专利名称：光耦器件及其制造和使用方法
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 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-type optical 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，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,Vo1.40， No.lO， 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 )。光子晶体光纤近来，光子晶体光纤(PCF)作为一种光纤得到了极大的关注，其中与现有(固体、非微结构的)光纤相比，可以通过新的或改进的方法形成多种特性。在2003年Kluwer Academic Press发表的"Photonic crystal fibres" 中Bjarklev、 Broeng和Bjarklev大体描述了 PCF。例如，在第四章第115 至130页中描述了 PCF的制造方法。近年来，PCF已发展为也呈现双包层特性。在这里， 一圈紧密间隔的 空气孔(空气包层)限定多才莫内包层。例如，在美国专利US-5,907,652以 及WO 03/019257中描述了具有空气包层的光纤及其制造方法，并且上述 专利文献均作为参考包括在这里。PCF的数值孔径(NA)可取从较低的 0.2—直到大于0.8之间的值，不过典型值位于0.6附近。利用体光学耦合至双包层光纤在光纤学中存在的普遍问题是如何有效地将光发射进入光纤。通常光 源与将要耦合进入的光纤之间具有不同的发散角(数值孔径(NA))以及 点/芯尺寸。具体问题是如何将光从具有大的光点尺寸以及相对较低的数值 孔径的抽运-二极管-激光器发射进入具有小面积以及大数值孔径的双包层 光纤。解决上述问题的传统方法是采用体光学。在图1中示出了上述体光学 的例子，其中从例如传递抽运光的光纤10的单一源而来的抽运光要被耦 合进入PCF 11 (PCF仅为双包层光纤的例子)的单一端。第一 (慢)透镜 12准直从抽运光纤而来的光13,而第二 (快)透镜14将光聚焦进入PCF 的内包层。上述方法的缺点是仅利用一条抽运光纤。此外典型地，上述方 法仅具有80%至90%的耦合效率以及高反射，容易受到机械漂移以及不 稳定性的影响并且还容易受到污染的影响。最后，上述解决方法还使得商 业化的器件的封装设计变得复杂且价格昂贵。体光学的解决方案具有许多问题。 一个问题与很难获得低损耗的耦合 有关。另一个问题是对于较宽的波长获得较佳耦合。第三个问题是机械稳 定性。利用体光学的器件制造方法还相对复杂。此外，多层玻璃表面的反 射可能降低系统的性能。利用锥形光纤束耦合至双包层光纤为了将光从多个抽运激光器耦合至双包层光纤，通常采用的方法是利 用所谓的称之为锥形光纤束(也称为融合的、锥形光纤束)的耦合器。上 述耦合器经过了例如ITF、 SIFAM、 OFS、 JDSU以及Nufern等众多光学部件提供商公司的发展，并且在例如美国专利US-5,864,644或 US-5,935,288中进行了描述。在图2中示出了锥形光纤束的例子。多个光纤20被捆扎在一起并且 被加热至接近熔化的温度并且形成锥形体21。利用锥形体，从每个传递抽 运光(典型地，抽运光纤支持处于0.15至0.22之间的NA)的光纤而来的 光被合并并且随着融合区域的尺寸逐渐减小，NA緩慢地(隔热地)增大 (典型地，增大至大约0.45或甚至更大)。典型地，锥形区域直接由空气 围绕，导致一个未受保护的石英玻璃界面。典型地，耦合器的融合的锥形 端接合至双包层光纤。融合的锥形光纤束的问题在于其很难有效耦合抽运光进入具有高NA 的双包层光纤(高于0.3的NA)。因此，本发明的目的在于提供一种光纤 耦合器，用于耦合两个或更多个光源进入多包层(例如，双包层)光纤， 此耦合器相对于现有技术中的光纤耦合器获得了改进。本发明的另一目的 在于提供一种在低损耗方面获得改进的光纤耦合器。融合的锥形光纤束的另 一 问题还在于由于锥形区域包括未包覆的波 导区域，很难对其封装。典型地，此区域为脆性的且很难封装的由空气围 绕的固体玻璃(在锥形区域中的用于抽运光的波导结构)。因此，本发明 的目的在于提供具有较小脆性并且较容易封装的用于抽运复用的部件。利用具有信号馈通的锥形光纤束耦合至双包层光纤 光纤束20还可包括单模光纤(典型地，放置于光纤束20的中心位置)。 上述光纤可用作信号光的馈通。上述部件被称为全光纤信号抽运复用器并 且典型地在光纤放大器装置中使用。单模光纤包括单模芯并且典型地为单 包层光纤。对于这些信号-抽运复用器，单模光纤也是锥形的。上述信号-抽运复用器可用于同向传播抽运光或相对传播抽运光。融合的锥形光纤束的另 一 问题还在于信号光可被反射回进入抽运传输光纤，其导致对传输抽运光的激光器的破坏。降低反射的信号光量的一 种方法是在配置中采用信号-抽运复用器，其中抽运光和信号光相对传播。 然而，即使在上述配置中，对于市场上可以获得的用于信号平均功率等级 大约为10mW (确切等级依赖于复用器的质量以及信号光的规范(例如， 连续波、脉沖、脉冲宽度))的信号-抽运复用器也存在问题。因此，本发 明的目的在于提供一种用于信号-抽运复用的部件，其对进入抽运传输光纤的信号光具有较低的反射。 发明内容通过在所附的权利要求以及下面对本发明的描绘可以实现本发明的 目的。在本发明的一个方面中，提供了一种光学部件，其具有纵向光轴以及与所述纵轴垂直的横截面，所述光学部件包括a. 第一光纤，其具有NA1的抽运芯以及第一光纤端部；b. 多个第二光纤，其围绕所述第一光纤的所述抽运芯，所述第二光纤 的至少其中之一具有NA2的抽运芯，所述每个第二光纤均具有第二光纤 端部；c. 反射器元件，其包括具有预定外形的端面，用于将从至少一个所述 第二光纤端部来的光反射进入所述第一光纤的抽运芯。在实施例中，至少部分(比如全部)第二光纤围绕所述第一光纤。在实施例中，NA2小于NA1。这样的优点是优化能够被反射进入接受 光纤的抽运芯的光量。在实施例中，光学部件的光轴大体上与第一光纤的光轴一致。在实施 例中，第一光纤的光轴大体上与第二光纤的至少其中之一 (例如大部分， 例如全部)一致。在实施例中，第一光纤的光轴与第二光纤的光轴之间的 角度小于5度，例如小于2度，例如小于l度，例如小于0.5度，例如小 于0.2度，例如小于0.1度。反射器元件的端面的预定外形提供了从第二光纤的至少其中之一的 抽运芯而来的抽运光反射进入第一光纤的抽运芯，从而获得从第二光纤至 第一光纤之间的抽运光的耦合。反射器元件的端面的预定外形可最小化从 第一光纤而来的不期望的反射光进入第二光纤的(抽运芯)。根据本发明 的光学部件无需抽运光纤的锥形化和接合。在实施例中，反射器元件面向第一光纤端部和第二光纤端部。在实施 例中，反射器元件的端面面向第一光纤端部和第二光纤端部。在本发明的上下文中，术语"抽运芯"可以被理解为适用于传播抽运 波长、的光的光纤区域，抽运光适用于抽运在光纤中的光学活性材料使得 光学活性材料的电子处于激发态，通过激发光该电子可以从该激发态衰减 至较低状态。在本申请中，"抽运芯"出现在"第一，，光纤以及"第二"光纤中。在"第一"光纤(也称为"接受光纤，，)中，典型地，抽运芯为 围绕光纤的中心区域的区域，典型地，为围绕芯区域的包层区域(其中典 型地，芯区域包括光学活性材料)。在"第二"光纤(也称为"抽运光纤") 中，抽运芯为适配于传播抽运光的光纤区域，例如多模光纤的芯区域。在实施例中，反射器元件具有面向第 一光纤的所述第 一端部和所述第 二光纤的所述第二端部的第一端面，并且所述第一和/或所述第二端面具有 预定外形。在实施例中，反射器元件包括相对的第一和第二端面。在本发明的上下文中，术语"具有相对的第一和第二端面的反射器元 件"可以理解为第一和第二端面彼此相对的放置使得当反射器元件放置于 光学部件中时，其第一端面面向第一和第二光纤端部，从而使其与第一光 纤的光轴相交，光轴还会与反射器元件(如果光轴从第一端面朝向第二端 面延长)的第二端面相交。可以理解的是从第二光纤而来的抽运光可在反射器元件的第一和第 二端面的其中之一反射或是在第一和第二端面上均反射。在实施例中，所述端面反射从所述第二光纤端部而来的预定部分的 光。在实施例中，所述端面反射从所述第一光纤端部而来的预定部分的光。在实施例中，所述第二光纤的至少其中之一和所述第一光纤的抽运芯 适配于传播抽运波长、的抽运光。在实施例中，反射器元件的端面或是至少部分端面适配于反射抽运波 长、的光。