[发明专利]用于使用激光加热基座生长来生产薄晶光纤的设备及方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本公开主张2015年3月25日申请的标题为“用于使用激光加热基座生长来生产薄晶光纤的设备及方法(APPARATUSES AND METHODS FOR PRODUCING THIN CRYSTAL FIBERS USING LASER HEATING PEDESTAL GROWTH)”的美国临时专利申请案第62/138,301号(代理人档案编号第SCRSP001PUS号)的优先权，所述案以引用的方式并入本文中。

背景技术

光纤激光器优于其传统对应物，这归因于光纤激光器实施极长激光增益介质(且由此产生极高功率激光辐射)的能力，其相当于极紧凑几何形状。图1示意性地说明如沿着光纤的中心轴查看的简单光纤激光设计的横截面。所述图展示基础光纤100由经掺杂激光材料的芯110构成，所述芯110被外覆层120围绕，所述外覆层120充当波导且还提供设定光学谐振器所必需的反射。在常规光纤激光器中，激光光纤的芯110由经掺杂玻璃制成；然而，玻璃材料的使用损及常相关联于如通常在普通(非光纤)激光设计中采用的结晶激光增益介质的使用的诸多优势。

发明内容

本文中揭示用于经由光学加热来生长薄晶光纤的设备。所述设备可包含：光能源，其用于加热源材料以形成熔化源材料的熔融区；上光纤导轨，其用于沿着经界定平移轴将生长晶体光纤拉离所述熔融区(由此还将与所述晶体光纤连接的未结晶熔化源材料撤离所述熔融区，使得熔化源材料可冷却、结晶且添加到所述生长晶体光纤)；及下馈送导轨，其用于沿着经界定平移轴将额外源材料推向所述熔融区。在某些此类实施例中，所述下馈送导轨的平移轴经对准，以将所述源材料水平定位在从所述光能源发射的光能路径中。在某些此类实施例中，所述上光纤导轨的平移轴经对准，以将所述源材料水平定位在从所述光能源发射的光能路径中。在某些此类实施例中，所述下馈送导轨的平移轴及上光纤导轨的平移轴大体上竖直且轴向对准，以将所述源材料水平定位在从所述光能源发射的光能路径中。在一些实施例中，所述上光纤导轨经配置以按一定平移速率将所述晶体光纤拉离所述熔融区，所述平移速率大于所述下馈送导轨经配置以将所述源材料推向所述熔融区的平移速率。

在一些实施例中，所述设备可进一步包含直径控制反馈系统。所述直径控制反馈系统可包含：光纤直径测量模块，其经配置以测量所述生长晶体光纤的直径；及控制器，其经配置以响应于从所述光纤直径测量系统接收的信号而调整所述下馈送导轨推动所述源材料的所述平移速率，以使所述生长晶体光纤的所述直径保持近似恒定。在某些此类实施例中，所述光纤直径测量模块包含：探测激光器，其经配置以使用激光辐射照射所述生长晶体光纤；及光检测器，其经配置以测量通过所述激光辐射与所述生长晶体光纤的相互作用产生的一或多个干涉条纹。

取决于实施例，所述下馈送导轨可包含：下导管，其具有界定所述下馈送导轨将源材料推向所述熔融区所沿着的所述平移轴的内部；导块，其具有沟槽；及馈送带。取决于实施例，所述上光纤导轨可具有界定所述上光纤导轨将所述生长晶体光纤拉离所述熔融区所沿着的所述平移轴的内部，且所述上光纤导轨可包含一对导引衬垫，所述对导引衬垫经配置以从两侧施加水平压力于所述晶体光纤上，以在所述晶体光纤被拉离所述熔融区时进一步稳定所述晶体光纤的水平位置，且所述上光纤导轨可进一步包含卷筒，所述卷筒经配置以通过旋转来拉动所述晶体光纤穿过所述对导引衬垫且拉离所述熔融区。

本文中还揭示用于经由光学加热来生长薄晶光纤的方法。所述方法可包含：使用光能加热源材料以形成熔化源材料的熔融区；沿着由光纤导轨界定的平移轴将生长晶体光纤拉离所述熔融区(由此还将与所述晶体光纤连接的未结晶熔化源材料撤离所述熔融区，使得所述熔化源材料可冷却、结晶且添加到所述生长晶体光纤)；及沿着由馈送导轨界定的平移轴将额外源材料推向所述熔融区。在某些此类实施例中，由所述馈送导轨界定的所述平移轴及由所述光纤导轨界定的所述平移轴大体上竖直且轴向对准，以在约5μm的水平容限内将所述源材料水平定位在光能路径中。