CN103189766B - 用于生成超连续光谱的锥形光纤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形光纤及用于制造这种光纤的方法和拉制塔。锥形光纤包括能够沿所述光纤的纵轴传导光的纤芯区域、以及围绕所述纤芯区域的包层区域。光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段以及具有第二长度L₂的第二锥体段，在第一长度L₁上光纤逐渐变细至锥腰，在第二长度L₂上所述光纤逐渐变粗。

Description

用于生成超连续光谱的锥形光纤

技术领域

本发明涉及锥形光纤及使用诸如拉制塔来制造这种光纤的方法。对光纤进行锥化在多个系统中是有利的，例如，在生成超连续光谱（SCG）的系统中，根据本发明对例如非线性光纤进行锥化相较于现有系统产生了显著的改进。

背景技术

现有技术中，在所谓的拉锥站对光纤进行锥化，拉锥站为用于对已拉制的光纤进行后处理的机器。典型地，光纤被剥去覆层、锥化并被再涂敷。典型地，这种光纤具有约为0.5米的最大长度。也可以在制备光纤的同时制备锥体，即作为拉制塔中的拉制过程的一部分。由于控制拉制速度的绞盘被固有地构造为提供非常均匀的光纤直径，因而这些锥体较长、而在短距离上难以控制。

发明内容

如下文将要解释的，本发明提供了一种在拉制塔上形成锥体的新方法。借由本发明，这种锥体被发现具有生成超连续光谱的特殊用途，这是由于发明人发现，锥体的可控性、以及提供优选地结合有较短的逐渐变粗锥体（通常为0.3m-1m）的较长锥体（通常为1-10m）的可能性对这一应用来说特别地有利。

本发明的目的之一在于提供一种用于生成超连续光谱的锥形光纤，所述锥形光纤包括能够沿所述光纤的纵轴传导光的纤芯区域、以及围绕所述纤芯区域的包层区域。光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段以及具有第二长度L₂的第二锥体段，在第一长度L₁上光纤逐渐变细至锥腰，在第二长度L₂上所述光纤逐渐变粗。所述光纤的特征沿所述第二锥体段的诸如大部分的至少一部分上的平均梯度大于该特征沿所述第一锥体段的诸如大部分的至少一部分上的平均梯度。

在一个实施例中，根据本发明的光纤是中间产品。例如，在拉制塔上制备光纤，其后在拉锥站中对其进行后处理。在一个实施例中，本发明涉及使用基于根据本发明的光纤的光纤作为诸如超连续光谱光源的中间产品的系统。

锥形段的第一纵向位置可定义为第一锥体段开始的位置，其中，即所述光纤的特征开始缩小的位置。所述锥形段的第二纵向位置可定义为第二锥体段结束的位置，即所述光纤的特征的值从其在锥腰段的值增大至由一段光纤基本保持的值，例如从第二锥体段至所述光纤的输出端的这段光纤。在锥形段外侧，光纤的特征也可发生改变，例如在前-锥体或后-锥体段，光纤的特征和尺寸可能大幅变化。在一个实施例中，前-锥体或后-锥体因小于0.5m而可被区分，例如小于0.4m，例如小于0.3m，例如小于0.2m。在一个实施例中，前-锥体或后-锥体通过长于例如0.5m的大体非锥形的光纤与第一或第二锥体段隔开，由此而可被区分，其中非锥形光纤例如大于1m，例如大于1.5m。举例来说，非锥形光纤具有小于每米2%的梯度，诸如小于每米1%，诸如小于每米0.5%。在一个实施例中，前-锥体被认为是有效延伸第一锥体段长度的第一锥体段的一部分。在一个实施例中，第二锥体段的末端被定义为光纤的特征比锥腰大幅增大（例如，用于有效耦合）的位置（见下文）。

第一纵向位置可被定义为所述特征从其输入端的值向其在锥腰的值缩减一定比率时所在的位置。该比率在约0%至约10%的范围内，例如在约1%至约9%的范围内，例如在约2%至约8%的范围内，例如在约3%至约6%的范围内。在一个实施例中，该比率等于10%。在一个实施例中，该比率等于8%。在一个实施例中，该比率等于6%。在一个实施例中，该比率等于4%。在一个实施例中，该比率等于2%。在一个实施例中，该比率等于1%。在一个实施例中，该比率等于0.5%。

第二纵向位置可被定义为所述特征从其在锥腰的值向其在光纤输出端的值增大一定比率时所在的位置。在一个实施例中，该比率在约90%至约100%的范围内，例如在约91%至约99%的范围内，例如在约92%至约98%的范围内，例如在约93%至约96%的范围内。在一个实施例中，该增加比率等于90%。在一个实施例中，该比率等于92%。在一个实施例中，该比率等于94%。在一个实施例中，该比率等于96%。在一个实施例中，该比率等于98%。在一个实施例中，该比率等于99%。在一个实施例中，该比率等于99.5%。

根据本发明的光纤可包括多个锥体，每一锥体具有锥腰，该锥腰为特征的局部最小值。在本发明的说明书中，术语“锥腰”指的是沿着光纤、光纤的特征为其最小值的位置。当该特征例如为光纤的横截面或直径，则锥腰可定义为锥体的最细点。在一个实施例中，锥腰被定义为沿着光纤、光纤的特征为其最小值的位置，诸如锥体的最细点。

术语“逐渐变粗（taperedup）”和“逐渐变细(tapereddown)”并不旨在将本发明的范围限制为光自第一纵向位置向第二纵向位置传播的情形。根据本发明的锥形光纤、方法及拉制塔也涉及光自第二纵向位置向第一纵向位置传播的实施例，在该情形中，光纤在第二锥体段中逐渐变细，在第一锥体段中逐渐变粗。然而，在一个实施例中光纤的应用被限制为光自第一段向第二段传播的应用。

术语“起始端”和“末端”仅用于描述锥形光纤的不同部分的纵向延伸，并不必要地限制光传播通过光纤的方向。根据本发明的锥形光纤、方法和拉制塔也涉及光自末端向起始端传播的实施例。例如对于根据本发明的拉制塔，可用来制备光纤，其中在短的逐渐变细后进行长的逐渐变粗。然而，在一个实施例光纤的应用被限制为光自起始端向末端传播的应用。

这些注释对于术语“输入端”和“输出端”也是等同的，同样还有术语“输入段”和“输出段”。然而，在一个实施例光纤的应用被限制为光自第一段向第二段传播的应用。

在本发明的说明书中，术语“超连续光谱”指的是宽光谱信号。所说的超连续光谱具有定义光谱下边界的“蓝边”和定义光谱上边界的“红边”。在氧化硅光纤中，蓝边可处于300nm至600nm范围内的波长上，诸如在350nm至550nm范围内，红边可处于1300nm至2400nm范围内的波长上，诸如在1600nm至2400nm范围内。在一个实施例中，蓝边处于小于550nm的波长上，例如小于500nm，例如小于450nm，例如小于430nm，例如小于420nm，例如小于400nm，例如小于380nm，例如小于360nm，例如小于340nm，例如小于320nm。超连续光谱的谱宽可被定义为红边-和蓝边的波长之间的差。谱宽可大于100nm，例如大于150nm，例如大于300nm，例如大于500nm，例如大于750nm，例如大于1000nm，例如大于1500nm，例如大于2000nm，例如大于2500nm，例如大于3000nm。在一个实施例中，“蓝边”和“红边”被定义为连续光下降至光谱密度低于5dBm/nm的波长，例如低于0dBm/nm的光谱密度，例如低于-5dBm/nm的光谱密度，例如低于-10dBm/nm的光谱密度，例如低于-15dBm/nm的光谱密度，例如低于-20dBm/nm的光谱密度。在一些实施例中，超连续光谱可包括光谱中的降沉（dips），其中超连续光谱被认为跨过该降沉延伸。另一方面，输出还包括蓝边以下、一般具有相对较低功率的谱线。这些谱线并不被认为是光谱的一部分。在一个实施例中，超连续光谱在蓝边以上10nm的波长上相较于蓝边具有更高的光谱密度，例如蓝边以上50nm，例如蓝边以上100nm，例如蓝边以上200nm，例如蓝边以上500nm，例如蓝边以上1000nm。在一个实施例中，这些谱线是多模的。在一个实施例中，仅有基本单（横）模被考虑为超连续光谱的一部分。基本单模光是该波长上超过80%的光存在于光纤的最低阶模式中的光，例如超过90%的光存在于最低阶模式中，例如超过95%的光处于最低阶模式中，例如超过98%的光处于最低阶模式中，例如超过99%的光处于最低阶模式中，例如100%的光处于最低阶模式中。

在本发明的说明书中，术语“梯度”指的是每单位长度上所述光纤给定的特征的值沿纵轴的变化，例如纤芯区域的横截面面积在每米上的变化。梯度由绝对值来表示，即没有符号。对于变化率大体上不变的段，梯度可具有大体恒定的值。锥形段中，变化率可沿锥形段而变化。这种情况下，梯度仍具有局部值。锥形段的平均梯度可为每单位长度上所测量的锥形段的平均变化。在第一锥体段的一个实施例中，平均梯度被定义为所述特征在第一纵向位置和锥腰的差除以所述第一锥体段的长度。相似地对于第二锥体段，其平均梯度被定义为所述特征在锥腰和第二纵向位置的差除以所述第二锥体段的长度。