在实施例中，所述第一光纤包括与所述抽运芯不同的芯区域，所述芯 区域适配于传播与所述抽运波长、不同的信号波长&的光。部分所l信号波长义,的至少部分光。、在实i例中，所述反射器元件的端面或至少部分端面适配于透射至少部分信号波长;i,的光。在实施例中，所述反射器元件的端面适配于分别反射所述信号波长;i, 以及所述抽运波长;ip的光，其中人和、不相同。在实施例中，反射器元件的端面的不同部分区域适配于分别反射信号 波长以及所述抽运波长、的光。在实施例中，反射器元件的端面在围绕所述第一光纤的中心光轴的区 域内的反射率使其可以传播从所述第一光纤而来的预定部分的光。在特定实施例中，所述反射器元件的至少部分端面具有用于提高抽运 光反射的涂层。在实施例中，反射器元件的端面或至少部分端面具有用于 最小化抽运波长、的光的反射的抗反射(AR)涂层。在实施例中，第一 端面或至少部分第一端面具有用于最小化抽运波长、的光的反射的抗反射(AR)涂层，并且第二端面或至少部分第二端面具有用于增加抽运波长zlp的光的反射的涂层。在特定实施例中，所述反射器元件的端面区域的主要部分具有用于提 高抽运光反射的涂层。在特定实施例中，反射器元件的端面在围绕端面的中心的区域处没有 涂层。优选地，反射器元件的端面具有对于波长为义p的抽运光的反射率比对于波长为4的信号光的反射率更高的涂层，其中；ip与；t,不同。 在特定实施例中，涂层为介电涂层或金属涂层。 在特定实施例中，反射器元件的端面适配于将第一光纤的抽运芯的抽运光聚焦在距离第一光纤的第一端部Lf处。在特定实施例中，反射器元件包括具有所述反射端面的平凸元件。换 句话说，反射器元件包括分别面向第 一和第二光纤的第 一和第二端部的第 一平面端面，并且第二相对端面具有(部分)球面外形。因此，反射器元 件的第一和第二端面的预定外形分别为平面和(部分)球面的。在特定实施例中，面向第一光纤的第一光纤端部和第二光纤的第二光 纤端部的反射器元件的端面为在体材料中形成的曲面。在特定实施例中，反射器元件的端面绕光学部件的纵向轴为旋转对称的。在特定实施例中，适配于反射从第二光纤而来的抽运光的反射器元件 的部分端面具有球面形状。在特定实施例中，反射器元件的端面的预定外形适配于提供大体上为 球面形状半径的0.5倍的焦距。在特定实施例中，反射器元件的端面为非球面的。在特定实施例中，适配于反射从第二光纤而来的抽运光的反射器元件 的部分端面具有非球面形状。典型地，第 一和/或第二光纤的抽运芯的形状大体上是圓形的。可选地， 可具有其它任何方便的形状，例如椭圆形、D形、星形、多边形等。在实施例中，大部分或是全部的第二光纤均具有NA2<NA1。在实施例中，对于所有的第二光纤，在第二光纤的第二端部的数值孔 径均相同。可选地，对于围绕第一光纤的一些第二光纤，在第二光纤的第 二端部的数值孔径可以不同。在特定实施例中，NA1大于0.22，例如大于0.30,例如大于0.45,例 如大于0.55，例如大于0.8。在特定实施例中，第一光纤为包含单一芯的双包层光纤。在特定实施例中，信号芯包括稀土掺杂剂，用于响应第一光纤的抽运 芯中的抽运光放大信号光。在特定实施例中，第一光纤为全玻璃双包层光纤、聚合物包层双包层 光纤或PCF双包层光纤。在特定实施例中，第一光纤为PCF双包层光纤，其包括用于传播信号 波长的光的芯区域、围绕芯区域并用于传播抽运波长的光的内包层区域 (称为抽运芯)、以及包含至少一圈围绕内包层区域的相对大孔的空气包 层。在特定实施例中，空气包层的孔从第一光纤的第一端部塌陷U的长度。在特定实施例中，在第一光纤的抽运芯中的抽运光的焦距Lf大体上与 空气包层的孔的塌陷距离Lc相等。在特定实施例中，第一光纤与所述第二光纤在其至少部分长度上融合 在一起。在特定实施例中，第一光纤端和第二光纤端直接与反射器元件的端面 相连(例如，邻接耦合或粘合或融合)。在实施例中，第二光纤沿着第一光纤的外周放置。在实施例中，在第 二光纤的纵向延伸部分第二光纤的外表面接触第一光纤的外表面。在实施 例中，一层或多层中间层材料位于第一光纤的外表面与第二光纤的外表面 之间。在实施例中，中间层以围绕第一光纤的中间导管的形式存在并且因 此位于第一光纤与围绕第一光纤的多个第二光纤之间。在实施例中，第二光纤的外直径(或最大的外横截尺寸)小于第一光 纤的对应尺寸。在实施例中，对所有的第二光纤来说，第二光纤的外直径(或最大的 外横截尺寸)相同。可选地，对于部分第二光纤，第二光纤的外直径(或最大的外横截尺寸)可以不同。在实施例中，第二光纤的数目为2或3或大于或等于4，例如大于或 等于6，例如大于或等于8,例如在10至24之间的范围内，例如大于或 等于12，例如大于或等于20，例如大于或等于40，例如大于或等于80。在实施例中，围绕第一光纤的第二光纤数目大于使所有的第二光纤均 可接触第一光纤的外周的第二光纤的最大数目。在实施例中，围绕第一光 纤以 一层或多层(例如以两层或三层)的方式放置第二光纤。在实施例中， 第二光纤的外直径(或最大外横截尺寸)层与层不相同。在实施例中，第 二光纤在第二端部的数值孔径对围绕第一光纤的第二光纤来说层与层均 不同。在实施例中，以对称方式围绕第一光纤放置第二光纤，即要使从垂直 于纵轴的截面上看去，第一和第二光纤的几何放置具有某种对称性，例如 围绕第一光纤的中心轴的旋转对称性(例如n折，n大于等于2)或是围 绕穿过第 一 光纤的中心轴的平面的镜对称性。在实施例中，以非对称方式围绕第一光纤放置第二光纤。 在实施例中，通过固定元件来承载第二光纤。在实施例中，固定元件 承载第一光纤。在特定实施例中，第一光纤端部和第二光纤端部均安装在安装导管 中，从而可以固定并保护第一光纤和第二光纤。在特定实施例中，第一光纤端部、第二光纤端部以及反射器元件均安 装在安装导管中，从而可以固定并保护第一光纤、第二光纤以及反射器元 件。在特定实施例中，反射器元件另外还包括从下列元件组中选择的一个 或多个元件，该元件组包括i )光学元件，其包括至少在光学元件的部分区域上大体上对于抽运 波长、光学透明的材料；ii) 光学元件，其包括至少在光学元件的部分区域上大体上对于信号 波长4光学透明的材料；iii) 光学元件，其至少在光学元件的部分区域上反射至少部分信号波 长A,的光，例如大体上全部光；iv) 光学元件，其至少在光学元件的部分区域上透射至少部分信号波 长A的光，例如至少60%的光；V)光学元件，其准直所述信号波长人的光； Vi)光学元件，其聚焦所述信号波长A的光。
其中，所述一个或多个光学元件在组装状态下与所述第一光纤端部和
/或所述第二光纤端部光学耦合。
这样的优点是反射器元件可配置使得可以"轻易加入或去除" 一个或
多个光学元件，从而使得光学部件轻易地适用于多种应用或需求。 在本发明的实施例中，光学部件可在光纤放大器中使用。 在本发明的实施例中，光学部件可在光纤激光器中使用。 在特定实施例中，激光器或放大器包括具有光学活性材料(例如，一
种或多种稀土元素，例如Yb和/或Er)的》丈大光纤。
在特定实施例中，放大光纤为双包层光纤，例如标准光纤或光子晶体 光纤。
在特定实施例中，放大光纤光学连接至光学部件的第一光纤，例如放 大光纤与光学部件的第一光纤相同。
在特定实施例中，光纤激光器或放大器均包括根据本发明的第一光学 部件和第二光学部件。在特定实施例中，两个光学部件共用同一放大光纤。
在特定实施例中，第一光学部件包括具有高反射器的镜元件并且第二 光纤组装部件包括具有用于激光的输出耦合器的镜元件。
在本发明的另一方面，提供了一种光学部件的制造方法，所述方法包 括下列步骤
a. 提供具有NA1的抽运芯的第一光纤以及第一光纤端部；
b. 定位多个围绕所述第一光纤的所述第一抽运芯的第二光纤，所述 多个第二光纤的至少其中一个具有NA2的抽运芯，并且NA2比NA1小， 所述第二光纤的每一个均具有第二光纤端部；
c. 提供具有预定外形的端面的反射器元件，定向所述反射器元件使 得从所述第二光纤的至少其中之一而来的抽运光在所述端面上反射进入 所述第一光纤的抽运芯。
在实施例中，第二光纤的至少其中一个(例如全部)围绕第一光纤放置。
在实施例中，端面在至少部分端面面积上具有反射涂层。 在实施例中，反射器元件被设置包括具有预定外形以及反射涂层的第 一端面和第二端面，并且其中抽运光从第二端面反射进入所述第一光纤的抽运芯。
在特定实施例中，第一光纤和第二光纤的至少部分长度安装在安装导 管中。
在特定实施例中，在安装导管中安装反射器元件。
在本发明的另一方面中，提供了一种光学部件的制造方法，所述方法
包括下列步骤
a. 提供具有NA1的抽运芯的第一光纤以及第一光纤端部；
b. 定位多个围绕所述第一光纤的第二光纤，所述多个第二光纤的至 少其中一个具有NA2的抽运芯，并且NA2比NA1小，所述第二光纤的每 一个均具有第二光纤端部；
