[发明专利]多包层光纤

说明书

描述了一种多包层光纤设计，以便在光谱的UV可见光部分中为基本传播模式线性偏振(LP)01模式提供低光损耗、高数值孔径(NA)和高光学增益。光纤设计可以包含掺杂剂，以便同时增加纤芯区域的光学增益，同时避免在光纤制造过程中产生额外的损耗。光纤设计可以掺入稀土掺杂剂以有效地发射激光。另外，光学纤芯中传播模式的模态特性促进高效的非线性混合，从而提供高光束质量(M²1.5)的发射光输出。

根据35 U.S.C.§119(e)(1)，本申请要求于2017年4月21日提交的美国临时申请序列号62/488,440的申请日的权益，该临时申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的实施方案总体上涉及光纤，并且更具体地，涉及具有用于入射光的高数值孔径和在可见光区域内操作的输出光的高光束质量因数的多包层高功率光纤。

背景技术

除其他功能外，光纤还具有将低光束质量(例如，M²1.5)输入光转换成高光束质量(例如，M²1.5)输出光的潜力。然而，据信，这种潜力基本上仅在IR(红外)光谱中实现，然后仅在900nm至2000nm范围内。

据信，用于将低光束质量的激光二极管光转换为高光束质量的光的多包层光纤的现有方法具有若干缺点，除其他方面外还包括不能提供或建议在可见光区域内输出的光。

据信，将多包层光纤中的低光束质量的光转换成高光束质量的光的现有方法有几个缺点，除其他方面外还包括它们不能解决使用非日晒光纤材料(non-solarizing fibermaterial)进行可见光(例如，蓝光)的有效非线性转换的问题。

因此，据信在本发明之前，除其他特征外，光纤配置还具有的用于高功率操作、光纤的激光二极管泵浦的多包层结构，和利用掺稀土元素离子或受激拉曼散射的模式转换工艺，以及本发明的其他特征和性质，从未实现。

由于光纤的相互作用长度长，为了高效率，期望低传播损耗。当在光学玻璃中使用三阶非线性张量元(特别是拉曼张量元)时，低传播损耗至关重要。已经公开了化学和机械稳定的玻璃组合物，与二氧化硅玻璃(silica glass)相比，该玻璃组合物要求低的光损耗和更宽的透明窗。然而，据信迄今为止报道的所有化学和机械稳定的玻璃组合物在光谱的可见和UV部分具有比二氧化硅玻璃更高的光损耗。因此，据信这些现有的组合物不能满足长期以来对低传播损耗的需求，特别是对于对可见光和UV光具有比二氧化硅低的传播损耗的二氧化硅替代品的需求。

为了制造经由全内反射在纤芯中引导光的光纤，纤芯的折射率必须大于周围包层区域的折射率。在光谱的可见和UV部分，已知在具有二氧化硅包层的二氧化硅芯中使用铝，然而这种方法具有许多缺陷，尤其是，据信该方法在光谱的可见和UV部分中具有增加传播损耗的副作用。

进一步减小二氧化硅玻璃光纤中的光损耗的另一种方法是将过量的氢原子引入二氧化硅玻璃中以降低在光谱的可见和UV部分中的损耗。该方法具有若干缺陷，除了其他缺陷外，据信当二氧化硅玻璃掺杂有其他材料(例如铝或磷)时，该方法不能改善蓝光的光传播损耗。

如本文所用，除非另有明确说明，否则“UV”、“超紫”、“UV光谱”和“光谱的UV部分”以及类似术语应给出其最广泛的含义，并且包括波长为约10nm至约400nm，和10nm至400nm的光。

如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“可见”、“可见光谱”和“光谱的可见光部分”以及类似术语应给出其最广泛的含义，并且包括波长为约380nm至约750nm，和400nm至700nm的光。

如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“蓝色激光束”、“蓝色激光器”和“蓝色”应给出其最广泛的含义，并且通常是指提供激光束的系统、激光束、激光源，例如提供例如传播激光束或波长为约400nm至约500nm的光的激光器和二极管激光器。