本发明的目的之一在于提供一种用于SCG的锥形光纤，所述锥形光纤包括能够沿所述光纤的纵轴传导光的纤芯区域、以及围绕所述纤芯区域的包层区域。在关于足以生成SCG的长度的基本带宽上，适于SCG的光纤提供低损耗。该光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段、在该长度上光纤逐渐变细至锥腰，以及具有第二长度L₂的第二锥体段、在该长度上所述光纤逐渐变粗，其中L₂=y·L₁，y小于1。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供一种锥形光纤，其包括能够沿所述光纤的纵轴低损耗地传导基带上的光的纤芯区域、以及围绕所述纤芯区域的包层区域。该光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段、在该长度上光纤逐渐变细至锥腰，以及具有第二长度L₂的第二锥体段、在该长度上所述光纤逐渐变粗，其中所述第一长度和所述第二长度的和L₁+L₂大于约0.5m。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供一种包含根据本发明的锥形光纤和泵浦源的超连续光谱光源。所述光纤的所述纤芯区域在所述光纤的输入端具有输入纤芯面积A_in，且在所述光纤的输出端具有输出纤芯面积A_out，所述纤芯区域至少支持在第一波长λ₁上的光基模。泵浦源被设置为将泵浦光注入所述光纤的所述输入端的所述纤芯区域，所述泵浦光具有光功率峰值P、中心波长λ_centre以及谱宽△λ。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供一种由至少包含第一材料的光纤预制棒制备锥形光纤的方法，所述方法包含将所述光纤预制棒固定在预制棒夹具上，且相对于拉制塔来布置所述预制棒夹具，其中拉制塔包含绞盘和能够加热所述光纤预制棒的至少一部分的加热装置。该方法进一步包含以供料速度向所述加热装置供应所述光纤预制棒，以及在所述加热装置中加热所述光纤预制棒的至少一部分。通过向加热的光纤预制棒的第一端施加牵引力，以一线速度自该第一端拉制出光纤，所述牵引力由绞盘施加。绞盘提供加速度和/或减速度，从而所述线速度经一较短时间间隔由第一线速度变至第二线速度，所述第一线速度与所述第二线速度相差了10%以上，且所述较短时间间隔小于约10秒。下文讨论的关于产品和拉制塔的特征相同地应用于该方法。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供用于由至少包含第一材料的光纤预制棒制备锥形光纤的拉制塔系统，所述拉制塔包括加热单元、预制棒夹具、供料单元以及绞盘。预制棒夹具能够固定光纤预制棒的第二端，供料单元能够相对于所述加热单元以供料速度移动所述预制棒夹具，其中加热单元能够加热所述光纤预制棒的至少一部分。绞盘向所述光纤预制棒的第一端施加牵引力从而以一线速度自所述光纤预制棒的所述第一端拉制出光纤，其中所述绞盘能够提供加速度和/或减速度，从而所述线速度经一较短时间间隔由第一线速度变至第二线速度，所述第一线速度与所述第二线速度相差了10%以上，且所述较短时间间隔小于约10秒。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供用于由包含至少第一材料和至少第一组气孔的光纤预制棒来制备锥形光纤的拉制塔系统，所述拉制塔包括加热单元、预制棒夹具、供料单元、绞盘以及用于对所述第一组气孔加压的压强控制系统。预制棒夹具能够固定光纤预制棒的第二端，供料单元能够相对于所述加热单元以供料速度移动所述预制棒夹具，其中加热单元能够加热所述光纤预制棒的至少一部分。绞盘向所述光纤预制棒的第一端施加牵引力从而以一线速度自所述光纤预制棒的所述第一端拉制出光纤。压强控制系统包括第一腔室和通过流动通道连接所述第一腔室和第一组气孔的流动系统，所述压强控制系统包括用于对所述第一腔室增压的泵，所述流动系统包括在第一时间段△t₁内打开的开/关阀，当所述阀打开时所述腔室与所述第一组气孔流体接触，其中△t₁小于约10秒。第一腔室作为缓冲存储器，有利于在开/关阀打开时在流动系统中进行快速的压强调节。

在一个实施例中，本发明的目的之一在于提供用于由包含至少第一材料和至少第一组气孔的光纤预制棒来制备锥形光纤的拉制塔系统，所述拉制塔包括加热单元、预制棒夹具、供料单元、绞盘以及用于对所述第一组气孔加压的压强控制系统。预制棒夹具能够固定光纤预制棒的第二端，供料单元能够相对于所述加热单元以一供料速度移动所述预制棒夹具，其中加热单元能够加热所述光纤预制棒的至少一部分。绞盘向所述光纤预制棒的第一端施加牵引力从而以一线速度自所述光纤预制棒的所述第一端拉制出光纤。压强控制系统能够在第一时间段△t₁内以第一系数改变被布置为与所述第一组气孔流体接触的体积中的压强，其中△t₁小于约10秒。

在一个实施例中，锥形特征选自下述特征的组：纤芯区域的最大横截面尺寸、纤芯区域的横截面面积、包层区域的最大横截面尺寸（例如包层区域直径）、包层区域的横截面面积、光纤的最大横截面外部尺寸、光纤的横截面面积、微结构光纤中单元的最大横截面尺寸以及微结构光纤中单元的格子间距。

在逐渐变粗段和逐渐变细段中可同时改变光纤的数个特征。例如，在光纤逐渐变细时，纤芯区域的直径和光纤直径同时减小。一些情况下，一些特征独立于其他特征而发生变化，例如在逐渐变细段光纤直径可大致相同，而纤芯直径减小。例如通过在制造锥形光纤的过程中对光纤预制棒中的气孔加压来实现这种结构。

在本申请中，诸如纤芯区域的光纤区域的“最大横截面尺寸”这一术语指的是该区域的圆形横截面的直径、或外切于该区域的非圆形横截面的圆的直径。因而，圆形形状的纤芯区域的最大横截面尺寸可能为纤芯直径，圆形形状的包层区域的最大横截面尺寸可能为包层直径。在具有诸如椭圆形状的纤芯区域的光纤中，纤芯区域的最大横截面尺寸可以是纤芯区域沿描述该纤芯区域的椭圆的长轴上的横截面长度。

在一个实施例中，所述特征在所述第二锥体段的主要部分（即，至少为长度的50%）上的平均梯度大于所述特征在所述第一锥体段的主要部分（即，至少为长度的50%）上的平均梯度。所述第一锥体段中逐渐变细的所述特征可具有第一平均梯度G₁，而所述第二锥体段中逐渐变粗的所述特征可具有第二平均梯度G₂，其中G₁=x·G₂，x小于1，例如小于约0.90，例如小于约0.8，例如小于约0.7，例如小于约0.6，例如小于约0.5，例如小于约0.4，例如小于约0.3，例如小于约0.25，例如小于约0.2，例如小于约0.15，例如小于约0.1，例如小于约0.05，例如小于约0.02，例如小于约0.01，例如小于约0.005，例如小于约0.002，例如小于约0.001，例如小于约0.0005。

在一个实施例中，特征的G₁和/或G₂可小于约每米150%，例如小于每米100%，例如小于每米100%，例如小于每米75%，例如小于每米50%，例如小于每米25%，例如小于每米10%，例如小于每米5%，例如小于每米2%，例如小于每米1%，例如小于每米0.1%。在一个实施例中，G₁和/或G₂可大于每米0.1%，例如大于每米1%，例如大于每米2%，例如大于每米5%，例如大于每米10%，例如大于每米25%，例如大于每米50%，例如大于每米75%，例如大于每米100%，例如大于每米150%。

在一个实施例中，以长度来测量特征，例如纤芯的最大横截面尺寸或微结构光纤中单元的格子间距，G₁和/或G₂可小于约300μm/m，例如小于约200μm/m，例如小于约150μm/m，例如小于约100μm/m，例如小于约50μm/m，例如小于约20μm/m，例如小于约15μm/m，例如小于约12μm/m，例如小于约10μm/m，例如小于约8μm/m，例如小于约6μm/m，例如小于约4μm/m，例如小于约2μm/m，例如小于约1μm/m，例如小于约0.5μm/m，例如小于约0.2μm/m，例如小于约0.1μm/m，例如小于约0.05μm/m，例如小于约0.01μm/m，例如小于约0.001μm/m。

同时，第一平均梯度G₁和/或G₂可大于约0.001μm/m，例如大于约0.01μm/m，例如大于约0.1μm/m，例如大于约0.2μm/m，例如大于约0.5μm/m，例如大于约1μm/m，例如大于约1.5μm/m，例如大于约2μm/m，例如大于约5μm/m，例如大于约8μm/m，例如大于约10μm/m，例如大于约12μm/m，例如大于约15μm/m，例如大于约20μm/m，例如大于约30μm/m，例如大于约50μm/m，例如大于约100μm/m，例如大于约150μm/m，例如大于约200μm/m。这里，上述“大于”和“小于”的值可组合以形成区间，例如1μm/m＜G₁＜10μm/m以及0.1μm/m＜G₂＜5μm/m。如在说明书其他部分中所解释的，G₁典型地具有例如利于孤波和DW之间的有效耦合的相对适度的梯度，而G₂典型地具有相对较高的梯度以提供短锥，从而减少生成的超连续光谱的时间展宽。

典型地，相较于较小的特征，较大的尺寸具有相对较高的梯度。在一个实施例中，包层中的微结构具有的梯度G₁和/或G₂小于15μm/m，例如小于约10μm/m，例如小于约5μm/m，例如小于约2μm/m，例如小于约1μm/m，例如小于约0.75μm/m，例如小于约0.5μm/m，例如小于约0.25μm/m，例如小于约0.1μm/m，例如小于约0.01μm/m。在一个实施例中，纤芯直径具有的梯度G₁和/或G₂小于50μm/m，例如小于约25μm/m，例如小于约10μm/m，例如小于约5μm/m，例如小于约2μm/m，例如小于约1μm/m，例如小于约0.75μm/m，例如小于约0.5μm/m，例如小于约0.25μm/m，例如小于约0.1μm/m，例如小于约0.01μm/m。在一个实施例中，包层直径具有的梯度G₁和/或G₂小于300μm/m，例如小于约200μm/m，例如小于约150μm/m，例如小于约100μm/m，例如小于约50μm/m，例如小于约25μm/m，例如小于约10μm/m，例如小于约5μm/m，例如小于约2μm/m，例如小于约1。在一个实施例中，包层中微结构之间的间距，即距离，具有的梯度G₁和/或G₂小于15μm/m，例如小于约10μm/m，例如小于约5μm/m，例如小于约2μm/m，例如小于约1μm/m，例如小于约0.75μm/m，例如小于约0.5μm/m，例如小于约0.25μm/m，例如小于约0.1μm/m，例如小于约0.01μm/m。与上相似地，梯度G₁和/或G₂也可大于上述值，且这些值可组合以形成区间。

