[发明专利]基于多成分硅石玻璃的高双折射保偏光纤

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有申请人于2010年5月13日提交的美国临时申请61/334,218的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

在一些应用中，偏振变化可诱导输出光束不稳定性。由此期望稳定输出光束的偏振状态，这是通过使用保偏（polarization maintaining）光纤做到的。在已知类型的保偏光纤中，PANDA光纤被广泛使用，且具有至少一个，且更典型地，两个平行于核而延伸的应力构件，并包括保偏不对称。PANDA光纤可被制造为有源或无源保偏光纤，因为其制造过程允许应力施加部件或应力构件的单独制造，且光纤使得核不掺杂或掺杂有例如用于激光或放大器应用的稀土离子。

尽管有一定的满意度，但从其可处理的功率量的角度来说，之前的保偏光纤具有局限性。

发明内容

对于高功率应用，使用多包层、大模面积光纤是有利的。这些纤维具有大的稀土掺杂的核。由激光泵二极管发送的光被射入到光纤的包层，这被称为泵浦引导，且随后耦合到掺杂有稀土的核（即，具有掺杂核的稀土掺杂剂）。大的稀土掺杂的核的更大表面积有助于管理有源光纤中的损伤，给定聚焦光束的高注入功率，损伤可能发生。光纤的更低的核数值孔径和卷绕可随后被使用于仍然维持在单模（或更可能是准单模）核状态下操作光纤。

为了提供这样的低核数值孔径，可使用多包层配置。第一包层，被称为底座（pedestal），插入在掺杂有稀土的核和被称为泵浦引导的硅石包层之间。该设计的主要优点是具有这样的可能性，即，具有可以单模操作进行操作的高掺杂核。核和底座由掺杂的硅石玻璃构成。为了制造具有高双折射能力的保偏光纤，一种方式是应用具有这样的光纤的PANDA配置。

但是，由于双折射水平（其影响保偏特点的效率）与应力构件和核之间的距离以及应力构件的直径有关，且给定底座直径的要求，在这样的光纤上使用PANAD配置，导致应力构件部分地延伸到包层部分并部分地延伸到底座以达到满意的双折射水平。

PANDA光纤典型地由管棒法（rod-in-tube）制造，这涉及在光纤预制件中钻通道，随后在其中插入应力构件。组装的预制件随后被拉拔为PANDA光纤，其中预制件的比例（包层的相对直径和应力构件的位置）基本上被维持。在钻孔过程中，在具有两个不同部分的预制件的硅石玻璃的截面钻出通道。在底座部分，典型地掺杂硅石以增加相对于包层部分的折射率或折射，所述包层部分典型地没有被掺杂。在玻璃的该混杂（heterogeneous）部分的钻孔导致发生不可逆的损伤，这使得预制件不能有效地拉拔为光纤。

该损伤的一个可能的原因是在底座中使用的增加折射率的掺杂剂典型地具有增加底座材料的热膨胀系数的副作用。由于周围的包层典型地没有这样的掺杂剂，由此产生折射率台阶，周围的包层不会遭受热膨胀系数的增加，且由此具有与底座部分不同的热膨胀系数。典型地在钻孔操作期间产生热，受到钻热的影响时，在钻孔过程中对预制件的损伤很可能是底座和包层的不均匀热膨胀的结果。

向底座加入又一种掺杂剂以抵消导致折射率增加的掺杂剂对于热膨胀系数的副作用，且由此使得底座的热膨胀系数尽可能地与包层的热膨胀系数接近，同时维持包层和底座之间满意的折射率台阶。所述又一种掺杂剂在此被称为降低热膨胀系数的掺杂剂。测试已显示当在混杂底座/包层部分中钻通道时，其成功地限制了损伤的发生。

此后，根据一个方面，提供了一种光纤预制件，其具有核、具有增加折射率的掺杂剂和降低热膨胀系数的掺杂剂的底座、围绕底座的包层以及部分地在包层及部分地在底座中钻出、并容纳应力构件的至少一个通道。底座的热膨胀系数可由此接近包层的热膨胀系数。

根据另一个方面，提供了一种多包层保偏光纤，其包括：核、围绕核并具有底座折射率的底座，所述底座由掺杂有具有增加热膨胀系数的副作用的增加折射率的掺杂剂和降低热膨胀系数的掺杂剂二者的硅石玻璃构成；包围所述底座的、并具有显著低于底座折射率的包层折射率的包层；平行于核而延伸到底座和包层二者中、并被适配为在核中产生用于保偏的双折射的至少一个应力构件；外包层，具有显著低于包层折射率的折射率；以及围绕外包层的封套。