微结构光纤和超连续谱光源的制作方法

文档序号:12481229阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种微结构光纤,具有长度和沿着其长度的纵轴,并且包括能够沿着所述纵轴引导光的纤芯区和包围所述纤芯区的包层区,所述包层区包括包层背景材料和所述包层背景材料内的多个包层部件,所述包层部件围绕纤芯区被布置,其中在所述光纤的至少双包层长度段中的所述包层区包括内包层区和外包层区,所述内包层区包括具有第一特征直径(d1)的内包层部件的至少一个内环,所述外包层区包括具有平均直径(d2)的外包层部件的至少三个外包层环,所述内包层区与所述纤芯区相邻,并且所述外包层区与所述内包层区相邻,其中,包层部件的每个环包括分离所述环的相邻部件的包层背景材料的桥,其中所述至少一个内环的桥具有平均最小宽度(w1),并且至少一个所述外包层环的桥具有平均最小宽度(w2),其中至少一个所述外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内环桥的所述平均最小宽度(w1)大至少约10%,并且,其中所述纤芯区是具有至少约2μm直径的大体圆形。

2.根据权利要求1所述的微结构光纤,其中,所述至少一个内环的所述桥具有大体相等的最小宽度(w1),优选地,所述至少一个外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)大至少约20%,例如,至少约50%。

3.根据权利要求1或2所述的微结构光纤,其中,所述至少三个外环桥的所述平均最小宽度(w2)比所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)大至少约10%,例如至少约20%,例如至少约50%。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的微结构光纤,其中所述至少三个外环桥中的每一个的所述最小宽度(w2)是大体相等的,优选地所有的所述至少三个外环桥的所述最小宽度(w2)是大体相等的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)是例如从约0.4至约1.2μm范围内的约1.2μm或更小,例如约1μm或更小,例如约0.8μm或更小,例如,约0.6μm或更小,有利地,所述至少一个内包层环桥的所述最小宽度(w1)小于纤芯基模的零色散波长ZDM,例如,如果存在多于一个纤芯ZDM,小于所述纤芯基模的最低零色散波长ZDM。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述微结构光纤,其中,所述至少三个外环桥的所述平均最小宽度(w2)大于约1μm,例如至少约1.2μm,例如至少约1.5μm,例如至少约2μm。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述双包层长度段具有足以将第一高阶模(LP11)耦合到所述纤芯外的长度,优选地,所述双包层长度段是至少约10cm,例如至少约25cm,例如至少约50cm,更优选地所述双包层长度段在所述光纤的大体整个长度上延伸。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的微结构光纤,其中,多个外包层部件具有小于所述第一特征直径(d1)的特征直径,其中,所述第一特征直径(d1)比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约10%。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述外包层区的外直径和所述外包层部件的所述平均直径(d2)被设定尺寸,使得允许所述微结构光纤引导波长高于2000μm的光。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述第一特征直径(d1)比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约15%,例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约20%,例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约25%,例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约30%,例如比所述外包层部件的所述平均直径(d2)大至少约35%。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述微结构光纤是非线性光纤、用于超连续谱产生的光纤或无源传输光纤。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述光纤是非锥形的。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述纤芯区是大体圆形的并且具有约2μm至约6μm之间的直径,优选地,在约2.5μm至约5μm之间,优选地,在约3μm至约4μm之间。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述纤芯区是大体圆形的并且具有大于约10μm的直径,优选地,大于约12μm,优选地,大于约15μm,优选地,大于约20μm,优选地,大于约30μm。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述纤芯区具有沿着所述光纤的大体整个长度的大体相同的直径。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述纤芯区包括纤芯背景材料,其中,所述纤芯背景材料掺有掺杂材料,与所述非掺杂的纤芯背景材料相比,所述掺杂材料降低了所述纤芯区的折射率。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述纤芯区是微结构的。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区包括内包层部件的一个、两个或三个内环,优选地,在存在多于一个内环的情况下,所述内环的桥的所述最小宽度是大体相等的。

19.根据权利要求1至18中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区包括内包层部件的仅一个环。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区的所述内包层部件被布置为第一间距(∧1),并且所述外包层区的所述外包层部件被布置为第二间距(∧2),并且其中,在所述内包层区中的所述内包层区部件具有第一相对包层部件尺寸(d1/∧1),以及在所述外包层区的所述外包层部件具有第二相对包层部件尺寸(d2/∧2),其中所述第一相对包层部件尺寸和第二相对包层部件尺寸之间的差(d1/∧1-d2/∧2)大于约0.1,优选地,大于约0.15,优选地,大于约0.2,优选地,大于约0.25,优选地,大于约0.3。

21.根据权利要求1至20中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述外包层部件的所述第一特征直径(d1)和所述平均直径(d2)之间的差大于约0.3μm,优选地,大于约0.4μm,优选地,大于约0.5μm,优选地,大于约0.6μm。