c. 将所述第一端部和所述第二端部融合在一起以形成端盖；
d. 成形所述端盖的端面至预定外形；
e. 利用金属或介电涂层涂覆具有预定外形的所述端面以便在第二端 面上反射从所述第二光纤的至少其中之一而来的抽运光进入所述第一光 纤的抽运芯。
在本发明的另 一方面，提供了 一种上述的以及在权利要求中或详细说 明书中描述的光学部件的使用方法。在实施例中，提供了上述光学部件在 激光器或放大器中的使用方法。
在本发明的另一实施例中，提供了一种硬光纤，硬光纤具有纵向方向 并且包括芯区域，以及围绕芯区域的包层区域，其中对于硬光纤的固体 部分的体积为VL的长度L，与具有外接所述外形的圓形外形的固体光纤的 对应长度相比，光纤截面的外形适配于提供增大的轴向刚度与体积的比 值。
硬光纤或大体上刚性的光纤的各个方面，包括利用堆叠和拉伸方法的 光纤制造方法，均在WO 02/010817中给予描述，均作为参考包括在这里。
在实施例中，硬光纤包括围绕包层区域的封套区域，其中封套区域适 用于向光纤提供轴向刚度。在实施例中，封套区域对于光纤的导向特性基 本上不产生帮助，但是封套区域的存在主要是出于机械方面的考虑(最小 化光纤的弯曲(损耗))。
在实施例中，当从横向截面看去时，硬光纤的最大外尺寸Dstiff大于包 层区域的最大尺寸Dclaj々5倍，例如大于包层区域的最大尺寸DdadW 10 倍，例如大于包层区域的最大尺寸D翻的30倍，例如大于包层区域的最大尺寸Ddad的50倍，例如大于包层区域的最大尺寸Dclad的100倍。
在实施例中，硬光纤还包括附加的围绕第一包层区域的一个或多个包 层区域。在实施例中，第一包层区域被设置用于传播抽运波长、的光以向 光纤提供抽运芯。在实施例中，围绕第一包层区域的第二包层区域包括以 至少一圈以空气孔形式存在的空气包层，在第一包层区域的圓周方向上每 个空气孔之间均具有窄的桥接宽度(bridge-width),从而提供对照射第一 包层区域的光的限制。
例如Limpert等人在Optics Express, Vol. 13， No. 4， 2005年2月21日， 第1055至1058页以及在Optics Express, Vol. 14, No. 7, 2006年4月3日， 第2715至2720页中讨论了 "棒状"光纤的各个方面。
在实施例中，硬光纤为棒状光纤，包括围绕芯区域的第一包层区域以 及围绕第一包层区域的第二包层区域或封套区域，其中在光纤的横截面 上，芯区域的最大尺寸D。。re大于20戶并且棒状光纤的最大外尺寸D,。d大 于700戶，其中第一包层的最大外尺寸Dc滅与D「。d的比值介于0.01至0.5 的范围内，例如处于0.05至0.4的范围内，例如处于0.1至0.3的范围内。
在实施例中，棒状光纤包括至少一圈用于限制第一包层区域内的光 (例如抽运光)的空气孔形式的空气包层。在实施例中，第二包层区域包 括空气包层。
在实施例中，第二包层区域与封套区域相同。
在实施例中，封套区域围绕第二包层区域。
在实施例中，通过弯曲测试定义术语"硬光纤，，，在弯曲测试中确定 弯曲硬光纤至特定曲率半径所需的力(例如，对具有上述半径的圓柱体弯 曲180度)。在实施例中，需要大于0.1N的力来弯曲硬光纤至lm的曲率 半径。在其它实施例中，需要大于0.5N的力，例如大于1N，例如大于5N, 例如大于10N的力来弯曲硬光纤至lm的曲率半径。
在实施例中，硬光纤不能在没有机械损伤(例如破裂)的情况下弯曲 至小于lm的曲率半径。
在实施例中，硬光纤为微结构光纤。
在实施例中，硬光纤包括例如Yb和/或Er的光学活性材料。 例如通过对具有圓形外周以及基本固体的外(第二)包层或封套区域 开始设计，通过对硬或棒状光纤的成形，例如通过去除包括外包层或封套 的材料(典型地为玻璃)的部分体积，例如通过改变外周和/或使得在纵向方向上在硬或棒状光纤内部(例如，在外部或第二包层或封套区域中)延 伸孔，在硬或棒状光纤所使用的较小体积材料的情况下可以保持硬或棒状 光纤的刚度。此外，可优化(增大)硬或棒状光纤的表面积，从而改善光 纤的冷却可能性(即从光纤的芯和/或(第一 )包层区域带走热量的能力)。
在特定实施例中，硬或棒状光纤包括一个或多个纵向延伸的孔。在实 施例中，纵向延伸的孔的最大尺寸大于光纤的芯区域，例如大于芯区域的 两4咅，例如大于芯区i或的四^咅。
在特定实施例中，硬或棒状光纤的外周具有非圆形形状。
在特定实施例中，硬或棒状光纤的外周包括n条边缘和n个顶点，例 如外周具有多边形形状。
在特定实施例中，边缘为非线形，例如相对于光纤的芯区域为凸面形。
善从光纤的散热。
在特定实施例中，优化硬或棒状光纤的外形使其能够承载一个或多个 光纤，例如抽运光纤。
在特定实施例中，芯区域适配于传播信号波长人的光。在特定实施例 中，内包层区域适配于传播抽运波长、的光。
在特定实施例中，Dclad或Ddw处于100，至400，的范围内。
在特定实施例中，Dc。re大于50，，例如大于70，，例如大于100，， 例如大于150，，例如大于200戸，例如大于300戸。
在特定实施例中，Dstiff或Dr。d大于0.7mm,例如大于lmm,例如大 于1.2mm，例如大于1.5mm,例如大于2mm,例如处于0.7mm至3mm之 间的范围内。
在特定实施例中，D,与D^或D隱与Dcladl的比值处于0.5至0.95 之间的范围内，例如在0.6至0.8之间的范围内，例如在0.7至0.75之间
的范围内。
在特定实施例中，根据本发明的一个方面的光学部件包括根据本发明 的一个方面的硬或棒状光纤。
在本发明的上下文中，当从垂直于光纤纵向的截面方向看时，定义"芯 区域"为光纤的(典型地为中心)光传播部分。
通常，折射系数nx为单一材料的普通折射系数。有效折射系数neff,x 是给定波长义的光穿过给定的可能为非单一的材料(意味着复合材料，例如包括两种或更多子材料，典型地一种折射率的背景材料以及一种或多种 不同折射率的不同类型的部件(典型地，在本应用中称为微结构元件)) 时所经历的系数。对于单一材料，折射率和有效折射率通常会相似。对于根据本发明的光纤，最重要的光学波长为从紫外至红外范围(例如从大约150nm至11 //m范围内的波长)内的波长。在此波长范围内，用于光纤制造(例如硅土)的最相关材料的折射率可以认为是大体与波长无 关，或是至少为不强烈依赖于波长。然而，对于非单一材料，例如包括如 空洞或空气孔一样的微结构元件的光纤，有效折射率会非常依赖于材料 的形态。此外，这种光纤的有效折射率会强烈依赖于波长。对于本领域技 术人员来说，确定具有空洞或孔的给定光纤结构的给定波长下的有效折射率的过牙呈为/>知的(例^口参见Broeng等人1999年Optical Fibre Technology, Vol.5,第305至330页)。本发明的进一步目的是通过在从属权利要求以及在本发明的详细说 明书中定义的实施例实现的。应该需要强调的是，当在说明书中使用术语"包括/包含"时，应该理 解为指定所论及的特征、统一体、步骤或部件的存在，而并未排除一种或 多种其它所论及的特征、统一体、步骤或部件或它们的群组的存在或附加。
以下，将结合优选实施例并且参考附图对本发明进行更加完整的描 述，其中NA的光纤的典型方法。图2示意性地示出了利用现有技术实现的锥形的融合的抽运复用器。图3示意性地示出了本发明的实施例；图3a示出了纵视图，并且图 3b示出了横截面图。图4示意性地示出了本发明实施例的操作原理。图5示出了本发明的示意性优选实施例。图6a示出了根据本发明的光学部件的制造方法步骤的示意图。图6b 示出了实际安装(对应于图6a中的步骤2)的实施例。图7示出了根据本发明的光学部件的另一制造方法的步骤的示意图。 图8示出了根据本发明优选实施例的反射元件端面的涂层方法的步骤的示意图。
图9示出了对于棒状光纤耦合方案的说明。
图10示出了射线追踪从偏置棒状光纤中心702.5微米处的105/125微 米0.22NA抽运光纤而来的光通过优化的非球面非旋转对称镜至棒光纤的 接受面的结果。
图11示出了根据本发明的反射元件端面的非球面外形的例子。 图12示出了反射元件的优选形状。
图13示出了固定光学部件的第一和第二光纤的光纤固定器件的实施例。
图14为所实现的具有11个抽运光纤以及单个位于中心的接受光纤的 光学部件的横截面示意图。
图15示意性地示出了射线追踪从抽运光纤至接受光纤孔的光的结果， 图15a示出了追踪的射线的源并且图15b示出了这些射线照射至接受光纤 孔的位置。
图16示意性地示出了根据本发明基于两个分别适配光学部件形成激 光器的安装方法。
图17示出了根据本发明的光学部件的三个实施例，图17a具有倾斜 平面的平凸反射器，图17b具有平凸反射器和接受光纤的倾斜端面，图17c 示出球形表面面向抽运光纤和接受光纤端部的反射器，并且图17d和图17e 示出了包括单反射端面的反射元件的其它实施例。
