[发明专利]具有大纤芯和平坦基谐模的微结构光纤，其生产方法以及其在激光微细加工中的使用

说明书

技术领域

本发明涉及具有大纤芯、适于得到平坦基谐模的微结构光纤以及生产这种光纤的方法。

术语“大纤芯”代表其直径等于至少10微米的纤芯。术语“平坦基谐莫”代表其强度具有平坦的横向剖面的基谐模；应当注意，在这种情况下，基谐模直径表现出相对于纤芯直径较小的差异；并且如果纤芯直径较大（大于或者等于10微米），则基谐模直径也较大。

本发明尤其适用于激光微细加工方法，例如，激光标记方法和激光切割方法，或者与光-生物组织相互作用相关的用于治疗和诊断的方法。

背景技术

为了得到具有平坦基谐模的光纤，众所周知的是在纤芯周围放置环，其光学指数略大于该纤芯的光学指数。

在这方面，可参考文献[1]，其像下文中要引用的其它文献[2]至[7]一样，将在本发明的结尾处提及。

然而，文献[1]中所述的光纤具有纤芯直径小的缺点。

从文献[2]和[3]中获知在掺杂有稀土元素的大纤芯周围使用环。然而，这些文献中所讨论的光纤是多模光纤，为了在该光纤的输出端得到单模，即，基谐模，要使用增益进行鉴别。实际上，与其它模相比，平坦基谐模在掺杂纤芯上具有更好的重叠。

这构成了现有技术中所知的平坦大模的唯一实验性实施方式。在光纤输出端得到的模的实验图像存在于文献[4]的附图7中。所得到的剖面非常不完整。这归因于光纤的实际实施方式不适于得到完整的指数阶跃。

从文献[5]获知适于通过气隙方式来限制模以及通过环来使模平坦的光纤。所述微结构的气隙的直径d与这些气隙的间距Λ相比的比例d/Λ在0.4左右；由此将产生针对这种结构的多模纤芯。然而，没有给出实验演示。

此外，文献[5]中所述的光纤的参数显得不实际。特别是，环与纤芯之间光学指数的差异极小——等于3x10^-4——因而在生产中很难或者甚至不可能得到。

从文献[6]获知具有很小的掺杂纤芯（直径几微米）并且无环的微结构光纤。

实际上，迄今为止，尚未获知用于在无源光纤的输出端得到具有至少10微米直径的单个平坦模的令人满意的解决方案。

文献[1]和[6]中所提出的无源纤芯光纤仅适于得到小的模尺寸（有效面积小于100平方微米）；

为了得益于增益鉴别，当需要放大时从文献[2]获知的光纤设计的多模方面才需要用到这种光纤。然而，在某些情况下（例如，空间成型、功率运输和非线性放大），有必要使用无源光纤；注意，在某些情况下，曲率鉴别也是有可能的。

非常困难或者不可能实验地实现文献[5]中所提出的光纤参数，特别是环与纤芯之间光学指数的差异。

作为一般规则，现有技术中所提出的设计是不现实的，因为其没有考虑到生产限制。现有技术只包括平坦基谐模光纤的一种实验性实施方式（参见文献[2]）。

然而，该实施方式相对不可信，因为在光纤输出端得到的光纤不能被认为是平坦的（参见文献[4]）。此外，文献[2]的作者承认所述光纤的实际实施方式不适于得到充分地控制的指数阶跃。

发明内容

本发明涉及不具有上述缺点的微结构光纤。

具体地，本发明涉及具有大纤芯和平坦基谐模的微结构光纤，其包括：

纤芯，该纤芯的直径为至少10微米；

包围纤芯的环，该环的光学指数比纤芯的光学指数高出值Δn，并且该环的外半径比内半径大出值ΔR；以及

光学包层，该光学包层包围环并且包括包含有例如纵向气隙的夹杂物的基质，其中，夹杂物的光学指数不同于基质的光学指数，包层的等效平均光学指数nFSM小于纤芯的光学指数，

其特征在于，Δn大于10^-3并且ΔR通过等式ΔR=α/(Δn)^β与Δn关联，其中，α在从5x10^-4微米到5x10^-2微米的区间内，β在从0.5到1.5的区间内，并且α和β取决于：微结构光纤要传导的光的波长λ、微结构光纤中的缺失性夹杂物的数量（由于纤芯和环的存在）、夹杂物的直径d，夹杂物的间距Λ和纤芯的光学指数。

根据本发明的微结构光纤的一个优选实施例，缺失性夹杂物的数量等于7。然后，该光纤被视为具有7个缺陷。

根据本发明的微结构光纤的纤芯可以被掺杂或者不被掺杂。

例如，可以通过发光的实体（例如，稀土元素离子）或者不通过这样的实体对其进行掺杂。

根据本发明的第一具体实施例，纤芯由未掺杂的二氧化硅制成，β等于1并且α由以下公式给出：