22.根据权利要求1至21中的任一项所述的微结构光纤,其中所述第一特征直径大于约1.5μm,例如大于约1.8μm,例如大于约2.0μm,例如大于约2.2μm,例如大于约2.4μm,例如大于约2.6μm,例如大于约2.8μm。

23.根据权利要求1至22中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述外包层部件的所述平均直径(d2)在约1.1μm和约1.8μm之间,例如在约1.15μm和约1.7μm之间,例如在约1.2μm和约1.5μm之间,例如约1.3μm。

24.根据权利要求20至23中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述第一间距(∧1)和第二间距(∧2)各在约2.5μm和约3.5μm之间。

25.根据权利要求1至24中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区的所述至少一个内环的部件是具有较大直径和垂直较小直径的椭圆,纵横比从约1:1.2到约1:3,优选地,从约1:1.5到约1:2.5,优选地,所述内包层区的所述至少一个内环的部件由相对于所述光纤的纵轴在径向方向上的它们的较小直径来定向。

26.根据权利要求1至7和11至19中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区的所述内包层部件被布置为第一间距(∧1),并且所述外包层区的所述外包层部件被布置为第二间距(∧2),其中,所述第二间距大于所述第一间距,例如大于至少约10%,优选地,大于至少约25%,更优选地,大于至少约50%,优选地,所述内包层区具有相对于所述纤芯直径的约80%或更少的径向厚度,例如相对于所述纤芯直径的约60%或更少。

27.根据权利要求26所述的微结构光纤,其中,所述内包层区的所述至少一个内环的部件具有小于所述外包层区的所述至少三个外环的部件的所述平均直径的特征直径,优选地,所述外包层部件的平均直径比所述内包层部件的所述特征直径大至少约10%,例如,大于至少约20%,例如,大于至少约50%。

28.根据权利要求1至27中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区具有比所述外包层区低的有效折射率。

29.根据权利要求1至27中的任一项所述的微结构光纤,其中所述内包层区具有等于或高于所述外包层区的有效折射率的有效折射率。

30.根据权利要求1至29中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述内包层区和外包层区的所述包层部件被设定尺寸,以便所述包层区的最高有效折射率在约1400nm及以上处、优选地在约1200nm及以上处、优选地在约1100nm及以上处、优选地在约1050nm及以上处、优选地在约1030nm及以上处大于至少所述第一高阶纤芯模的有效折射率。

31.根据权利要求1至30中的任一项所述的微结构光纤,其中,在从约400nm到约2400nm的波长范围内,跨越至少约100nm波长,例如至少约500nm,所述外包层区具有比至少所述第一高阶纤芯模的有效折射率较高的有效折射率。

32.根据权利要求1至31中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述包层部件具有比所述包层背景材料的折射率低的折射率,优选地,所述包层部件是填有空气、填有气体或填有液体的空隙,或者是比基础材料具有较低折射率的玻璃,例如掺氟的石英玻璃。

33.根据权利要求1至32中的任一项所述的微结构光纤,其中,当泵浦光发射到所述光纤中时,所述光纤对于波长在约400nm和约2300nm之间的光的基模具有低于1dB/m的传输损耗。

34.根据权利要求1至33中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述光纤具有从约860nm至约1400nm的零色散波长,优选地,所述光纤具有从约900nm至约1200nm的零色散波长,并且所述光纤在零色散波长处是单模的。

35.根据权利要求1至34中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述微结构光纤的所述纤芯区包括第一折射率并且所述内包层区包括第二折射率,使得所述纤芯区和所述包层区作为整体的所述最大折射率之间的Δ值小于约0.03,例如小于约0.025。

36.根据权利要求1至35中的任一项所述的微结构光纤,其中,对于大于约350nm的任何波长,例如对于高于约500nm的任何波长,例如对于高于约600nm的任何波长,例如对于高于约700nm的任何波长,例如对于高于约800nm的任何波长,例如对于高于约900nm的任何波长,例如对于高于约1000nm的任何波长,例如对于高于约1100nm的任何波长,例如对于高于约1200nm的任何波长,所述光纤是单模光纤。

37.根据权利要求1至36中的任一项所述的微结构光纤,其中,所述外包层区包括外包层部件的至少四个外包层环,例如外包层部件的至少五个外包层环,例如外包层部件的至少六个外包层环,例如外包层部件的至少七个外包层环。

38.一种级联光纤,包括:

a.根据权利要求1至37中的任一项的第一微结构光纤;以及

b.第二光纤,包括能够沿着所述第二光纤的纵轴引导光的第二纤芯区和包围所述第二纤芯区的第二包层区,

其中,所述第一微结构光纤的模场直径大于所述第二光纤的模场直径,并且其中,所述第一微结构光纤光学地连接至所述第二光纤,优选地通过被拼接到所述第二光纤。

39.根据权利要求38所述的级联光纤,其中,所述第一微结构光纤的所述双包层长度段在所述光纤的大体整个长度上延伸,并且所述第二光纤包括至少单包层长度段,优选地,所述第二光纤在其整个长度中是单包层光纤。