图18示出了包括围绕接受光纤的多于一圈抽运光纤的实施例。
图19示出了根据本发明的基于棒状光纤且以耦合单元形式用于脉冲 放大器的光学部件的例子。
图20示出了具有附加孔的棒状光纤的例子。
图21示出了成型的棒状光纤的例子。
图23示出了在根据本发明的光学器件的实施例中光背^反射进入抽 运光纤的结果。
所有附图均是示意性并且为了清楚进行了简化，并且附图仅示出了对 于理解本发明所必需的细节，而省略了其它细节。
具体实施方式
例1,光学部件图3示意性地示出了本发明的实施例30;图3a为纵视图，该纵视图 示出了抽运光35如何从离轴同向抽运光纤(第二光纤)32通过反射元件(反射器元件)33耦合到高NA双包层的光纤(第一光纤)31，以及信号 光36如何穿过反射元件(反射器元件具有提供仅对于抽运光而不对信号 光高反射的涂层)从高NA双包层光纤(第一光纤)中耦合而出。第一和 第二光纤在安装导管34中固定在一起。典型地，第二光纤的数目为3、 6、 12、 18,但是可以为^f壬意数目，例如3或更大，例如6或更大。图3b示 出了光学部件30的横截面，该光学部件30包括第一和第二光纤31、 32(在这里为7个抽运光纤)的端部以及与反射器元件33光学耦合的安装 导管34 (沿着图3a中AA'平面)。光学部件(或组装部件)解决了上面描述的其中一些问题并且为光纤 放大器提供了光学部件，允许从双包层光纤的一端抽运而该双包层光纤的 另一端可以自由接受耦合入的信号光。在优选实施例中，自由接受端与光 纤接合。在另一优选实施例中，自由接受端呈锥形。在另一优选实施例中， 自由接受端呈锥形并且与光纤接合。从而具有方便信号光耦合进入双包层 光纤的优点。在上述方式中，获得了相对传播抽运。组装部件提供在一个 简单光学部件中带有信号馈通的抽运合并器/耦合器。组装部件性能健壮并 且由安装导管保护。当在安装导管中安全地嵌入波导结构时，可应用全范 围的进一步的封装方式。此外，组装部件向抽运源提供低的背反射。由于(因反射器元件33的端面331的外形)从镜面331反射的信号光典型地 返回第一光纤的包层而非返回抽运光纤，减少了 (或消除)从第一光纤31 而来的意外反射进入抽运传输光纤32中的信号光(典型地，为低NA)。 通过提供涂层(例如，介电涂层)还可进一步降低反射，以便获得穿过反 射器元件端面的信号光的高透过率。例2,光学部件下面描述作为组合的抽运合并器和耦合器的单元的优选实现方式。此 外，还描述合并器如何在光纤激光器实现中使用，其中上述单元用作组合 的抽运合并器/耦合器、高反射器以及输出耦合器。此例包括对于光学部件的如下元件的描述反射元件、第一(无源抽 运)和第二(有源)光纤以及用于彼此相对地定位第一和第二光纤的光纤固定元件，还有对耦合器组装部件及其应用的描述。 ^射器元伴；谬^夢裙在实现方式中，参照图12可知，反射元件包括具有平面122和球面 121的平凸元件120。球面121包覆有反射涂层。上述涂层或是介电涂层在优选实施例中，如图12中描绘的一样，球面121的曲率半径R选 为接近元件的中心厚度123两倍的值。在这个例子中，球面的焦距f位于 靠近元件的平面的表面处。并且指示入射到反射元件120上的中心光束的 光轴124。^幹z一般来说，抽运传输光纤(或第二光纤)为适于以抽运波长;ip传播适 量抽运光能并且具有适当数值孔径的任何一种光纤，但是优选地，选择符合工业标准的抽运传输光纤。特别优选地，光纤为具有105，的芯直径和 125戶外直径d。ut的光纤。假设上述光纤将光传输进入自由空间的数值孔 径(NA)为0.15。这个NA的值是商业上抽运二极管发射介于915nm至 976nm之间的光的光谱的典型值。其它优选的标准多模抽运传输光纤为 (dout[ nm]/NA) 100/0.22、 115/0.22、 200/0.22、 400/0.22、 600/0.22等。一般来说，从抽运传输(或第二)光纤出来的光将要耦合进入的接受 光纤(或第一光纤)为具有适当的与抽运光纤和反射元件的实际结构适配 的NA的任何多包层(例如，双包层)光纤，但是优选地，选择为具有足 够大的NA的空气包层光子晶体光纤，以便充分捕捉在反射元件决定的角 度下自抽运光纤耦合的所有光。优选地，所选的PCF (即通过空气包层空 间限定的内包层区域的直径)的内包层直径比抽运光在焦平面上的聚焦点 的光点大小大。入射抽运光的最大数值孔径以及光点大小主要由反射元件 和PCF光纤的外直径确定。原理上，抽运和接受光纤可被定位并且通过例如粘合、机械固定、融 合等任何适当方法固定在一起。然而优选地，光学固定元件可用于上述目 的。原理上，用于彼此相应地固定并定位抽运和接受光纤的光纤固定元件 可为在几何上、光学上以及热学上满足应用需求的任何适当形式。在图13中描绘了光纤固定元件的两种优选实施例。图13a示出了包 括具有内直径di的毛细管131的实施例130，该内直径d!基本上与接受光 纤的外直径d2和抽运传输光纤的外直径d3的两倍的和相等，以便将由多 个抽运传输光纤包围的接收光纤放置在毛细管中。可选地，c^可选为大于 d2 + 2 d3并且毛细管随后塌陷以便在导管中固定光纤或是通过胶水或类似 物在毛细管中固定光纤。图13b示出了光纤固定元件130的另一优选实现 方式，光纤固定元件130包括元件131，其具有分离的孔135 (直径大于 等于(12)、 136 (直径分别大于等于d3),分别用于接受光纤和抽运传输光 纤。光纤固定元件的后一种实现方式的优点在于方便单元与光纤的组装。 其它适当实施例也具有优点，例如包括两个同心导管的实施例(内导管的 外直径小于外导管的内直径)，其中心开口适配于固定接受光纤而在两个 导管之间的环状开口适配于固定一层或多层抽运传输光纤。优选地，光纤固定元件由例如二氧化^f圭的玻璃制成，使得可以通过加 热融合整个组装部件。在上面描述的光学部件的优选实施例的特定实现方式中，可使用如下 元件在本实施例中，反射元件选为爱特蒙特光学(Edmund Optics )公司的 金涂层平凸球面透镜，该透镜中心厚度800，以及曲率半径1700，。该 透镜由LaSFN9制成，其折射率为1.85。在这里，选相同的外直径为125//m且内包层直径为105，的标准多才莫 光纤作为抽运光纤。假设抽运光从NA为0.15的抽运光纤中射出。接受光纤(在这里为单一的)选为具有150，的内包层直径(即由空 气包层围绕区域的直径，空气包层包括至少一 "层"或一圈相对较大且相 对间隔较近的孔，这些孔适配地限定相关波长的光至由空气包层围绕的 (内)包层区域)和330戶外直径(即如果存在外保护涂层的话，光纤直 径包括可选的外保护涂层)的空气包层PCF光纤。假设在单一毛细管中堆 叠抽运光纤，使得抽运光纤与接受光纤之间不存在间距(换句话说，在特 定长度上抽运光纤沿着接受光纤外周与其接触)。在此几何形状中，有可能围绕接受光纤堆叠ll束抽运光纤。图14示出了实现的具有ll束围绕单一接受光纤143的抽运光纤142的光学组装部件140。在所示的横截面中，沿着接受光纤的圆周的抽运光纤实际上并未接触接受光纤。在图14示出的组装部件中，在抽运光纤142、 固定元件的外导管141以及接受光纤143之间的中间空间填充有胶水或任 何其它适当的填充材料，PCF光纤的面通过孔的塌陷而被密封。元件组装与如上所述的PCX透镜的平面一侧对齐。发射光进入不同 的抽运光纤并且记录耦合回到PCF光纤中的光。如图23所示，对于每个 光纤有可能将卯％量级的光耦合回到PCF光纤中。考虑到由金反射表面 造成的反射和吸收，这对应于完美耦合，验证了将从低NA多模光纤而来 的离轴光耦合至高NA多模光纤的原理。通过将每条通道分别对齐而获得在图23中所示的结果。想要相对于 镜为该组装部件发现一个位置，以使所有光纤同时以相同效率耦合是不可 能的。这是由于PCF光纤的塌陷过长所造成的。在本实施例中，反射器元件的反射表面(即第一端面)的曲率半径比 透镜的中心厚度的两倍略大并且因此透镜的焦距位于光纤之中。通过加热光纤端部可以使得用于在PCF光纤中限定空气包层的孔在 可控制的长度上塌陷。通过上述方法，获得了 PCF光纤的密封面(例如参 见Wo 03/032039专利申请公开的内容)。上述可以保护光纤(例如防止污 染)并且在原理上使得反射元件与光纤粘合在一起。此外，通过控制塌陷 长度还可使空气包层孔的位置与透镜的焦点对准(参照WO 03/032039 )。在图15中示意性地示出了射线追踪从抽运光纤151而来的光照射到 接受光纤孔153上的结果。在图15a中示出了追踪的射线152的源而图15b 示出了这些射线到达空气包层光纤的孔153的位置。