在以面积来测量特征的实施例中，例如纤芯面积、或形成微结构光纤一部分的单元的面积，G₁和/或G₂可小于约70000μm²/m，例如小于约50000μm²/m，例如小于约20000μm²/m，例如小于约10000μm²/m，例如小于约5000μm²/m，例如小于约1000μm²/m，例如小于约500μm²/m，例如小于约400μm²/m，例如小于约200μm²/m，例如小于约150μm²/m，例如小于约125μm²/m，例如小于约100μm²/m，例如小于约75μm²/m，例如小于约50μm²/m，例如小于约25μm²/m，例如小于约10μm²/m，例如小于约5μm²/m，例如小于约1μm²/m，例如小于约0.1μm²/m，例如小于约0.01μm²/m，例如小于约0.001μm²/m。与上相似地，梯度G₁和/或G₂也可大于上述值，且这些值可组合以形成区间。

典型地，相较于较小的特征，较大的尺寸具有相对较高的梯度。在一个实施例中，包层中的微结构具有的梯度G₁和/或G₂小于150μm²/m，例如小于约100μm²/m，例如小于约50μm²/m，例如小于约25μm²/m，例如小于约15μm²/m，例如小于约10μm²/m，例如小于约5μm²/m，例如小于约2.5μm²/m，例如小于约1μm²/m，例如小于约0.5μm^2/m，例如小于约0.1μm²/m，例如小于约0.01μm²/m。在一个实施例中，纤芯直径具有的梯度G₁和/或G₂小于2000μm²/m，例如小于约1500μm²/m，例如小于约1000μm²/m，例如小于约500μm²/m，例如小于约200μm²/m，例如小于约100μm²/m，例如小于约50μm²/m，例如小于约25μm²/m，例如小于约15μm²/m，例如小于约10μm²/m，例如小于约5μm²/m，例如小于约2.5μm²/m，例如小于约1μm²/m，例如小于约0.5μm²/m，例如小于约0.1μm²/m，例如小于约0.01μm²/m。在一个实施例中，包层直径具有的梯度G₁和/或G₂小于70000μm²/m，例如小于约50000μm²/m，例如小于约25000μm²/m，例如小于约10000μm²/m，例如小于约5000μm²/m，例如小于约2500μm²/m，例如小于约1500μm²/m，例如小于约1000μm²/m，例如小于约500μm²/m，例如小于约200μm²/m，例如小于约100μm²/m，例如小于约50μm²/m，例如小于约25μm²/m，例如小于约15μm²/m，例如小于约10μm²/m，例如小于约5μm²/m，例如小于约2.5μm²/m，例如小于约1μm²/m，例如小于约0.5μm²/m，例如小于约0.1μm²/m，例如小于约0.01μm²/m。与上相似地，梯度G₁和/或G₂也可大于上述值，且这些值可组合以形成区间。特征可沿所述锥腰段的至少一部分变化。特征在锥腰段中的变化的平均梯度小于特征在第一锥体段中的变化的平均梯度，例如至少为第一锥体段中的梯度1/1.5，例如至少为1/2，例如至少为1/3，例如至少为1/5，例如至少为1/7，例如至少为1/10，例如至少为1/15，例如至少为1/20，例如至少为1/50，例如至少为1/100。

在一个实施例中，第一锥体段和/或第二锥体段沿锥体段的大部分具有大致恒定的梯度，例如沿锥体段的至少约50%，例如沿锥体段的至少约60%，例如沿锥体段的至少约70%，例如沿锥体段的至少约80%，例如沿锥体段的至少约90%，例如沿锥体段的至少约95%，例如大致沿锥体段的整个长度。

在一个实施例中，特征的梯度沿第一和/或第二锥体段发生改变。例如，纤芯面积在第一锥体段中的梯度的变化可以使靠近第一纵向位置的梯度大于靠近锥腰段的梯度。也可以是相反的情形，从而使靠近锥腰的部分梯度大于靠近第一纵向位置的梯度。梯度可以在第一锥体段的中心部分是最大的。例如，纤芯面积在第二锥体段中的梯度的变化可以使靠近第二纵向位置的梯度大于靠近锥腰段的梯度。也可以是相反的情形，从而使靠近锥腰段的梯度大于靠近第二纵向位置的梯度。梯度也可以在第二锥体段的中心部分是最大的。

可以借由函数f来描述所述光纤的沿第一锥体段的给定特征值，则在锥体的第一纵向位置处函数具有第一值f₁，在锥腰处具有锥腰值f_w以及由f_a=(f₁+f_w)/2定义的平均值f_a。函数为该平均值的位置被称为平均位置。

若所述第一锥体段中特征的梯度为靠近锥腰的梯度大于靠近第一纵向位置的梯度，则函数为其平均值f_a的平均位置可相比第一纵向位置更靠近锥腰段。平均位置可被设置为，其距锥腰的距离与其距第一纵向位置的比值小于约0.95，例如小于约0.9，例如小于约0.85，例如小于约0.8，例如小于约0.7，例如小于约0.6，例如小于约0.5，例如小于约0.4，例如小于约0.3，例如小于约0.2，例如小于约0.1。

若所述第一锥体段中特征的梯度为靠近锥腰的梯度大于靠近第一纵向位置的梯度，则梯度可沿着布置在两位置a和b之间的所述第一锥体段的至少一部分逐渐地增加，从而提供了第一锥体段的该凹形部分。

所述第一锥体段的凹形部分的凹度可设置为使得对于[0,1]中的任意t，及对于布置在两位置a和b之间的所述第一锥体的部分上的任意两点x和y，关于所述光纤的特征的函数f可遵守下述方程式：

f(tx+(1-t)y)≥tf(x)+(1-t)f(y)

相较于特征的梯度沿第一锥体段大致恒定的线性锥体，上述方程式说明，对于沿处于x和y之间的所述第一锥体的部分的任一位置z，f在图上的点(z,f(z))，在连接线性锥体的点(x,f(x))和(y,f(y))的直线之上。

在附图6中，示出了曲线f和直线之间的关系，后者相应于具有恒定梯度的线性锥体。

在接近锥腰时，梯度的改变可以平稳以在梯度增加的部分和梯度大致为零的部分之间提供平滑的过渡，而不是陡峭的改变。根据下述原理，通过匹配于某个红边的群速度可获得蓝边波长。红边为下述两个波长中的较低者：1)光纤材料的长-波长损耗边缘，例如对于氧化硅为2200-2400nm，以及2)光纤的第二、长-波长零-色散波长减去约50nm。附图19（也参见附图18）中绘出这些特征波长与间距的对应关系。蓝边波长典型地在给定间距附近（其通常是相对平坦的）具有最小值。平坦度意味着即使具有最低蓝边波长的最优间距为例如2.0微米，则例如2.4微米的间距将提供相当接近于该最小值的蓝边。这意味着，凹形锥体可能是有利的，因其在锥体的入口具有最低可能的群加速度失配（GAM）。GAM将沿锥体增加，这意味着DW中的功率将减少。然而，若使得DW开始损失太多功率的间距足够接近于该最优值，则所述平坦度意味着其恰巧接近于可获得的最小蓝边。

用于描述锥形光纤中的SCG的本质物理过程的一个理论框架对于泵浦源和光线的组合是有效的，由于光谱边缘主要由在光纤的输入与锥腰之间的一些点上通过群速度（GV）匹配来由与色散波（DW）蓝边联系的孤波红边确定。这典型地出现在下述情况中，即光纤被异常区间中、也即零色散波（ZDW）长以上，或低于异常区间但相对靠近ZDW的波长上的光泵浦，从而泵浦光的一些谱宽在ZDW以上和/或大量泵浦光红移至ZDW以上，例如通过自相位调制。例如低于ZDW150nm以内，例如低于ZDW100nm以内，例如低于ZDW50nm以内，例如低于ZDW25nm以内，例如低于ZDW10nm以内，例如低于ZDW1nm以内。在一个实施例中，光纤在低于ZDW的正常区间上被泵浦，ZDW偏移至较短波长以使得ZDW更靠近泵浦波长或甚至进入异常区间。一个优点是具有长ZDW的光纤典型地具有较大的纤芯，更易与光纤耦合。在一个实施例中，ZDW的漂移由第一纵向位置之前的例如与第一锥体段的梯度不同的锥体提供。在一个实施例中，具有一非常短的锥体，该锥体向后直到第一纵向位置处光纤为非锥形的。在一个实施例中，这有效地相应于改进了与具有较低初始ZDW的光纤的耦合。在一个实施例中，在第一纵向位置之后进行ZDW的漂移，例如借由在逐渐变细段的初始部分中具有相当低的梯度。在包含根据本发明的光纤以生成输出光的超连续光源中，在所述第一纵向位置处和/或所述锥腰处和/或所述输入端处，泵浦光源的中心波长和纤芯基模的零色散波长之间的差可小于约200nm，例如小于约100nm，例如小于约50nm，例如小于约25nm，例如小于约15nm，例如小于约10nm，例如小于约5nm，例如小于约2nm，例如小于约1nm。在一个实施例中，零色散波长是两者中的短者。在一个实施例中，零色散波长是两者中的长者。在该理论框架中，当红移孤波和DW彼此赶上时形成边缘，允许它们碰撞并通过交叉相位调制（XPM）互相影响。碰撞需要减速孤波，由于在群速度（GV）轮廓比孤波波长附近更陡峭的短波上存在DW，这意味着碰撞将DW推向比孤波低的GV。减速可来自内脉冲拉曼散射，其中将孤波朝着较低GV红移。也可通过对光纤锥化来实现，这种情况下GV的改变可导致孤波的减速。减速孤波最后与DW相碰撞，且它们通过XPM互相影响。因而，部分DW被进一步下推至蓝光。仅有一定部分的DW蓝移，这是因为孤波与DW碰撞时之间存在GV失配（GVM）。DW的剩余部分被保留，这促成了在比蓝边更长的波长上的超连续光谱。