40.一种光学超连续谱产生源,其中所述源包括根据权利要求1至39的任一项的微结构光纤以及泵浦激光源,所述泵浦激光源适合于在泵浦波长处产生泵辐射,并且在所述微结构光纤的输入端将所述泵辐射发射到所述微结构光纤中,其中所述微结构光纤被布置为当将所述泵辐射发射到所述微结构光纤中时提供超连续谱辐射。

41.根据权利要求40所述的光学超连续谱产生源,其中,所述微结构光纤是根据权利要求38或39中的任一项的级联光纤,并且所述泵浦激光被布置为在所述第一微结构光纤的输入将所述泵浦辐射发射到所述第一微结构光纤中。

42.根据权利要求40或41所述的光学超连续谱产生源,其中,所述光学超连续谱大体上仅在所述光纤的基模中产生,优选地,所述微结构光纤至少在其输入端在所述泵浦波长处是单模的。

43.根据权利要求40至42所述的光学超连续谱产生源,其中,所述泵浦波长在约1000nm和约1100nm之间,优选地,在约1030nm和约1070nm之间,例如约1030nm或约1064nm。

44.根据权利要求40至43所述的光学超连续谱产生源,其中,所述泵浦波长高达约200nm以上或低于所述光纤的零色散波长。

45.一种根据权利要求40至44中的任一项的光学超连续谱产生源的应用,优选地用于内窥镜检查、手术显微镜检查、共焦显微镜检查、光学相干断层成像术(OTC)、多模态照射、自体荧光、荧光寿命成像测量(FLIM)、分子成像、光遗传学、显示器、弥散分量表征、太阳能电池表征、量子点表征、等离子体、色散傅里叶变换光谱和/或原子捕获应用。

46.一种照射的方法,适合用于执行选自下列项的过程:内窥镜检查、手术显微镜检查、共焦显微镜检查、光学相干断层成像术(OTC)、多模态照射、自体荧光、荧光寿命成像测量(FLIM)、分子成像、光遗传学、显示器、弥散分量表征、太阳能电池表征、量子点表征、等离子体学、色散傅里叶变换光谱和/或原子捕获应用,所述方法包括:

提供根据权利要求40至44中的任一项的光学超连续谱产生源;

在所述微结构光纤的输入端处将所述泵浦辐射发射到所述微结构光纤中;

在所述微结构光纤内产生超连续谱;以及

朝向待经历所述过程的目标发射所述超连续谱的至少一部分。

47.一种照射源,适用于在下列项中的至少一项应用:内窥镜检查、手术显微镜检查、共焦显微镜检查、光学相干断层成像术(OTC)、多模态照射、自体荧光、荧光寿命成像测量(FLIM)、全内反射荧光(TIRF)显微镜;荧光共振能量转移(FRET),宽带光谱,纳米光子学,流式细胞术,工业检测,振荡光谱,分析光谱,分子成像,光遗传学、显示器、弥散分量表征、太阳能电池表征、量子点表征、等离子体学、色散傅里叶变换光谱和/或原子捕获应用,所述照射源包括根据权利要求40至44的任一项所述的光学超连续谱产生源。

48.根据权利要求47所述的照射源,其中,所述源包括至少一个光学滤光器,其被布置为过滤从所述光学超连续谱产生源产生的超连续谱束,所述光学滤光器优选地是用于将所述照射源的输出调谐到一个或多个波长和/或波长范围的可调谐滤光器。

49.根据权利要求47至48的任一项所述的照射源,其中,所述照射源包括用于光脉冲的时间拉伸的色散脉冲拉伸元件,所述色散脉冲拉伸元件优选地是或形成光纤的一部分。

50.根据权利要求47至49的任一项所述的照射源,其中所述光学超连续谱产生源包括用于产生的超连续谱光的光纤输出端,所述光纤输出端光学地连接至传送光纤,用于将产生的超连续谱光传送到照射的位置,优选地所述传送光纤至少部分地合并到探头和/或传感器中。

51.根据权利要求47至50的任一项所述的照射源,其中照射源形成显微镜的一部分,例如手术显微镜、光学荧光显微镜、例如光学荧光显微镜,例如基于荧光寿命成像(FLIM)的光学荧光显微镜,全内反射荧光(TIRF)显微镜。

52.根据权利要求50所述的照射源,其中所述照射源被配置为用于眼睛手术,所述传送光纤至少部分地合并到探头中,用于在手术之前和/或手术期间照射到眼睛上或眼睛内部,优选地所述探头具有高达约125μm的外直径。

53.根据权利要求52所述的照射源,其中所述探头包括多点发生器,所述多点发生器被光学地耦合接收来自于所述传送光纤的输出光束的至少一部分。

54.根据权利要求52至53中的任一项所述的照射源,其中所述探头包括用于产生光图案的衍射光学元件。

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