图中的圓表示接受光 纤的空气包层的孔153。点154表示的点是通过追踪在沿着图15a中所示 的抽运光纤151的五条对角线155上的点发出的射线152得到的。追踪了的五条射纟l。可以看出，原理上，上述结构可获得从抽运光纤至^受光纟; 的完美耦合。^卑浚克器原理上，上述组装部件使得从11束抽运光纤而来的能量同时耦合进 入接受光纤。接下来描述如何合并上述两个光学组装部件以获得光纤激光 器(在图16中的1600),其中光学部件作为整体充当抽运合并器、反馈元件以及输出耦合器。在图16中示出了激光组装部件1600的概略图。在上述实现方式中，反射器元件(镜)在凸面侧(例如，参照在图12 中的121)上涂敷金而在平面侧(例如，参照在图12中的122)上不存在 涂层。用于激光器的反射器元件应当具有不同涂层。上述区别在于镜元件 163、 163'不是在反射侧上涂覆金，而是在凸面侧和平面侧均涂覆介电涂 层。在激光器一端中的镜元件(参照在图16中的163)具有涂覆有涂层的 凸面侧1631，该涂层能够以高反射率基本上反射大约915nm的所有光 1634,另一方面基本上透射1020nm至1100nm范围内的所有光1635。在上 述端面中，平面侧1632涂覆有介电涂层，该介电涂层可基本上反射1020nm 至1100nm范围内的所有光，另一方面基本上透射大约915nm的所有光 1634。除了在平面侧1633上的涂层仅反射特定的光量之外，在第二端中反 射器元件163'的涂层与之相同，在这里特定的光量典型地指1020nm至 1100nm范围内光1635的5%至20% (如在图16c中的平面1633上的箭头 所表示)。在此波长上的剩余光透射到组装部件之外。通过上述方式，第一端(参照图16a的左端和图16b)用作对于激光 腔的高反射器而另一端(参照图16a的右端和图16c)用作上述腔的输出 耦合器。两个光学组装部件组成激光器，每个均具有它们各自的抽运传输光纤 161但是它们共享同一接受光纤162。例如，抽运光纤可以为具有上述提 出的特性的标准多模光纤。在本实施例中选用的接受光纤162为双包层PCF 光纤，该双包层PCF光纤包括具有上述尺寸以及掺杂镱(Yb)的单模芯的 空气包层。现今，915nm的标准抽运激光器可发射8至10瓦量级的输出能量。在 如上所示的配置中存在22个通道(2xl1)，从上述源而来的抽运光可通 过这些通道传输进入组装部件。因此在上述实现方式中有可能传输200瓦 量级的抽运光。当激光器以75%的能量转换效率运行时，将获得输出功率 150W的单模激光器。如上所述的实现方式可以以多种方式改变。下面提到了部分光学部件 的一些优选实施例。不同部分的光学部件的多个实施例可以彼此之间自由 组合(可适配于正在讨i仑的应用)。其他反射器元件配制:关于反射器或镜元件，元件的形状并非限定于球面元件。原理上，采 用设计用于优化耦合效率的非球面、反射表面可获得更佳的聚焦特性。值 得注意的是上述表面无需是围绕接受光纤轴旋转对称的。原理上，非旋转 对称结构可用于优化从有限束抽运光纤的耦合，该抽运光纤具有通过旋转 对称镜不能有效耦合的几何结构。如图22所示，根据本发明的光学部件220的示意性例子包括非球面反射器元件224。光学部件包括由多个抽运 光纤221围绕的以光子晶体光纤223形式存在的位于中心的接受光纤。接 受光纤和抽运光纤均被固定元件221所围绕。接受光纤223包括由抽运芯 2232围绕的芯区域2231，抽运芯2232由空气包层2234围绕，而空气包 层2234又被外包层区域2233围绕。空气包层从接受光纤的面向反射器元 件的第一端面的端部塌陷一个预定距离。抽运光纤222包括由包层区域 2222围绕的抽运芯2221。反射器元件224包括与接受光纤和抽运光纤的 端部光学耦合的第一平面端面以及非球面形状的第二端面2241、 2242、 2243。优化第二端面的部分区域2241、 2243以便反射从抽运光纤222的 抽运芯2221而来的光进入接受光纤223的抽运芯2232。其它部分2242适 用于传输从接受光纤的芯区域2231而来的特定部分的信号光用于应用。 例如，表面2242可以是平面并且与所述光轴垂直，其包括围绕接受光纤 的芯区域的中心光轴的区域。可选地，表面2242可具有准直或聚焦功能 的外形。在下面的例子中将描述非球面反射表面的设计。此外，反射器元件或镜元件不必具有平凸结构。从原理上讲，平面可 以被倾斜的或弯曲的表面所取代。倾斜表面可用于降低从接受光纤的芯返 回进入如图17a和图17b所示光纤的反射光。如图17a所示的光学部件170 的实施例包括棒状的固定元件171，其中插入由多个抽运光纤172围绕的 中心接受光纤173。包括抽运光纤和接受光纤的固定元件的端面1711与接 受光纤的光轴(纵向上，参照箭头177)相比是倾斜的。相应的，面向抽 运光纤和接受光纤端部的反射器元件174的第一平面端面1742也是倾斜 的。倾斜角(相对于与接受光纤173的光轴垂直的平面，参照箭头177) 在l度至25度的范围内，例如该倾斜角在l度至5度或5度至15度的范 围内，优选地，该倾斜角在8度至12度的范围内(参照公布号为W0 2004/111695的PCT申请PCT/DK2004/000439 )。反射器元件174的第二端 面1741形状上呈球面。接受光纤173被指示为包括芯区域1736、由空气包层1732围绕的内包层区域1731的光子晶体光纤。靠近面向反射器元件 的(第一)接受光纤的(第一)端部处，空气包层1732的孔已经从端面 上塌陷(例如通过加热，例如在融合接合工具中)距离为Lc的长度，从而 获得一段面向反射器元件的固体玻璃光纤1735。例如在W0 03/032039中 讨论了关于模场直径的长度L。的优化。抽运光纤172被指示具有芯区域 1721和包层区域1722。如图17b中所示的实施例与如图17a中所示的实施例相似。区别在于 不是倾斜固定元件171、抽运光纤172以及接受光纤173的端面以及反射 器元件的(第一)端面1742，而仅倾斜(第一)接受光纤173的(第一) 端面1733,从而留下接受光纤的端面与反射器元件174的平面1742之间 的空间1734 (例如充满空气)。反射器元件174与抽运光纤172和接受光 纤173之间光学耦合。例如，通过任何适当连接技术使反射器元件连接至 固定元件和/或抽运光纤和/或接受光纤，上述连接技术例如通过邻接、粘 合、加热以及在接点处对材料的局部软化等技术。此外，反射元件可包括简单的曲面镜。如在图17c中所描绘的一样， 图中反射器元件174包括具有曲面1742 (反射器元件的第一端面)的块状 材料，曲面1742制造成进入该材料的缺口状。例如，抽运光纤172和接 受光纤173的端面与反射表面1742之间的空间176可填充有空气或另一 适当气体或液体或是真空。箭头表示在抽运光纤172中抽运光以及反射进 入接受光纤173的抽运光的方向。当然，图17a和图17b的实施例细节可 与图17c的实施例组合。图17d示出了本发明的另一特征，即反射器元件的易配置性。在图17d 中示出了包括单一反射端面1742 (如在图17c中)的反射元件174,该反 射端面用于将从抽运光纤而来的光反射进入位于中心的接受光纤的 抽运芯。反射元件具有用于传播从接受光纤中心部分而来的光(例如从信 号芯而来的信号波长^的放大的信号光)的中心开口 1746 (在这里，楔形 开口 1747随着与反射端面1742的距离增加而宽度增大)。端面1742具有 用于增强在抽运波长、的光的反射率的反射涂层。反射器元件可以有利的 以例如散热片、珀耳帖元件和/或冷却通道(例如液体冷却)的形式去除 由入射(抽运和信号)光产生的热量。在示出的实施例中反射器元件包括 两条适用于水或其它液体流动的冷却通道1743。例如，反射器元件174可 由例如金属(例如铝或铜或银或铁(例如钢))或陶资材料的单一材料制成。可选地，反射器元件174可由多块制成，例如两块，该两块分别为包括反射端面1742的前块1744(例如由铝或银制成)以及包括冷却通道1743 和信号光的中心开口的后块1745 (例如由铜或钢制成)。除了第一光学元件1748位于反射器元件174的反射端面1742的前面 以及第二光学元件1749位于反射器元件的光学输出路径中之外，图17e 中所示的实施例与图17d中的实施例相同。根据所讨论的应用，具有第一 和/或第二光学元件的反射器元件具有易配置的优点。第一光学元件1748 有利地包括高反射镜，其反射信号波长人的信号光但是基本上透射抽运波 长、的光。可选地，第一光学元件可适配地透射在信号波长4的部分信号 光。第二光学元件1749可包括例如准直透镜或聚焦透镜。超專^才袭考虑这里使用的光纤，在实现本目的的接受光纤的选择上具有一些重 要的变化。