[发明专利]光耦器件及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光从一个或多个输入波导至与这个或这些输入波导具有不同物理尺寸和/或光学特性的输出波导或波导的输出部的耦合。

本发明涉及一种光学部件，该光学部件包括例如光子晶体光纤那样的用于抽运光(pump light)和信号光(signal light)的传播的接受光纤、多条抽运传输光纤以及用于将从抽运传输光纤而来的抽运光反射进入接受光纤的反射元件。本发明还涉及一种光学部件以及包括该光学部件的器件的制造方法，以及该光学部件的使用方法。本发明还涉及一种棒状光纤(rod-typeoptical fibre)。本发明基于例如光子晶体光纤(PCF)的具有相对高的数值孔径的多包层(例如双包层)光纤的特性。

例如，本发明可用于例如光纤激光器或放大器等应用，其中利用光学部件可实现从抽运源至例如双包层光纤的接受光纤的光的有效耦合。本发明尤其涉及一种光纤放大器，其中在双包层光纤中抽运光和信号光在不同方向上(相对传播抽运)传播。

背景技术

现今，光纤在光学各个领域得到了广泛的使用。这些领域包括电信、医疗、传感器、激光、放大器以及其它众多领域。

用于激光器和放大器应用中的双包层光纤

大约十年前，出现了称为双包层光纤(也称为双封套光纤)的新型光纤家族。由于这种光纤应用在高能放大器和激光器中的潜力而受到了广泛的关注。这种光纤包括两个彼此相互嵌入的波导；内导向区域和外导向区域。典型地，内导向区域为用于导向信号光的单模芯，而外导向区域典型地为用于导向抽运光的多模芯，也称为内包层(或抽运芯)。

在本发明的上下文中，术语“双包层”或“双封套”光纤是指包括至少两个在光纤的纵向延伸的包层区域的光纤，至少其中之一可用于传播诸如抽运光的光，因此此包层区域还被称为“抽运芯”(pumping core)。上述术语并不在于排除使用包括多于两个如上所述的包层区域的光纤。不同包层区域是通过例如背景材料的不同光学特性(例如折射率)来区分的，包含微结构元件的包层区域与不包含微结构元件的区域不同，包含不同的微结构元件的包层区域彼此不同(包层区域各自的微结构元件在任何特性上的不同会影响光在特定波长的传输，例如微结构元件在大小上的不同(如果未散布)、微结构元件材料的不同(例如，空洞、固体或液体)、规律排列相对于不规律排列的不同，等)，等。

双包层光纤的典型应用是将由半导体激光器(提供抽运光的激光器)发出的低质量、低亮度光转变为高质量、高亮度光(信号光)。上述转变对于激光器和放大器配置均可实现。对于激光器配置，通过受激发射在腔中(典型地，通过光纤布拉格光栅和/或外反射镜形成)产生信号光。对于放大器配置，种子信号耦合至单模芯并且通过受激发射放大。

亮度被定义为单位面积单位立体角的光能，亮度还被称为发光度并且国际单位制中以坎德拉每平方米(Candela/m²)或瓦特每球面度每平方米(W/steradian/m²)等来度量。对于多模光纤，亮度的保持是指在耦合/转变之前及之后，与波导直径相乘的数值孔径(NA)为常数。

亮度转换可通过在芯中掺杂例如稀土掺杂剂的光学活性材料并且利用例如多模光的抽运光来抽运掺杂后的芯来实现。稀土原子会吸收抽运光并且以较低光子能量重新发射能量。由于发射是通过受激发射产生的，因此光会被导向到掺杂芯中。典型地，单模操作为优选，然而还可采用多模操作。

转变方法可以十分高效(最高大约为80％)并且亮度可被提高到高于100倍。由于上述光源体积较小并且效率更高，因此经常被用作高亮度固态激光器的替代物。

以多种形式(微结构以及非微结构光纤)提供的双包层光纤均与本发明相关。上述形式的光纤包括全玻璃光纤(例如，请参见Wang等人在Electronics Letters，Vol.40，No.10，2004中提到的)、聚合物包层光纤(例如，请参见Martinez-Rios等人在Optics Letters，Vol.28，No.18，2003中提到的)以及光子晶体光纤(请参见WO 03/019257)。

光子晶体光纤