发明人已发现第一锥体段中的光纤特征的梯度对蓝边中的可用功率有较大的影响，且定义的群加速度失配适于量化这种影响。

在锥体中，孤波和DW的GV以不同的速率改变。因而，即使在锥体之前它们彼此GV匹配，随后锥体将造成GVM，这再次意味着孤波仅可使部分DW受限（trap）和蓝移。附图7中示出在锥体入口处，锥体对最初GV匹配的孤波和DW促进的GVM。图7中的光纤选为具有气孔作为单元的微结构光纤。以三角形格子布置气孔，且在锥形段的入口处（纵向z=z0）间距∧=3.7μm、在进入锥体△z后间距∧=1.8。附图7中，锥体是线性的，具有恒定的梯度和固定的孔直径/间距比。然而上述考虑对于描述响应于锥形段中光纤的锥化而改变的参数的任意特征都有效。孤波的群加速度（GA）可被定义为孤波GV对参考沿光纤的纵轴的位置(z)的导数：

${\mathrm{GA}}_{\mathrm{SOL}}=\frac{{\∂\mathrm{GV}}_{\mathrm{sol}}}{\∂z}|\mathrm{\λ}={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{sol}}$

对于DW是相似的。在该公式中，假定波长是恒定的，这仅在短距离上成立。DW和孤波的群加速度失配（GAM）可近似为：

$\mathrm{GAM}\≈\frac{{\mathrm{GV}}_{\mathrm{DW}}(z_0+\mathrm{\Δz})-{\mathrm{GV}}_{\mathrm{sol}}(z_0+\mathrm{\Δz})}{\mathrm{\Δz}}$

如图7中所表明的，可计算GAM参数，由图中可看出GAM基于孤波波长和第一锥体段中的梯度。DW波长被GVM固定。图8示出对于△z=10mm，GAM如何随着梯度和孤波波长增加（在图7中，使用术语“陡度”替代“梯度”）。

对于长波和非常陡峭的锥体，长波零色散波长（ZDW）的接近降低了GAM。

因而，孤波与DW之间的相互影响基于锥体轮廓。对于图9a示出的锥体轮廓，进行模拟以确定在最蓝移受限的DW中的能量。这些锥体轮廓具有相同的总长度，但在第一锥体段上具有不同的梯度。图9b示出计算出的能量，其以在锥腰上具有第一锥体段中的最大梯度的能量来归一化。虚线和实线分别示出在锥腰和光纤端处的值。图9中的图证实了最蓝移受限的DW的能量随着第一锥体段的梯度的增加而减少。在这种情况下，当梯度减少至1/6时，蓝移能量增加了约15倍。这两个图表明，对于生成蓝SC，给定长度的锥体的最优轮廓是最小化GAM的轮廓，即第一锥体段的梯度应优选地最小化。

通过使用模型获得的结论依赖于下述两个假定：(1)进入锥体时，孤波和DW是GV匹配的，(2)孤波并不靠近长波ZDW或光纤材料的损耗边缘。第二假定可有效地在第一锥体段的长度上强制形成上限。该模型预计，当第一锥体段的梯度减少，孤波能够从受限的DW保持更多的能量，且超连续光谱的蓝边上有更多的能量。该模型表明，在GVM因孤波而被破坏的锥腰的后段上，受限的DW仍会有一些蓝移。这是由于在逐渐变粗的最始端、在GVM被完全破坏之前，孤波的尾部使得DW较少地蓝移。

在提供能够解释结果的理论框架中上述模型被证明是有用的，但其对于本发明的有效性并不是必须的，且并不用于以任何方式来限制本发明的范围。但在定义本发明的实施例时将考虑该模型。

基于上述理论理解，通过平衡长度L₀,L₁、关于光纤参数（例如色散曲线）的特征的梯度曲线以及泵浦源的脉冲特性可获得用于超连续光谱应用的光纤的重要实施例。根据该理论框架，通过利用沿锥体变化的群速度曲线以及群速度匹配的孤波造成的DW连续蓝移，第一锥体段L₁用来使蓝边朝着更短的波长漂移。锥体之前的段被设计为接收泵浦光。其可进一步地用来通常通过调制非稳定性而从泵浦脉冲中生成孤波脉冲，以及导致孤波的部分红移且生成超连续光谱的部分。在一个实施例中，长度L₀被选择为足够的长以生成相当部分的将被锥体操纵的孤波和DW。在一个实施例中，长度L₀被选择为较短的或甚至为零，因而第一锥体段中实施这一初始生成。如上所解释的，对于锥体的长度，通常泵浦脉冲的持续时间是重要的，且期望L₀的最优长度基于根据孤波个数N的泵浦脉冲长度，由N²=γP₀T₀ ²/|β₂|给出，其中γ是非线性参数，P₀是泵浦峰值功率，T₀是泵浦脉冲长度，β₂是群速度色散。孤波个数越大，SCG过程就越有效，且需要的L₀和/或L₁就越短。通常L₀的长度是非零的，以允许校正错误的拼接且无需牺牲第一锥体段的长度。在一个实施例中，锥腰的长度优选地较短以使用所有可能的长度来最小化逐渐变细的梯度G₁且避免过多的孤波红移至损耗边缘。在一个实施例中，L₂和L₃可尽可能的短以最小化损耗和时间脉冲色散。

基于上述内容，一个实施例中，L₀的长度小于150m，例如小于100m，例如小于50m，例如小于30m，例如小于20m，例如小于10m，例如小于5m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于0.75m，例如小于0.5m，例如小于0.3m，例如小于0.1m。在一个实施例中，L₂小于50m，例如小于30m，例如小于20m，例如小于10m，例如小于5m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于0.75m，例如小于0.5m，例如小于0.3m，例如小于0.1m。在一个实施例中，L₃小于50m，例如小于30m，例如小于20m，例如小于10m，例如小于5m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于0.75m，例如小于0.5m，例如小于0.3m，例如小于0.1m。

在一个实施例中，L₁的长度小于150m，例如小于100m，例如小于50m，例如小于30m，例如小于20m，例如小于10m，例如小于5m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于0.75m，例如小于0.5m，例如小于0.3m。然而如上所述，优选相对较低的梯度以有效地耦合孤波和DW。因而，在一个实施例中，L₁的长度大于0.3m，例如大于0.75m，例如大于1m，例如大于1.5m，例如大于2m，例如大于3m，例如大于4m，例如大于5m，例如大于6m，例如大于7m，例如大于8m，例如大于9m，例如大于10m，例如大于13m，例如大于15m，例如大于17m，例如大于20m。这里，在一个实施例中，用于比较“小于”和“大于”的上述值可组合以形成区间。

在一个实施例中，用于L₁和L₂的上述值可与上述的梯度进行组合。

在一个实施例中，第一和第二锥体段的长度不同，可由方程式L₂=y·L₁来表示长度的不同，其中y小于1，例如小于约0.9，例如小于约0.8，例如小于约0.7，例如小于约0.6，例如小于约0.5，例如小于约0.4，例如小于约0.3，例如小于约0.25，例如小于约0.2，例如小于约0.15，例如小于约0.1，例如小于约0.05，例如小于约0.04，例如小于约0.03，例如小于约0.02，例如小于约0.01，例如小于约0.005，例如小于约0.002，例如小于约0.001，例如小于约0.0005。

第二锥体段可逐渐变粗至一尺寸，从而光纤可相对容易地耦合至诸如其他光纤或光纤器件。

第一和第二锥体段具有不同长度的一个优点在于当设置为生成宽带光的泵浦光信号传输通过例如纤芯直径减少的锥体段时，当纤芯直径在诸如数米的较长的逐渐变细段上减少时，例如电磁光谱的蓝光部分的波长的较短波的光的生成可更加有效。然而，发明者已认识到，原始纤芯直径在第二锥体段上的较长的逐渐变粗可导致例如在第一锥体段上生成的宽谱信号的例如色散相关的时间展宽。发明者进一步地发明出用于实现具有较长逐渐变细段及其之后的非常短的逐渐变粗段的光纤的方法和设备。

相较于现有技术中先剥去光纤的覆层，再在拉锥站上锥化，然后再覆层的锥体，本发明的设备可提供直接在锥形光纤上覆层的优点。本发明的设备和方法在制备光纤时直接进行锥化，因而无需在所谓拉锥站上制备光纤锥体的一些现有技术方法中所必需的诸如剥皮和再覆层的后处理步骤。

纤芯区域可为被具有不同有效折射率的包层区域包围的单材料纤芯，例如氧化硅纤芯。

在一个实施例中，在所述第一锥体段上使纤芯区域逐渐变细，从所述第一纵向位置上的第一纤芯面积A₁变至所述锥腰上的锥腰纤芯面积A_w，且在所述第二锥体段上使纤芯区域逐渐变粗至所述第二纵向位置上的第二纤芯面积A₂。锥腰纤芯面积可以是沿锥形段的最小横截面纤芯面积。

在微结构光纤中，纤芯面积可定义为设置为直接围绕纤芯的光纤单元的内切圆的面积。

在一个实施例中，光纤包括输入端和输出端。纤芯区域在该输入端可具有输入纤芯面积A_in，在该输出端可具有输出纤芯面积A_out。

在一个实施例中，A_in基本上等于A_out。

在一个实施例中，A_in大于A_out。

在一个实施例中，A_in小于A_out。。

光纤在所述输入端的外直径可基本上等于所述光纤在所述输出端的外直径。

在本发明中，除非另有说明，光纤的“外直径”这一术语指不包括任何保护覆层的最外侧包层的最大横截面尺寸。一些情况下，术语“包层直径”可用于表示该直径。

光纤可包括布置在所述输入端和所述锥形段之间的输入段，和/或布置在所述锥形段和所述输出端之间的输出段。

在一个实施例中，一段光纤布置在输入端和第一纵向位置之间。该段的长度可大于约0.01mm，例如大于0.1mm，例如大于0.5mm，例如大于1mm，例如大于5mm，例如大于10mm，例如大于20mm，例如大于50mm，例如大于100mm。

在一个实施例中，一段光纤布置在第二纵向位置和输出端之间。该段的长度可大于约0.01mm，例如大于0.1mm，例如大于0.5mm，例如大于1mm，例如大于5mm，例如大于10mm，例如大于20mm，例如大于50mm，例如大于100mm。

这些输入和输出段都可包括所述特征值基本不变的段和/或其中光纤具有诸如布置在第一锥体段之前的前锥体段和/或布置在所述第二锥体段之后的后锥体段的段，其中前锥体段和后锥体段中，所述特征值可变化。