在原理上，PCF光纤使得内包层的NA的扩大为例如0.6至0.9 之间的值或者甚至更高的极高值。使用上述高NA的主要限制因素在于光 纤的机械特性的变差，在某种意义上讲分裂和拼接变难。在原理上，镜耦 合器的使用为使用上述高NA提供现实的方法。为了在激光器组装部件中 实现具有非常高NA的PCF光纤，需要如上所述的无分裂或拼接的接受光 纤。首先可使光纤中的空气孔塌陷，随后塌陷区域可从塌陷起点分裂开特 定距离。超高NA的使用开启了可扩大加入到组装部件中的抽运通道数量的可 能性。在图18中示出了上述原理。这个原理就是高NA光纤的较高角度 公差使得可向器件添加多圈抽运光纤。在原理上，围绕给定的接受光纤可安装任意数量的抽运光纤，围绕接 受光纤的层或"圈"的设置依赖于讨论的光纤实际几何形状(外尺寸)。 图18示出了从第二圈抽运光纤183耦合至中心接受光纤181的例子，第 二圈抽运光纤增加至上述结构，即围绕第一圈抽运光纤182。距离r;(在 这里为ri、 r2)为从接受光纤181的中心至第i圈抽运光纤中的光纤中心的 距离。在本实施例中，第二圈的直径2r2等于335//m，抽运光纤的NA即 NApump等于0.15，接受光纤的NA證等于0.84,反射器为爱特蒙特光学公 司(Barrington,新泽西，美国)的平凸PCX 43397透镜并且反射器的焦 点被设置在距端面一定距离(在这里为30戸)的接受光纤中。棒状光纤'使用具有较高NA的光纤的另一效果在于可使抽运光纤进一步远离中 心。在与PCF棒状光纤一并使用时，上述事实显得十分重要。棒状光纤以具有在30戶至100，范围内或更大的模场直径的非常大的单模芯为特征。大芯与相对小的直径的内包层结合引起极其高的抽运吸 收。由于大芯可以承受相当大的脉沖峰值强度，因此上述光纤在脉沖放大 器中的使用引起了极大关注。为了能够保持大模的低损耗传播，棒状光纤 必须非常硬以便降低微弯曲损耗。因此优选地，棒状光纤包括优化的外包 层或封套区域以向光纤提供刚度。为了与棒状光纤一并使用镜耦合器，因此期望内包层具有非常高的NA。使用上述棒状光纤的一个主要挑战是在保持对每个端部中芯的通路 的同时，找到在抽运光中的耦合方法。另一个问题是期望在从放大器的输 出离开光纤材料进入空气之前，使上述输出分散至大的光点尺寸上。上述 目的在于限制在出口端面上的能量密度以便防止损坏。最后十分重要的是 基本上没有光从芯进入抽运激光器，即需要放大器信号与抽运光之间的完 美的隔离。在图19中示出了耦合器与棒状光纤结合的示意图。光学部件190包 括呈导管形状的固定元件191，其中棒状接受光纤193位于中心并且由抽 运光纤192围绕。棒状光纤193具有由内包层区域1932和外包层或封套 区域1933围绕的芯区域1931。反射器元件194具有用于将抽运光反射进 入接受光纤的第一包层的反射表面1941以及用于适配从接受光纤的芯至 用于接受讨论中的光的光纤或部件的模场直径1943的中心突出部1942。 优选地，用于限定(抽运)光进入内包层的空气包层位于内包层区域1932 与外包层或封套区域1933之间。例3:非旋转对称非球面反射器元件的优化下面描述设计具有给定形状或轮廓的反射端面的反射端盖耦合器 (reflective end-cap coupler)(反射器元件)的过程，该耦合器用于将从抽 运传输光纤(第二光纤)而来的光耦合进入双包层光纤(第一光纤)。为了设计合适的反射器，参照图4，我们考虑一束离开抽运光纤(第 二端部)42的端部422的射线并且考虑射线444必须满足的标准以便使其 以角度〃在第一光纤的接受光锥之内到达第一光纤41 (第一端部)的端部413。考虑在第二端部422以相对y轴由光纤的NA (称为NApu呵或NA2 ) 确定的(90- )角度离开抽运光纤42的抽运芯421的中心的射线。这条线 可以描述为y = tan(sin—1 A^p咖p )x + d =附!x + d上述射线必须由表面441 (反射器元件的端面)反射进入射线444,该射线444与第 一光纤PCF 41的中心(x轴)以NAPCF (也称为NA1 )确定的角度/ 相交。表示出在自抽运芯421的射线443的反射点关于反射面441的切线442。反射射线444所在的线可以描述为 y = tan(sin—1 A^4PCF );r = m2x一般来说，为了能够反射光束至(0,0)点，给出反射面的倾角如下 办:v-^-=——--1--2 、 x x >上述方程式的 一般解可以写成X(力=V少" +C其中由上述两条线的相交点可以得到常数C。乂0) = 、 ;^—少+^——^ (附！—m2)上述形状仅描述了在xy平面上的表面形状。为了完成设计，在xz平 面中镜形状通过z2相关性给出如下。V —附2 )值得注意的是，上述形状不具有绕x轴的旋转对称性。此外，在xy 平面中镜的形状为非球面。从下面的例子可以清楚的看出上述特征的效果 在于可以使用的抽运光纤数目是有限的。另一方面，上述设计开启了在球 面反射表面不能提供有效耦合的结构中将从抽运光纤而来的光耦合进双 包层光纤的可能性。例4,耦合至棒状光纤为了描述非球面非旋转对称结构的使用，我们考虑从抽运光纤至棒状 光纤的耦合。如上所述，棒状光纤以内部具有大导向芯的小内包层为特征。 为了保持光纤足够硬以避免微弯曲损耗，光纤的外直径非常厚。抽运光纤与内包层之间的长距离使得不可能通过球面镜形状获得有效耦合。在下面的例子中，考虑如图9所示的结构。光学部件90的横截面图示出了棒状光纤91，假设棒状光纤91具有1.3mm (包括外包层或封套区 域912)的直径山。假设光纤的内包层911 (可能在空间上受到包括内包 层区域的一圈空气孔的限制)具有150，的直径d3。假设内包层的NA为 0.6。假设抽运光纤92具有125，的外直径(12并且内包层具有105，的直 径。从抽运光纤出来的光的NA为0.22。利用上述算法，可以获得移位在距离芯棒光纤中心702.5，处的光纤 的镜元件的如下非球面形状xO,z) = ^5.82 106 +700*_y_/ -z2在上面的方程式中假设光纤的轴为x轴并且沿着y轴在棒的中心处放 置此光纤。在图10上示出了射线追踪从距离棒状光纤中心702.5 ^/m处移位的 105/125，0.22NA抽运光纤而来的光通过优化的非球面非旋转对称镜照 射到棒状接受光纤(在图9中的91 )的内包层(在图9中的911 )上的结 果。在仿真实验中，如前所述假设内包层在抽运光纤的出口端面之后塌陷 60，的距离。可以看出获得了完美的耦合。在端面上的最大入射角度达到 0.65的NA。为了复用从多个光纤而来的光，可以使用如图11中所示的非球面结 构。对于沿着i少轴以及土z轴移位的光纤，该结构基本上包括四个区域， 所述四个区域与上述优化结构相似(参见图4)。耦合器与棒光纤的集成的另 一优点在于修改棒光纤以使得抽运光纤 更靠近内包层。在图20中以垂直于棒光纤的纵向的光纤横截面示出了耦 合器与棒光纤的集成的例子。通过在棒光纤200的外包层203中增加大空 气孔204，有可能获得靠近接受光纤的芯201和内包层202的抽运光纤的 入口通道，并同时保持光纤的刚度。入口通道204可以制成合适的尺寸和 数量(在这里制作了 4个相对大的孔)并且每个入口通道可包含一个或多 个适配于特定应用和反射器元件的抽运光纤。在本实施例中，入口通道具 有与抽运传输光纤相似的直径。可选地，每个孔或一个或多个孔可包括几 个抽运光纤和/或适配用作冷却通道(例如通过流动冷却液体)。例如，入 口通道的制作可以作为棒状光纤的制造工艺的 一部分(通过在预制件中插 入合适尺寸导管)或在制成之后利用激光器(例如二氧化碳激光器)来制作。制造入口通道的另一方法是制造具有刃外形的光纤。在图21中示出了该另一方法的实施例。除了去除了外壳之外这种光纤210与在图20中 所示的光纤相似。光纤的外形可以为任何适当的形状(在图21中由四条 弯曲的边缘213和四个顶点214表示)但是应当进行修改以适合保持光纤 的刚度以及实际处理(例如，修圓一些或全部顶点或使棒状光纤的外表面 呈其它任何适当的外形(该外形要与实际处理及相对高的刚度相一致，例 如、I'))。因此，根据本发明，棒状光纤可同时用作多包层接受光纤和 光学部件的抽运光纤的固定元件。基于棒状光纤的元件可与上面讨论的任 何反射元件相组合。值得注意的是，上述设计的附加优点在于与"传统"的导管状结构相 比极大地改善了光纤的热特性，由于在上述光纤中热效应是与功率标定相 关的受限因素，因此上述热特性的改进显得很重要。光学部件的制造方法图6a示出了根据本发明的光学部件60的制造方法的示意图。该方法 包括下列步骤1. 将光纤61、 62插入具有与第一光纤61和第二光纤62的组装部件 的外部尺寸相配合的内直径的硅毛细管64。