCF进行退火和/或高功率辐照进一步改善了该方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于超连续谱产生的PCF，该PCF非常抗劣化。

在一个实施例中，目的是提供一种适用于超连续谱产生的PCF，该PCF即使在用于超连续谱产生时也具有长寿命。

另一个目的是提供一种包括具有高抗劣化性能的PCF的超连续谱光源，以及这种超连续谱光源的优选应用。

这些和其它目的已经通过如权利要求书所限定和下文所描述的本发明或其实施例来解决。

已经发现，本发明或其实施例具有许多其它的优势，这对本领域技术人员来说可以从以下描述中明确地得出。

本发明的光子晶体光纤(PCF)具有纵轴，并且包括沿着纵轴的长度延伸的芯和围绕芯的包层区域。至少包层区域包括多个在至少微结构长度部分中的沿着PCF的纵轴延伸的内含物形式的微结构。PCF具有抗劣化长度部分，其可以是PCF的整个长度或仅仅其长度部分。

术语“抗劣化长度部分”用于表示光纤长度部分相对于其它现有技术的光纤长度部分具有非常高的随时间的抗劣化性能。

PCF在所述微结构长度部分的至少抗劣化长度部分中包含氢和/或氘，并且PCF在至少抗劣化长度部分中还包括围绕包层区域的主涂层，该主涂层在低于T_h的温度下不透所述氢和/或氘，其中，T_h为至少约50℃。有利地，T_h至少约为在使用中的PCF的最大预期温度。因此，随着时间和/或在使用期间，最少量的氢和/或氘扩散至光纤外部。T_h优选地如下：50℃<Th<250℃。在一个实施例中，T_h高达约150℃。

术语“不透(气)”在本文中用于表示氢原子和/或氘原子通过涂层的任何扩散小于每天约1％，其例如由以下测量：使用拉曼光谱法并在大气条件下的相关温度(即光纤被布置在1巴的空气中)，或者通过红外光谱法测量H2(或D2)的吸收线，H2在约1240nm或约1870nm或者D2在约1715nm。优选地，不透气涂层允许小于每天0.5％，例如小于每天约0.1％，例如小于每天约0.01％的扩散。