光纤可由锥体段组成，即锥体段可从光纤的输入端延伸至输出端。

在一个实施例中，包层区域在所述第一长度上从第一包层面积A_cl,1逐渐变细至锥腰包层面积A_cl,w和/或在所述第二长度上逐渐变粗至第二包层面积A_cl,2。

逐渐变细和逐渐变粗可实施为在锥形段的两端的所述特征值基本相同。在一个实施例中，第一纤芯面积基本等于所述第二纤芯面积。在一个实施例中，第一包层面积基本等于所述第二包层面积。在一个实施例中，基本等于指的是相差小于30%，例如相差小于20%，例如相差小于10%，例如相差小于5%，例如相差小于1%。

锥腰可大体上定位于沿光纤纵向的一个点上。当第一和第二锥体段布置为基本在方向上彼此连续时，可获得这种定位的锥腰。

锥腰可被包含在锥腰段上，其在腰长L_w上沿锥形光纤的纵轴延伸，锥腰段布置在第一锥体段和第二锥体段之间。特征可具有最小值或在大部分所述锥腰段上基本等于其的值，从而在大部分所述锥腰段上的特征值的变化可小于所述特征值在所述锥腰中的最小值的约25%，例如小于约15%，例如小于约10%，例如小于约8%，例如小于约5%，例如小于约2%，例如小于约1%，例如所述特征沿所述大部分锥腰段长度是不变的。所述大部分为至少约50%，例如至少约60%，例如至少约70%，例如至少约80%，例如至少约90%，例如至少约95%，例如100%的锥腰段。这种锥腰段可称为均匀锥腰段。

在一个实施例中，锥腰段大体上为锥形结构中的一个点，例如当锥体长度与锥腰段中光纤的外直径相当时。锥腰段的长度可小于约1mm，例如小于约0.5mm，例如小于约0.2mm，例如小于约0.1mm。

在一个实施例中，锥腰段长度L_w大于约0.001m，例如大于0.01m，例如大于0.1m，例如大于0.2m，例如大于0.3m，例如大于0.5m，例如大于1m，例如大于2m，例如大于5m，例如大于10m，例如大于20m，例如大于35m，例如大于50m，例如大于100m，例如大于200m。锥腰段长度可小于约10km，例如小于约5km，例如小于约1km。

对于根据本发明的光纤的许多应用中，光纤为非线性光纤。这种光纤已知用于展现较大的非线性效应，例如在宽带光源中的SCG中是有用的，例如白光光源。

在一个实施例中，对于波长为1064纳米的信号，在所述输入端的纤芯区域的非线性系数大于约0.5W^-1km^-1，例如大于约1W^-1km^-1，例如大于约2W^-1km^-1，例如大于约5W^-1km^-1，例如大于约8W^-1km^-1，例如大于约10W^-1km^-1，例如大于约12W^-1km^-1，例如大于约15W^-1km^-1，例如大于约20W^-1km^-1，例如大于约25W^-1km^-1，例如大于约50W^-1km^-1，例如大于约75W^-1km^-1，例如大于约100W^-1km^-1，例如大于约150W^-1km^-1，例如大于约200W^-1km^-1，例如大于约250W^-1km^-1，例如大于约400W^-1km^-1。在一个实施例中，对于波长为1064纳米的信号，在所述输入端的纤芯区域的非线性系数小于约400W^-1km^-1，例如小于约250W^-1km^-1，例如小于约150W^-1km^-1，例如小于约100W^-1km^-1，例如小于约50W^-1km^-1，例如小于约25W^-1km^-1，例如小于约10W^-1km^-1，例如小于约5W^-1km^-1，例如小于约1W^-1km^-1。上述“小于”和“大于”值可组合以形成区间。

在一个实施例中，对于波长为1064纳米的信号，在所述锥腰的纤芯区域的非线性系数大于约0.5W^-1km^-1，例如大于约1W^-1km^-1，例如大于约2W^-1km^-1，例如大于约5W^-1km^-1，例如大于约8W^-1km^-1，例如大于约10W^-1km^-1，例如大于约12W^-1km^-1，例如大于约15W^-1km^-1，例如大于约20W^-1km^-1，例如大于约25W^-1km^-1，例如大于约50W^-1km^-1，例如大于约75W^-1km^-1，例如大于约100W^-1km^-1，例如大于约150W^-1km^-1，例如大于约200W^-1km^-1，例如大于约250W^-1km^-1，例如大于约400W^-1km^-1。在一个实施例中，对于波长为1064纳米的信号，在所述锥腰的纤芯区域的非线性系数小于约400W^-1km^-1，例如小于约250W^-1km^-1，例如小于约150W^-1km^-1，例如小于约100W^-1km^-1，例如小于约50W^-1km^-1，例如小于约25W^-1km^-1，例如小于约10W^-1km^-1，例如小于约5W^-1km^-1，例如小于约1W^-1km^-1。上述“小于”和“大于”值可组合以形成区间。

在一个实施例中，有利的是在输入端具有较低的非线性，通常与大纤芯关联以利于容易地耦合至光纤，在锥腰处具有大的非线性以增加非线性特性。在一个实施例中，光纤是包含至少沿着部分光纤长度的微结构的微结构光纤，所述微结构包含多个微结构单元。微结构可至少部分地保持为沿所述第一锥体段的至少一部分和/或沿所述第二锥体段的至少一部分和/或沿所述锥腰段的至少一部分。

微结构可包含不同类型的微结构单元，例如包含具有与单元所嵌入的背景材料的折射率不同的折射率的材料的单元。微结构单元可包括气孔和/或相对于背景材料上掺杂（up-doped）和/或下掺杂（down-doped）的材料，例如掺杂有诸如F、Ge、P、B或它们的组合的折射率改变材料的氧化硅材料。

至少部分地由于微结构，光纤的折射率曲线可使得纤芯区域传导光线。布置在包层区域中的微结构用以提供纤芯区域和包层的微结构部分之间的折射率差，所述折射率差至少约1·10^-3，例如至少约2·10^-3，例如至少约5·10^-3，例如至少约1·10^-2，例如至少约2·10^-2，例如至少5·10^-2，例如至少约1·10^-1。

微结构单元可包括多个具有第一最大横截面尺寸的第一类型单元，例如第一单元直径d_f，所述第一类型单元被布置在基本上周期性的格子中，具有间距∧，被定义为两个相邻单元之间中心-中心的距离等于∧。

在一个实施例中，第一锥体段和/或第二锥体段和/或锥腰段被布置为使得所述第一单元直径和所述间距之间的比值d_f/∧沿着第一锥体段和/或第二锥体段和/或锥腰段大体上是不变的。

对于其中较强的限制是有利的应用，气孔的相对尺寸可相对较大，从而d_f/∧较大，而一些情况下，优选较低的比值，例如以在具有大模面积的光纤中提供单模工作。基于该应用，至少沿部分所述光纤的比值d_f/∧可在约0.3至约0.95的范围内，例如在约0.4至约0.9的范围内，例如在约0.5至约0.8的范围内。在一个实施例中，由于d_f/∧小于约0.42，从而光纤对所有的波长都是单模的。在一个实施例中，优选地光纤对泵浦波长是单模的，通常泵浦波长为1064nm，这意味着d_f/∧小于约0.52。在一个实施例中，至少在输入端的这些值例如用于控制泵浦光是否耦合入高阶模，基于应用这或许是需要的或是不需要的。例如，高阶模可经历另一色散曲线和/或ZDW，从而以不同于基模光的方式生成了超连续光谱。另一方面，在一些应用中，生成多模的超连续光谱是不合需要的。在一个实施例中，至少在输出端上的上述d_f/∧值例如匹配于后续光纤和/或输出光的过滤模内容。

进一步地，较大尺寸的低折射率单元，诸如气孔，可通过群速度匹配来降低超连续光谱的蓝边波长。

在所述第一锥体段中的逐渐变细可降低所述间距，使得所述锥腰段中的间距与所述第一纵向位置处的间距之间的比值小于约0.9，例如小于约0.8，例如小于约0.7，例如小于约0.6，例如小于约0.5，例如小于约0.4，例如小于约0.3，例如小于约0.2，例如小于约0.1。

在一个实施例中，锥腰纤芯面积和第一纤芯面积之间的比值在约0.05至约0.8的范围内，例如在约0.1至约0.7的范围内，例如在约0.15至约0.6的范围内，例如在约0.2至约0.5的范围内，例如在约0.25至约0.4的范围内。

光纤的不同段的长度可设置为所述锥腰段的长度L_w小于所述第一锥体段L₁的长度。所述锥腰段L_w的长度可大于、小于或基本上等于所述第二锥体段L₂的长度。

在一个实施例中，锥腰的纤芯面积小于约20μm²，例如小于约15μm²，例如小于约12μm²，例如小于约10μm²，例如小于约8μm²，例如小于约6μm²，例如小于约5μm²，例如小于约4μm²，例如小于约3μm²，例如小于约2μm²，例如小于约1μm²。

纤芯区域支持纤芯基模，在所述第一纵向位置和/或所述锥腰和/或所述输入端可具有约300nm至约3000nm范围内的零色散波长λ_ZDW，例如在约300nm至约2600nm范围内，例如在约300nm至约2200nm范围内，例如在约450nm至约1800nm范围内，例如在约600nm至约1600nm。

在一个实施例中，零色散波长在第一锥体段中降低和/或在所述第二锥体段中增大。

对于以第一波长λ₁传导的光，纤芯基模在所述第一纵向位置和/或所述锥腰和/或所述输入端具有小于约20μm的模场半高全宽直径，例如小于约10μm，例如小于约8μm，例如小于约6μm，例如小于约5μm，例如小于约4μm，例如小于约3μm，例如小于约2μm，例如小于约1μm。

在一个实施例中，第一长度大于约1m，例如大于约3m，例如大于约5m，例如大于约8m，例如大于约10m，例如大于约15m，例如大于约20m，例如大于约30m，例如大于约50m，例如大于约75m，例如大于约100m，例如大于约150m，例如大于约200m。

在一个实施例中，第二长度小于约10m，例如小于约8m，例如小于约5m，例如小于约4m，例如小于约3m，例如小于约2m，例如小于约1.5m，例如小于约1m，例如小于约0.8m，例如小于约0.6m，例如小于约0.4m，例如小于约0.2m，例如小于约0.1m。