优选地，毛细管64包括在图 6 a中所示的不同锥形区域。喇叭区域642用于引导围绕光纤的涂层的端部 628。区域643用于利用光纤涂层627固定光纤。可选地，在光纤将要面 向反射器元件63的端部611、 621附近去除一段长度的光纤涂层(在步骤 3中的分裂工艺之后)。区域644用于固定光纤的未涂覆的光纤部分。中心 元件645用于将第一光纤61 (例如PCF)置于导管的中心位置处。区域 645具有紧密适配于第一光纤61的直径。2. 在导管64中固定光纤61、 62，其中可以实现的方法包括粘合或融 合组装部件。3. 分裂/切开和/或抛光所组装的光纤61、 62的端部611、 621 (以及 可选地固定导管64的端部641 )以便提供用于安装反射元件63的平面端 面。优选地，上述分裂/切开位置位于在图6A所示组装实施例的区域644 中。4. 连接包括反射端面631的反射元件63 (在这里为平凸元件)至组 装部件。可通过粘结或融合来完成上述连接。5.在最后的步骤5中(在图6中未示出)，反射元件的表面631涂覆 反射涂层。图7示出了根据本发明的光学部件70的另一制造方法的示意图，其 中安装导管和反射器元件均集成至一块74中。该方法包括下列步骤1. 将第一接受光纤71及围绕(第二)抽运光纤72的堆叠端部711、 721插入固定元件74,在这里以毛细管的开口形式实现，该固定元件74 与具有预定形状的第一端面742和第二端面741的反射器元件集成在一 起。2. 安置光纤的端部711、 721光学连接至集成的固定和反射器元件74 的第一端面742，在这里，为邻接该固定和反射器元件74的平面端面742。3. 在集成的固定和反射器元件74的第二端面的区域上，为该集成的 固定和反射器元件74的第二端面741涂覆反射涂层742,而可选地，使第 一端面742和第二端面741的ii置使二者的中心区域743可以透射(至少 部分)在第一接受光纤的中心部分中传播的光。涂覆反射器元件的方法图8示出了根据本发明优选实施例如何利用用于提高反射器元件的反 射率的金属涂层涂覆反射元件的示意图。该方法包括下列步骤a)例如通 过磨削或注射成型工艺提供具有预定外形的包括端面831的反射元件；b) 利用光刻胶832涂覆端面831; c)利用UV光曝光端面的中心区域833; d) 显影光刻胶以仅在端面831的中心区域833处留下光刻胶；e)利用反射涂 层834涂覆端面，例如涂层834为例如包括铜的金属涂层；f)例如通过剥 离技术去除剩余的光刻胶以便使中心区域833上无任何反射涂层834。在本方法中，反射器元件的部分端面未被涂覆。在这个例子中，利用 从集成电子学和集成光学制造技术中获知的传统光刻技术得到未涂覆的 中心区域。可选方法包括在反射器元件的整个端面上沉积涂层并且在期望 区域上去除该涂层。为了确保从反射器元件的信号光的低反射率，典型地，期望使用未涂 覆部件。通过独立权利要求中的技术特征对本发明进行限定。在从属权利要求 中对优选实施例进行限定。前面已经示出了一些优选实施例，但是需要强调的是本发明并未局限于此，而本发明还可利用下面的权利要求中限定范围之内的其它方式实 现。
权利要求
1.一种光学部件，其具有纵向光轴以及与所述纵轴垂直的横截面，所述光学部件包括a.第一光纤，其具有第一光纤端部以及在所述第一光纤端部处具有NA1的抽运芯；b.多个第二光纤，其围绕所述第一光纤的所述抽运芯，所述每个第二光纤均具有第二光纤端部，至少一个所述第二光纤在所述第二光纤端部处具有比NA1小的NA2的抽运芯；c.反射器元件，其包括具有预定外形的端面，用于将从至少一个所述第二光纤端部而来的光反射进入所述第一光纤的抽运芯。
2. 根据权利要求1所述的光学部件，其中所述反射器元件包括第一 和第二相对端面，所述第一端面面向所述第一光纤端部和所述第二光纤端 部，并且所述第一和/或所述第二端面具有预定形状。
3. 根据权利要求1或2所述的光学部件，其中所述第一光纤和至少 一个所述第二光纤的抽运芯适配于传播抽运波长;ip的抽运光。
4. 根据权利要求3所述的光学部件，其中反射器元件的端面适配于 反射抽运波长、的光。
5. 根据权利要求1至4中的任何一项所述的光学部件，其中所述第 一光纤包括与所述抽运芯不同的芯区域，所述芯区域适配于传播与所述抽 运波长、不同的信号波长义,的光。
6. 根据权利要求5所述的光学部件，其中所述反射器元件的端面适 配于反射至少部分所述信号波长A的光。
7. 根据权利要求5或6所述的光学部件，其中所述反射器元件的端 面适配于分别反射所述信号波长^以及所述抽运波长、的光，其中&与、 不相同。
8. 根据权利要求5至7中的任何一项所述的光学部件，其中所述反 射器元件的端面的不同部分区域适配于分别反射所述信号波长人以及所述抽运波长、的光，其中；i,与；ip不相同。
9. 根据权利要求1至8中的任何一项所述的光学部件，其中反射器 元件的端面在围绕所述第 一 光纤的中心光轴的区域内的反射率使得可以传播从所述第一光纤而来的预定部分的光。
10. 根据权利要求1至9中的任何一项所述的光学部件，其中所述反 射器元件的至少部分端面具有用于提高抽运光反射的涂层。
11. 根据权利要求1至10中的任何一项所述的光学部件，其中所述反射器元件的端面区域的主要部分具有用于提高抽运光反射的涂层。
12. 根据权利要求1至11中的任何一项所述的光学部件，其中端面 在围绕所述端面的中心的区域中没有涂层。
13. 根据权利要求1至12中的任何一项所述的光学部件，其中反射 器元件的端面具有的涂层对于波长为 的抽运光的反射率比对于波长为 义,的信号光的反射率高，其中、与4不同。
14. 根据权利要求1至13中的任何一项所述的光学部件，其中所述 涂层为介电涂层或金属涂层。
15. 根据权利要求1至14中的任何一项所述的光学部件，其中所述 反射器元件的端面适配于将所述第一光纤的抽运芯中的所述抽运光聚焦 在距离所述第一光纤的第一端面Lf处。
16. 根据权利要求1至15中的任何一项所述的光学部件，其中所述 反射器元件包括具有所述反射端面的平凸元件。
17. 根据权利要求1至15中的任何一项所述的光学部件，其中面向 所述第一光纤的第一光纤端部和所述第二光纤的第二光纤端部的反射器 元件的端面为在体材料中形成的曲面。
18. 根据权利要求1至17中的任何一项所述的光学部件，其中所述
19. 根据权利要求1至18中的任何一项所述的光学部件，其中适配 于反射从所述第二光纤而来的抽运光的所述反射器元件的部分端面具有 3求面形4大。
20. 根据权利要求18所述的光学部件，其中所述反射器元件的端面 的预定外形适配于提供大体上为所述球面形状半径的0.5倍的焦距。
21. 根据权利要求20所述的光学部件，其中适配于反射从所述第二
22. 根据权利要求1至21中的任何一项所述的光学部件，其中大部 分或全部所述第二光纤均具有NA2<NA1。
23. 根据权利要求1至22中的任何一项所述的光学部件，其中NA1大于0.22,例如大于0.30，例如大于0.45,例如大于0.55,例如大于0.8。
24. 根据权利要求1至23中的任何一项所述的光学部件，其中所述 第一光纤为包含信号芯的双包层光纤。
25. 根据权利要求1至24中的任何一项所述的光学部件，其中所述 信号芯包括用于放大信号光的稀土掺杂剂。
26. 根据权利要求24或25所述的光学部件，其中所述第一光纤为全 玻璃双包层光纤、聚合物包层双包层光纤或PCF双包层光纤。
27. 根据权利要求26所述的光学部件，其中所述第一光纤为PCF双 包层光纤，其包括用于传播信号波长的光的芯区域、围绕所述芯区域用于 传播抽运波长的光的称为抽运芯的内包层区域、以及包含至少 一 圈围绕所 述内包层区域的相对大的孔的空气包层。
28. 根据权利要求27所述的光学部件，其中所述空气包层的孔从所 述第一光纤的第一端部塌陷U的长度。
29. 根据权利要求28所述的光学部件，其中在所述第一光纤的抽运 芯中的抽运光的焦距Lf大体上与所述空气包层的孔的塌陷距离Lc相等。
30. 根据权利要求1至29中的任何一项所述的光学部件，其中所述 第一光纤与所述第二光纤在它们至少部分长度上融合在一起。
31. 根据权利要求1至30中的任何一项所述的光学部件，其中所述 第一光纤的第一光纤端部和所述第二光纤的第二光纤端部直接与所述反 射器元件的第一端面相连。
32. 根据权利要求1至31中的任何一项所述的光学部件，其中第二 光纤的数目为2或3或大于或等于4，例如大于或等于6，例如大于或等 于8，例如在10至24之间的范围内，例如大于或等于12,例如大于或等 于20，例如大于或等于40，例如大于或等于80。
33. 根据权利要求1至32中的任何一项所述的光学部件，其中所述 第二光纤以一层或多层(例如2层或3层)方式围绕所述第一光纤。
