[发明专利]空芯光子晶体光纤及其制造方法

说明书

一种空芯光子晶体光纤(HC‑PCF)(10)，用于沿着所述HC‑PCF(10)的模式引导部分(11)引导光场(1)的至少一种模式，所述空芯光子晶体光纤(10)包括：沿着HC‑PCF(10)延伸的外套层(12)、内包层(13)和空芯(14)，其中所述内包层(13)被布置在所述外套层(12)的内表面上，并包括围绕所述空芯(14)的抗谐振结构(15)，以及所述空芯(14)具有沿着所述HC‑PCF(10)的所述模式引导部分设置的模式引导芯直径(d)，并且其中，所述HC‑PCF(10)的至少一个光纤端部(16)具有光场耦合部分(17)，在所述光场耦合部分(17)中，所述空芯(14)在轴向耦合部分长度上从在所述至少一个光纤端部(16)处的光纤端部芯直径(D)逐渐变细至所述模式引导芯直径(d)。此外，描述了使用HC‑PCF的方法和制造HC‑PCF的方法。

技术领域

本发明涉及空芯光子晶体光纤(HC-PCF)，特别是无带隙型(或：空芯抗谐振反射光纤(HC-AF))的空芯光子晶体光纤，特别是具有一个轴向空芯和内包层区(内包层区包括围绕芯的抗谐振结构的布置)的空芯光子晶体光纤，并且特别地被配置为用于引导光场中的至少一个模式。此外，本发明涉及使用HC-PCF和制造HC-PCF的方法。本发明的应用可用于例如在光学量测、光谱学、科学研究和光导领域。

背景技术

在本说明书中，参考以下现有技术说明本发明的背景技术：

[1]P.Uebel等，“Opt.Lett.”41，1961-1964(2016)；

[2]F.Benabid等，“Science”298，399-402(2002)；

[3]WO 2015/185761 A1；

[4]P.St.J.Russell等，“Nature Photonics”8，278-286(2014)；和

[5]EP 1 153 324 B2。

被填充气体的空芯光子晶体光纤是在例如量测和光谱学领域具有潜在应用前景的新一代高亮度光源的技术平台。图8(现有技术)示意性地示出了基于填充气体的HC-PCF10'中的非线性光学的这种光源100'的构思。HC-PCF 10'包括外套层12'、内包层13'和空芯14'(参见图8顶部的HC-PCF 10'的纵向截面)。内包层13'包括抗谐振结构15'，像管状毛细管的单环布置，沿着HC-PCF 10'轴向延伸并围绕空芯14'，如图9(现有技术)的截面扫描电子显微镜(SEM)图像所示，其在例如参考文献[1]中公开。其它光纤结构可能更复杂，例如戈薇(Kagome)型或嵌套(nested)结构(参考文献[2]、[3])。

来自泵浦源20'的脉冲光场1'在输入耦合端被发射到HC-PCF 10'的芯14'中，并且主要激发基横模，所述基横模被引导朝向输出耦合端。HC-PCF10'被放置在气体单元30'中，该气体单元在高达数十巴的典型压力下提供受控的气体环境(例如稀有气体或拉曼活性气体)，并且具有用于传输光的透明窗口31'。HC-PCF 10'的波导色散与气体的非线性之间的相互作用导致泵浦脉冲光场1'的强烈变形，其中包括例如脉冲压缩和光谱展宽(参考文献[4])和/或其它光学非线性效应。

尽管已经在实验中证明了图8的光源100'的操作，但发现了以下实质上的缺点。发明人的寿命测试表明，在已暴露几十Wh的泵浦剂量下，平均输出功率会大大劣化，从而严重限制了基于HC-PCF的光源100'在实际日常应用中的可用性。另一个缺点是，常规的HC-PCF在启动HC-PCF 10'的非线性操作时，发射效率受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的空芯光子晶体光纤及其制造方法，其能够避免常规技术的缺点。特别地，HC-PCF适用于线性或非线性操作，且寿命增加和/或光功率增加和/或发射效率提高。此外，HC-PCF将由不复杂的过程制造。