在一个实施例中，第一和第二锥体段的长度的和L₁+L₂大于约1m，例如大于约2m，例如大于约3m，例如大于约4m，例如大于约5m，例如大于约6m，例如大于约7m，例如大于约8m，例如大于约9m，例如大于约10m，例如大于约15m，例如大于约20m，例如大于约30m，例如大于约50m，例如大于约75m，例如大于约100m，例如大于约150m，例如大于约200m。在一个实施例中，第一和第二锥体段的长度的和L₁+L₂小于约200m，例如小于约150m，例如小于约100m，例如小于约50m，例如小于约30m，例如小于约15m，例如小于约10m，例如小于约9m，例如小于约8m，例如小于约7m，例如小于约6m，例如小于约5m，例如小于约4m，例如小于约3m，例如小于约2m，例如小于约1.5m，例如小于约1m。这里，任意组合的区间理论上都是可能的，例如1.5m和25m之间的长度。该和受所述光纤预制棒拉制出的光纤的整个长度限制。同样地，通常也期望限制光纤的长度以减低成本，以及限制光纤对光纤中生成的光造成的损耗。因而，通常最理想地将光纤长度限制为这样的长度，在其之后，光沿光纤的进一步传播基本上不展宽光谱，且所需要的任意锥化允许光纤耦合至后续光学器件，例如光纤器件。发明人预料若使用较长的泵浦脉冲，则所需的光纤长度将增加。因而，对几个ps的区间中的泵浦脉冲，L₁+L₂的和期望为在1m至20m范围内的最优值，例如在1m至15m范围内，例如在1m至10m范围内，例如在3m至10m范围内，例如在5m至10m范围内，例如在5m至8m范围内。在一个实施例中，几个ps的范围被理解为从0.5ps至750ps，例如从0.6ps至500ps，例如从0.7ps至300ps，例如从0.8ps至100ps，例如从0.9ps至50ps，例如从1ps至25ps。然而在一个实施例中，这种长度对于更长的脉冲是足够的，例如从0.5ns至1000ns，例如从0.5ns至750ns，例如从0.6ps至500ps，例如从0.7ps至300ps，例如从0.8ps至100ps，例如从0.9ps至50ps，例如从1ps至25ps。对于微秒脉冲和CW，L₁+L₂的最优长度期望的量级为1m或更高，例如10m或更高，例如30m或更高，例如50m或更高，例如75m或更高，例如100m或更高，例如200m或更高。在一个实施例中，第一和第二锥体段的长度的和L₁+L₂可小于约10km，例如小于约5km，例如小于约1km，例如小于500m，例如小于300m，例如小于200m，例如小于100m。

本发明的发明构思并不限于任何特定的光纤材料。锥形光纤包括的材料可选自氧化硅玻璃、硫系玻璃、软玻璃、高分子材料和任意其他适于制备光纤的材料所构成的组。

第一波长可在约400nm至约1600nm的范围内，例如在约600nm至约1400nm的范围内，例如在约800nm至约1200nm的范围内，例如在约900nm至约1100nm的范围内。

在一个实施例中，第一纤芯面积基本上等于所述输入纤芯面积。在一个实施例中，第二纤芯面积基本上等于所述输出纤芯面积。

泵浦源被设置为发射cw或准cw光或秒区间、毫秒区间、微秒区间、纳秒区间或皮秒区间中的光脉冲。如果该技术可用于短塔锥体，根据本发明的光纤也可适用于fs区间。每个泵浦脉冲的能量在小于约1s的时间范围内被耦合入锥形光纤的纤芯中，例如小于100ms，例如小于50ms，例如小于10ms，例如小于1ms，例如小于100μs，例如小于50μs，例如小于10μs，例如小于1μs，例如小于100ns，例如小于10ns，例如小于1ns，例如小于750ps，例如小于500ps，例如小于250ps，例如小于100ps，例如小于50ps，例如小于25ps，例如小于10ps，例如小于5ps，例如小于3ps，例如小于1ps。在本发明的说明书中，所考虑的脉冲持续时间为半高宽的持续时间。PCT-DK2010-050224中描述了适于将具有较长的持续时间的脉冲射入光纤的一些泵浦系统。

在一个实施例中，对以所述第一波长和/或所述中心波长传播的光，纤芯区域在沿光纤的整个长度上基本上都是单模的。

拉制塔的线速度增加所用的的较短时间间隔可小于约5秒，例如小于约3秒，例如小于约2秒，例如小于约1秒，例如小于约0.5秒，例如小于约0.2秒，例如小于约0.1秒。

所述加速度和所述减速度造成的线速度的变化可使得第一线速度与第二线速度与第二线速度的差大于约20%，例如大于约30%，例如大于约50%，例如大于约60%，例如大于约75%，例如大于约100%，例如大于约150%，例如大于约200%，例如大于约300%，例如大于约400%。

光纤的数个特征在锥形段中发生变化，例如光纤直径、纤芯面积、包含诸如气孔或实心棒的微结构包层的间距。绞盘单元通过向光纤预制棒的第一端施加牵引力，可以很大程度地控制这些特征值。牵引力使得以一线速度拉制光纤，其中质量守恒定律确定了拉制光纤的横截面尺寸。供料速度至少部分地确定供应的预制材料的体积，即适合于拉制光纤的材料的体积，而线速度至少部分地确定由供应的预制材料的体积所拉制出的光纤的长度。因而，供料速度和线速度一起确定了光纤特征的横截面尺寸，这两者的改变将引起横截面尺寸的变化。对于供料速度基本恒定的情况，线速度的增加将导致光纤横截面尺寸的减少，而降低线速度可获得光纤横截面尺寸的增加。若线速度基本恒定，则光纤横截面尺寸基本上恒定。若线速度增加，即存在线速度的加速度，则光纤的横截面尺寸将减少。若线速度降低，即存在线速度的减速度，则光纤的横截面尺寸将增大。

被设计为用于制备光纤的拉制塔通常注重于提供非常稳定的线速度以提供在很长的光纤长度上具有高度均匀性的光纤，即光纤在几千米的光纤长度上具有例如恒定的外尺寸。因而这种系统并不适于制备包含逐渐变粗段和/或逐渐变细段的锥形光纤，该逐渐变粗段和/或逐渐变细段需要在几米或几十米上显著地减少或增大光纤的横截面尺寸。

本发明的发明人已实现了一种新方法和拉制塔结构，改进了对线速度的控制。

线速度v可以是由能够在较长时间间隔上提供基本恒定的线速度v1的第一绞盘单元的贡献和能够在较短时间间隔上提供加速度和/或减速度的线速度改变单元的贡献的和，即v=v1+v2，其中v2是线速度改变单元的贡献。

在本发明的一个实施例中，线速度改变单元被包含在所述第一绞盘单元内，从而所述第一绞盘单元在一些时间间隔上提供基本恒定的线速度，在另一些时间间隔上提供所述加速度和/或减速度。

在发明的一个实施例中，线速度改变单元和所述第一绞盘单元是独立的单元，其中所述第一绞盘单元在所述较长时间间隔上对线速度提供基本恒定的贡献，而所述线速度改变单元可在所述较短时间间隔上提供加速度或减速度。线速度改变单元以可对线速度提供基本恒定的贡献，即在一段光纤上v2具有恒定且限定的值。

在一个实施例中，线速度改变单元通过增加或减少从所述预制棒的第一端至所述第一绞盘单元之间的拉制光纤所沿着的光纤路径的长度来改变其对线速度的贡献。

在本发明的说明书中，“光纤路径”指的是由所述光纤预制棒的第一端至所述第一绞盘单元的路径。该路径通常包括基本直的段和弯曲以及由诸如轮盘的旋转支持件提供的匝圈。

在一个实施例中，在较短时间间隔期间内，拉制光纤的长度由沿第一路径移动至沿第二路径，其中所述第二路径在长度上不同于所述第一路径。通过包含在所述线速度改变单元中的移动单元来实现这一移位。移动单元也被称为移位单元。在一个实施例中，在拉制光纤的长度移动的过程中，线速度由所述第一线速度改变至所述第二线速度。

第二路径的长度可大于第一路径的长度，光纤路径的改变可包括加速，在此期间随着路径的改变（相对于拉制光纤沿第一路径）移位导致了线速度的增加。如果移位包含所述线速度改变单元对线速度的恒定贡献的部分，拉制出的光纤的横截面尺寸对应于等于第一绞盘单元和线速度改变单元贡献的和的速度。当移位达到保持一段时间的程度，则线速度改变单元的贡献为零，且线速度返回至与光纤沿第一路径时相同的值。

下文，通常使用光纤直径和/或纤芯面积的改变来做为描述光纤锥化的示例，但也可使用光纤的其他特征，使用这两个特征中的一个或两者所进行的任意描述并不必要地限制于这些特征，对于诸如包层面积的其他特征也是等同有效的。

在一个实施例中，移动单元包括至少一个能够支持拉制光纤的支持件，以及至少一个移动该支持件的平移装置，从而在所述平移装置进行移动之前拉制光纤沿所述第一路径，在进行移动之后沿所述第二路径

当支持件的移动停止时，线速度改变单元不再对牵引力做出贡献，线速度降低至支持件移动之前的值，从而使光纤直径根据移动过程中光纤路径长度的改变而减少或增大至移动之前的值。

如果平移装置在加速移动支持件时增加了光纤路径长度，施加在光纤预制棒的第一端的牵引力增大，光纤直径会减小，即光纤逐渐变细。另一种描述方式是当供料速度基本恒定时线速度增大，从而由供应的预制材料拉制出更长段的光纤，根据质量守恒定律光纤的直径减小。

如果平移装置在加速移动支持件时减少了光纤路径长度，则施加在光纤预制棒的第一端的牵引力减小，光纤直径会增大。

如果支持件移动使得光纤路径的长度增加，则线速度改变单元的贡献值是正的，相较于线速度改变单元不移动的情况光纤直径更小。如果随后支持件减速，则线速度改变单元的正贡献值减少，光纤直径和/或纤芯面积增大。如果支持件减速至停止，则该正的贡献值等于零。