34. 根据权利要求33所述的光学部件，其中每层围绕所述第一光纤 的第二光纤在其第二端部上的数值孔径均不同。
35. 根据权利要求1至34中的任何一项所述的光学部件，其中所述 光学部件还包括围绕所述多个第二光纤和所述第 一光纤的安装导管，从而 可以固定并保护所述光纤。
36. 根据权利要求1至35中的任何一项所述的光学部件，其中所述光学部件还包括围绕所述多个第二光纤、第一光纤以及反射器元件的安装 导管，从而可以固定并保护所述光纤以及所述反射器元件。
37. 根据权利要求1至36中的任何一项所述的光学部件，其中所述 反射器元件另外还包括从下列元件的组中选择的一个或多个元件，所述元件群组包括i )光学元件，其包括至少在所述光学元件的部分区域上大体上对于 抽运波长、光学透明的材料；ii) 光学元件，其包括至少在所述光学元件的部分区域上大体上对于 信号波长义,光学透明的材料；iii) 光学元件，其至少在所述光学元件的部分区域上反射至少部分信 号波长义,的光，例如大体上全部光；iv) 光学元件，其至少在所述光学元件的部分区域上透射至少部分信 号波长/l,的光，例如至少60%的光；v) 光学元件，其准直所述信号波长4的光；vi) 光学元件，其聚焦所述信号波长4的光；其中，所述一个或多个光学元件在安装状态下与所述第一光纤端部和 /或所述第二光纤端部光学耦合。
38. 根据权利要求37所述的光学部件，其中所述反射器元件是可配 置的，所述可配置在于一个或多个所述元件可以被轻易加入或移除。
39. —种光纤放大器，包括根据权利要求1至38中任何一项所述的 光学部件。
40. —种光纤激光器，包括根据权利要求1至38中任何一项所述的 光学部件。
41. 一种光纤激光器或放大器，包括根据权利要求1至38中任何一
42. 根据权利要求41所述的光纤激光器或放大器，其中所述放大光 纤为双包层光纤。
43. 根据权利要求41或42所述的光纤激光器或放大器，其中所述放 大光纤为标准光纤。
44. 根据权利要求41至43中的任何一项所述的光纤激光器或放大器， 其中所述放大光纤为光子晶体光纤。
45. 根据权利要求41至44中的任何一项所述的光纤激光器或放大器，其中所述光学活性材料包括Yb。
46. 根据权利要求41至45中的任何一项所述的光纤激光器或放大器， 其中所述光学活性材料包括Er。
47. 根据权利要求41至46中的任何一项所述的光纤激光器或放大器， 其中所述放大光纤光学耦合至所述光学部件的第一光纤。
48. 根据权利要求41至47中的任何一项所述的光纤激光器或放大器， 其中所述放大光纤与所述光学部件的所述第一光纤相同。
49. 根据权利要求41至48中的任何一项所述的光纤激光器或放大器 包括根据权利要求1至38中的任何一项所述的共用同一放大光纤的第一 和第二光学部件。
50. 根据权利要求49所述的光纤激光器或放大器，其中所述第一光 学部件包括具有高反射器的镜元件并且所述第二光纤组装部件包括具有 用于激光的输出耦合器的镜元件。
51. —种光学部件的制造方法，所述制造方法包括下列步骤a. 提供具有在第一光纤端部具有NA1的抽运芯的第一光纤；b. 定位多个围绕所述第一光纤的所述抽运芯的第二光纤，所述多个 第二光纤的每一个均具有第二光纤端部，所述第二光纤的至少其中之一在 所述第二光纤端处具有NA2的抽运芯，NA2比NA1小；c. 提供具有预定外形和反射涂层的端面的反射器元件，定向所述反 射器元件使得从所述第二光纤的至少其中之一而来的抽运光在端面上反 射进入所述第一光纤的抽运芯。
52. 根据权利要求51所述的光学部件的制造方法，其中设置所述反 射器元件包括具有预定外形的第一端面和第二端面以及反射涂层，并且其 中所述抽运光从所述第二端面反射进入所述第 一光纤的抽运芯。
53. 根据权利要求51或52所述的方法，其中所述第一光纤和所述第 二光纤安装在安装导管中。
54. 根据权利要求53所述的方法，其中所述反射器元件安装在所述 安装导管中。
55. —种光学部件的制造方法，所述制造方法包括下列步骤a. 提供具有NA1的抽运芯的第一光纤以及第一光纤端部；b. 定位多个围绕所述第一光纤的所述抽运芯的第二光纤，所述多个 第二光纤的至少其中一个具有NA2的抽运芯，并且NA2比NA1小，所述第二光纤的每一个均具有第二光纤端部；c. 将所述第一端部和所述第二端部融合在一起以形成端盖；d. 成形所述端盖的端面至预定外形；e. 利用金属或介电涂层涂覆具有预定外形的所述端面以便在所述第 二端面上反射从所述第二光纤的至少其中之一而来的抽运光进入所述第 一光纤的抽运芯。
56. —种根据权利要求1至38中的任何其中一项的光学部件的使用。
57. —种根据权利要求56所述的在激光器或放大器中的使用。
58. —种棒状光纤，其具有纵向方向并且包括 芯区域；第一包层区域，其围绕所述芯区域； 第二包层区域，其围绕所述第一包层区域；其中在光纤的横截面中，所述芯区域的最大尺寸Dc。re大于20，并且 棒状光纤的最大外尺寸Dw大于700，，其中所述第一包层的最大外尺寸 Dc函与Dw的比值介于0.05至0.5的范围内，并且其中对于所述棒状光纤 的固体部分具有体积Vl的长度L，与对应长度上的具有外接所述外形的圓 形外形状的固体光纤相比，光纤截面具有适配于提供增大的轴向刚度与体 积的比值的外形。
59. 根据权利要求58所述的棒状光纤，其中所述棒状光纤包括一个 或多个纵向延伸的孔，其最大截面尺寸比芯区域的最大截面尺寸大。
60. 根据权利要求58或59所述的棒状光纤，其中所述棒状光纤的外 周具有非圓形形状。
61. 根据权利要求58至60中的任何一项所述的棒状光纤，其中所述 棒状光纤的外周包括n条边缘和n个顶点，例如所述外周具有多边形形状。
62. 根据权利要求58至61中的任何一项所述的棒状光纤，其中所述 边缘为非线形，例如相对于所述光纤的芯区域为凸面形。
63. 根据权利要求58至62中的任何一项所述的棒状光纤，其中优化 所述棒状光纤的外形使其具有大的表面以便改善所述光纤的散热。
64. 根据权利要求58至63中的任何一项所述的棒状光纤，其中优化 所述棒状光纤的外形使其能够承载 一 个或多个光纤，例如抽运光纤。
65. 根据权利要求58至64中的任何一项所述的棒状光纤，其中所述 芯区域适配于传播信号波长人的光。
66. 根据权利要求58至65中的任何一项所述的棒状光纤，其中所述 内包层区域适配于传播抽运波长、的光。
67. 根据权利要求58至66中的任何一项所述的棒状光纤，其中Dcladl 在IOO，至400，的范围内。
68. 根据权利要求58至67中的任何一项所述的棒状光纤，其中Dc。re大于50/zm，例^口大于70^m，例^!口大于100，，例^口大于150，，例^!口大于200戸，例如大于300戸。
69. 根据权利要求58至66中的任何一项所述的棒状光纤，其中D一 大于0.7mm，例唢口大于lmm,例3o大于1.2mm，例3ct大于1.5mm,例^口 大于2mm，例如在0.7mm至3mm的范围内。
70. 根据权利要求58至69中的任何一项所述的棒状光纤，其中D,e 与Dcladl的比值处于0.5至0.95之间的范围内，例如在0.6至0.8之间的范 围内，例如在0.7至0.75之间的范围内。
71. 根据权利要求1至38中的任何一项所述的光学部件，包括根据 权利要求58至70中的任何一项所述的棒状光纤。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种光纤耦合器，用于耦合两个或更多光源进入多包层(例如双包层)光纤中，该光纤耦合器具有在处理、损耗以及背向反射等方面上的实际优点。本发明提供了一种光学部件，包括a)具有NA1的抽运芯和第一光纤端的第一光纤；b)围绕所述第一光纤的所述抽运芯的多个第二光纤，所述第二光纤的至少其中之一具有比NA1小的NA2的抽运芯，所述每个第二光纤均具有第二光纤端；以及c)包括具有预定外形的端面，用于反射从所述第二光纤端而来的光进入所述第一光纤的抽运芯的反射器元件。本发明还与包括所述光学部件的设备(例如激光器或放大器)有关，与所述光学部件的制造方法和使用方法有关。本发明还与具有优化的刚度和体积比的棒状光纤有关。例如，本发明可使用在例如光纤激光器或放大器等应用中，特别是在光纤放大器(其中双包层光纤中抽运光和信号光以不同方向传播)的应用中。
文档编号G02B6/28GK101283491SQ200680024880
公开日2008年10月8日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年7月8日
发明者T·尼古拉吉森 申请人:晶体纤维公司