如果支持件移动使得光纤路径的长度减小，则线速度改变单元的贡献值是负的，相较于线速度改变单元不移动的情况光纤直径更大。如果随后支持件减速，则线速度改变单元的负贡献值减少，光纤直径减小。如果支持件减速至停止，则该负的贡献值等于零。

在拉制光纤的长度的移位过程中，线速度可从所述第一线速度变至所述第二线速度。

在一个实施例中，平移装置能够以预定的速度曲线来移动所述支持件，其中预定的速度曲线至少部分地确定所述线速度改变单元对线速度的贡献。预定的速度曲线可包括一个或多个部分，其中支持件加速、减速、以基本恒定的速度移动或保持在基本恒定的位置。

预定的速度曲线可包括所述支持件的加速部分，例如其中所述线速度改变单元对线速度的贡献是正值的部分。

所述预定的速度曲线可包括速度基本恒定的部分，从而以不同于第一绞盘单元的贡献的基本恒定的水平保持线速度。据此，可在锥形段中定义锥腰段。

预定的速度曲线可包括所述支持件的减速部分，例如其中所述线速度改变单元对线速度的贡献减少的部分。

在一个实施例中，加热单元将所述第一光纤材料加热至所述第一材料的熔解温度附近或更高的温度。

预制棒夹具和加热单元布置为相对彼此移动，即预制棒夹具可移动和/或加热单元可移动。

预定的速度曲线可包括所述支持件基本不移动的部分，例如所述线速度改变单元对线速度的贡献基本为零的部分。

预定的速度曲线可包括所述支持件移动从而所述线速度改变单元对线速度的贡献为负值的部分。在一个实施例中，拉制光纤沿第一路径，预定的速度曲线包括光纤被移位至路径长度较短的第二路径的移动，该移动导致了线速度的减速以及光纤的逐渐变粗。

理论上，预定的速度曲线可由一个或多个具有诸如加速和减速的组合的部分构成，可使用根据本发明的方法和拉制塔来实现各种各样的锥形轮廓。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括支持件的加速，随后是所述支持件基本不移动的部分，从而在所述支持件的所述加速期间路径长度和线速度增加，在所述支持件基本不移动的部分路径长度和线速度保持基本恒定。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括支持件的加速，随后是所述支持件基本不移动的部分，从而在所述支持件的所述加速期间路径长度和线速度增加，在所述支持件基本不移动的部分路径长度和线速度保持基本恒定。基于加速的持续时间，这种预定的速度曲线可导致长的第一锥体段和短的第二锥体段。

光纤预制棒可包括至少第一气孔，所述光纤预制棒的第二端设置在预制棒夹具中，该预制棒夹具包括与至少所述第一气孔和至少第一压强控制器流体连通的基本气密的第一内腔，根据本发明的方法可包括在拉制锥形光纤的至少部分期间内将所述第一气孔加压至第一压强。在本发明的说明书中，基本气密的内腔指的是在内腔内部可保持与外界不同的压强。

光纤预制棒可进一步地包括至少第二气孔，预制棒夹具可包括与至少所述第二气孔和至少第二压强控制器流体连通的基本气密的第二内腔，根据本发明的方法可包括在拉制锥形光纤的至少部分期间内将所述第二气孔加压至第二压强。

在一个实施例中，在拉制光纤的至少部分期间内，第一和第二压强不同。

在一个实施例中，在拉制光纤期间，第一压强和/或所述第二压强基本上恒定。

在一个实施例中，在拉制光纤期间，第一压强和/或所述第二压强发生变化。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括所述支持件加速的部分。当支持件加速，基于速度曲线该部分中路径长度的改变，所述线速度改变单元对线速度的贡献可以是正的或负的。当加速是减少路径长度的移动的一部分，所述加速对线速度的贡献是负的，且在加速期间光纤直径增大。当加速是增大路径长度的移动的一部分，所述加速对线速度的贡献是正的，且在加速期间光纤直径缩小。如果支持件在加速的最初阶段已经移动，且支持件的速度进一步地增加，则加速可进一步地增大线速度改变单元的负的或正的贡献值的大小，而光纤直径可分别进一步地增大或缩小。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括所述支持件减速的部分。与预定的速度曲线包括加速部分的情形相似，当支持件减速时，基于路径长度的改变，所述线速度改变单元对线速度的贡献可以是正的或负的。当减速是减少路径长度的移动的一部分，则减速使得所述线速度改变单元对线速度的负的贡献值减少，且在减速期间光纤直径缩小。当减速是增大路径长度的移动的一部分，则减速使得所述线速度改变单元对线速度的正的贡献值减少，且在减速期间光纤直径增大。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括速度基本恒定的部分。如果该部分中第一绞盘单元向线速度提供基本恒定的贡献，则线速度基本不变，因而光纤直径基本不变。如果以基本恒定的速度移动使得光纤路径的长度减小，则光纤直径要大于线速度改变单元的贡献为零时的光纤直径。如果以基本恒定的速度移动使得光纤路径的长度增大，则光纤直径要小于线速度改变单元的贡献为零时的光纤直径。

在一个实施例中，预定的速度曲线包括所述支持件基本不动的部分，例如其中所述线速度改变单元对线速度的贡献基本为零的部分。

在第一绞盘单元的贡献基本恒定的时间范围上，线速度改变单元的贡献可以发生变化。

在一个实施例中，支持件包括至少一个能够支持拉制光纤且允许光纤相对支持件移动的轮盘。

在一个实施例中，移动单元包括多个设置在一个或多个平移装置上的诸如轮盘的支持件，平移装置能够相对彼此移动所述支持件的至少一部分。平移装置可设置为移动所述多个支持件从而使两个相邻的支持件在相对于第一路径相反的方向上移动拉制光纤。移动单元例如可设置为使得拉制光纤在支持件加速以前沿着穿过移动单元的基本笔直的路径，而在加速后穿过移动单元的路径沿着蜿蜒的图形。也可使用相反的情形，从而加速和支持件的移动使得光纤从沿着蜿蜒的路径变至沿着穿过移动单元的基本笔直的路径。这种配置可相对紧凑，且相对于支持件的移动可提供路径长度更大的变化。

根据本发明的方法和拉制塔可用于制造具有各种各样沿着光纤纵向的特征曲线的光纤。例如能够实现这样的曲线，相对于在光纤的第一和/或第二端上的光纤纤芯面积，光纤纤芯面积在一段光纤上增大。可通过初始设置拉制光纤沿着长于拉制塔的最短光纤路径的光纤路径来实现这种曲线。在拉制一段光纤并随后移动至沿最短路径、且这种移动的加速的过程中，纤芯面积增大。随后，拉制光纤被移动至再次沿着较长的光纤路径且在这种移动的加速的过程中，纤芯面积缩小。

在一个实施例中，拉制塔包括用于控制供料单元和/或加热单元的至少之一的控制系统。

平移装置可被一控制单元控制，该控制单元是独立的单元或是所述控制系统的一部分。

可在光纤锥化的同时进行压强控制。

借由同步的压强控制，可实现这样的光纤，其中纤芯区域在锥形段上锥化，但光纤外直径保持基本恒定。

压强控制的同步化可使得至少第一组气孔中的压强在光纤的锥化之前和/或期间和/或之后发生变化。

在实施例中，第一组气孔的压强在锥化之前改变，即在线速度增加之前，光纤外直径和/或光纤中第一组气孔的气孔的横截面面积在锥化之前增大。

在一个实施例中，拉制塔包括压强控制系统，该压强控制系统包括第一腔室和通过流动通道连接所述第一腔室和第一组气孔的流动系统，所述压强控制系统包括用于对所述第一腔室加压的泵浦，所述流体系统包括能够在第一时间段△t₁内打开的开/关阀，当所述阀打开时所述第一腔室与所述第一组气孔流体接触，其中△t₁小于约10秒，例如小于约5秒，例如小于约2秒，例如小于约1秒，例如小于约0.5秒，例如小于约0.2秒，例如小于约0.1秒，例如小于约0.05秒，例如小于约0.01秒，例如小于约0.001秒。

拉制塔可包括能够向所述锥形光纤提供保护覆层的包覆单元。在一个实施例中，包覆单元被设置为在所述线速度改变单元和所述第一绞盘单元之间的一个位置上施加所述覆层。在一个实施例中，包覆单元被设置为在所述线速度改变单元和所述预制棒夹具之间的一个位置上施加所述覆层。

在一个实施例中，在拉制光纤时，供料速度和第一绞盘单元对线速度的贡献可独立地发生改变。

第一组气孔可包括一个或多个气孔。

在一个实施例中，连接至第一腔室的泵浦能够在所述第一腔室中建立气压，该气压足够高从而当所述开/关阀打开时所述流动系统中的压强以约为1.5的系数增大，例如以约为2的系数，例如以约为2.5的系数，例如以约为3的系数，例如以约为3.5的系数，例如以约为4的系数，例如以约为5的系数，例如以约为7的系数，例如以约为8的系数，例如以约为10的系数，例如以约为12的系数，例如以约为15的系数，例如以约为20的系数。

在一个实施例中，在所述第一腔室中建立的气压大于15kPa，例如大于20kPa，例如大于25kPa，例如大于30kPa，例如大于40kPa，例如大于50kPa，例如大于60kPa，例如大于70kPa，例如大于80kPa，例如大于100kPa。

在一个实施例中，相较于连接第一腔室和第一组气孔的流动系统部分的体积V_fs，第一腔室具有更大的体积。第一腔室的体积和V_fs之间的比值可大于约1.5，例如大于约2，例如大于约3，例如大于约4，例如大于约5，例如大于约7，例如大于约10，例如大于约20。对于较大的该比值，在开/关阀打开之后施加至气孔的压强基本上等于当开/关阀打开时在第一腔室中建立的压强。

在一个实施例中，连接至第一腔室的泵浦能够将所述第一腔室中的气压降低至足够低的水平，从而当所述开/关阀打开时，所述流动系统中的压强以约为1.5的系数减小，例如以约为2的系数，例如以约为2.5的系数，例如以约为3的系数，例如以约为3.5的系数，例如以约为4的系数，例如以约为5的系数，例如以约为7的系数，例如以约为8的系数，例如以约为10的系数，例如以约为12的系数，例如以约为15的系数，例如以约为20的系数。

理论上，开/关阀包括能够在所述第一时间段内打开的任意类型的阀，例如电磁阀。

压强控制系统可包括设置在所述开/关阀和所述预制棒之间的流动路径中的压强头，所述压强头包括用于连接至第一腔室的第一入口和用于连接至第二压强源的第二入口，以及用于连接至所述第一组气孔的出口。

在一个实施例中，在所述开/关阀打开之前和/或之后，由所述第二压强源在所述压强头中建立的压强低于在所述第一腔室中建立的压强。在所述第一腔室中建立的压强和由第二压强源在压强头中建立的压强之间的比值可大于1.2，例如大于约1.5，例如大于约1.8，例如大于约2，例如大于约2.5，例如大于约3，例如大于约3.5，例如大于约4，例如大于约5，例如大于约6，例如大于约7，例如大于约10，例如大于约15。

在一个实施例中，当所述开/关阀打开时，流动系统能够断开所述第二压强源和所述第一组气孔的连接。可设置关联于所述压强头的第二开/关阀，第二开/关阀能够断开所述第二体积和所述第一组气孔的连接。

在一个实施例中，线速度和第一时间段△t₁设置为使得在第一时间段△t₁内，从预制棒拉制出长度为L_p的光纤段，其中L_p小于100m，例如小于50m，例如小于20m，例如小于10m，例如小于8m，例如小于6m，例如小于5m，例如小于4m，例如小于3m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于0.5m，例如小于0.1m。

在一个实施例中，压强控制系统包括泵浦，其设置为在所述第一时间段内改变与所述第一组气孔流体接触的所述体积中的压强。该泵浦能够在所述第一时间段内以约为1.5的系数改变所述体积中的压强，例如以约为2的系数，例如以约为2.5的系数，例如以约为3的系数，例如以约为3.5的系数，例如以约为4的系数，例如以约为5的系数，例如以约为7的系数，例如以约为8的系数，例如以约为10的系数，例如以约为12的系数，例如以约为15的系数，例如以约为20的系数。

借由能够快速改变提供至与用于微结构光纤的预制棒的气孔流体连通的流动系统的气压的压强控制系统，可在几米长度的拉制光纤上改变光纤的数个特征。例如，在几米长度上，气孔的横截面尺寸增大。

流动系统可与在所述预制棒夹具上的第一和/或第二内腔流体连通。

在一个实施例中，连接至预制棒中的第一组气孔的压强较低以将相对孔尺寸（孔直径与间距的比）调节至较低值。可通过所述第二压强源来提供相对较低的压强。同时，可在所述第一腔室中建立较高的压强，其中腔室也被称为内腔。当打开开/关阀时，流动系统中的压强向较高压强增大，且相对孔尺寸可增大至较高值。

在使用根据本发明的拉制塔的根据本发明的方法中，通过由例如第二压强源提供的较低压强至少部分地控制初始相对孔尺寸。在一给定时间上，打开开/关阀，流动系统中的压强增大，从而拉制的微结构光纤中的气孔和间距在一段长度上增大。可以恒定的线速度和预制棒供应速度来制造光纤，即玻璃横截面面积是恒定的。可通过线速度来控制气孔从较小变至较大的光纤长度。相对较低的线速度可导致在较短长度上发生改变。在一个实施例中，在所述第一腔室中建立的压强被设置为使得在开/关阀打开后流动系统中的压强大于获得期望相对孔尺寸所需要的稳态压强。这也提供了在较短长度L_p上发生的改变。

在一个实施例中，通过在流动系统中提供较低的压强以将相对孔尺寸最初调节为较低的值。在第一腔室中建立高压强。在一给定时间上，打开开/关阀，流动系统中的压强增大，从而拉制的微结构光纤中的气孔和间距在一段长度的光纤上增大。在一定长度之后，光纤逐渐变细至光纤特征的锥腰值，例如光纤外直径或格子间距。使用根据本发明的拉制可获得这种锥体。

为获得较短长度上的变化，拉制速度可较低且在第一腔室中建立的压强可大于用于大的相对孔尺寸的稳态压强。第二锥体段可紧随第一锥体段。在一个实施例中，诸如外直径的光纤的特征值在锥形段之前和锥形段之后基本上相同。

在一个实施例中，通过在增大预制棒的气孔中的气压时改变线速度来调节间距。例如，当相对孔尺寸增大时可维持间距不变。

附图说明

下文中关于优选实施例，更详尽地解释了本发明，参考下述附图：

图1示出根据本发明的拉制塔中的线速度改变单元的实施例；

图2示出沿拉制的锥形光纤测量的包层直径；

图3示出拉制的锥形光纤的输入端和锥腰的图像；

图4和图5示出使用根据本发明的拉制塔可实现的不同的锥体轮廓；

图6示出凹形曲线；

图7示出对微结构光纤的间距的两个值的GAM曲线；

图8示出对于不同波长，GAM与沿第一锥体段的间距的梯度之间的对比关系；

图9示出不同的锥体轮廓和对于沿第一锥体段的间距的不同梯度的蓝边上的能量；

图10示出对于根据本发明的锥形光纤的超连续光谱；

图11示出用于快速改变施加至用于微结构光纤的预制棒的气孔的压强的压强控制系统的示意性设置；

图12示出一些特征如何沿光纤变化的示例；

图13示出微结构光纤的包层直径中的变化；

图14和图15分别示出被拉制塔拉制的微结构光纤示例在输入端和锥腰处的横截面；

图16示出根据本发明的微结构光纤的纵向位置与间距之间的关系；

图17a示出沿光纤的纵向位置与直径之间的关系。光纤包括多个锥体从进而从根据本发明的锥体从光纤中形成子分段；

图17b重叠地示出图17a的两个锥体段，以示出锥体段的再现性的示例。

图18示出用于由纯氧化硅和以三角形形状布置的微结构气孔的包层制成的微结构光纤的可能的蓝边的分布图。

图19示出用于由纯氧化硅和以三角形形状布置的微结构气孔的包层制成的微结构光纤的蓝边、ZDW以红边随间距的变化的示例，其中d_f/∧=0.52。

图20a示出根据本发明的锥体形状的图。

图20b示出根据本发明的锥体可进一步包括缺口（indentations）。

图21示出采用基本相同的泵浦光量，相较于相应未锥化的光纤，根据本发明的锥形光纤输出的光谱。

附图都是示意性的，且为了清晰的目的进行了简化。从始至终，相同的附图标记用来表示相同或相应的部分。

具体实施方式

根据下文给出的具体实施方式，根据本发明的适用性的进一步范围将更加明显。然而，可以理解说明了本发明优选实施例的具体实施方式和特定示例仅是以示意的方式给出，根据具体实施方式，在本发明的精神和范围内进行各种变型和改变对所属领域技术人员而言是明显的。

本发明被独立权利要求的特征定义。优选实施例定义在从属权利要求中。权利要求中的任何附图标记并不旨在对其范围进行任何限制。

上文中已示出了一些优选实施例，但应强调的是本发明并不限于此，在由下述权利要求定义的主题内可以以其他的方式来实施。

参考附图1，描述了绞盘配置，其中线速度改变单元10、11是独立单元，沿从预制棒的第一端至第一绞盘单元的光纤路径布置。线速度改变单元包括具有平移台的移动单元，两个支持件设置在共用板13上，可沿轨道12平移。当板13从附图的上部分“a”中示出的位置平移至附图的下部分“b”中示出的位置时，光纤由沿第一路径14移动至沿第二路径15。采用布置在共用板上的两个支持件（轮盘）以及沿第一路径固定设置的三个轮盘，与移动单元仅具有平移板上的一个支持件的配置相比，第一和第二路径的长度差增大了。通过在平移板和固定部分上增加更多的支持件，可增大第一和第二路径的长度差。如果在示出的配置中固定的支持件安装在与第一共用板13相反的方向上移动的例如第二共用板上，则可进一步地增大该差值。

图2和图3示出由根据本发明的一段拉制的光纤得出的结果，该段构成根据本发明的光纤。图2中示出包层直径沿光纤的变化。输入端在0处，具有约150μm的直径。锥体之前的段具有约为1.6m的长度L₀。在从1.6m处开始到2.6m附近的锥腰处结束的第一锥体段上，即约为1m的长度L₁上，包层直径从150μm逐渐变细至118μm。在从2.6m到3.2m的第二锥体段上，即约为0.6m的长度L₂上，包层直径再次逐渐变粗至150μm。逐渐变粗段之后至4m处的输出端之间的一段具有约为0.8m的长度L₃。附图3示出在输入端（左图）和锥腰处（右图）的光纤横截面的图像。

通常，L₃的长度不为零以允许在无需牺牲第二锥体段长度的情况下校正错误的拼接。可以实现其他的锥形设计，例如图4和5中所示出的，图中示出了一些可能的锥形设计的示意性表示。图中示出了包层直径沿光纤的位置的变化。一个10m长的光纤，在锥体段之前具有150μm的包层直径和4.4μm的间距，在锥体段中光纤逐渐变细至70μm的包层直径和2.0μm的间距。光纤是由基本上为纯的硅和包层制成的微结构光纤，其中包层由以三角形图案排列的气孔形成，其d_f/∧约为0.85，这种相对大的尺寸适于在较短波上提供蓝边（下文参考图18进行讨论）。与下文讨论的光纤相似，比值d_f/∧基本不变。从图18中可看出，对于这种大纤芯，约为2μm的间距是用于在约为350nm的较短波上生成蓝边的最优值。在第一锥体段中，移动单元被加速以提供更长的光纤路径，从而使光纤逐渐变细。一些情况下，移动单元立即停止在一固定位置，从而光纤在较短长度上逐渐变粗至150μm的包层直径。只要移动单元定位于该固定位置（且第一绞盘单元对线速度提供恒定的贡献），则包层直径将维持在150μm。在示出的每个曲线的右侧，与第一纵向位置处的直径相比，光纤直径增大。当移动单元返回至其初始位置从而光纤路径减少时，将产生这种增大。当在拉制时制造多个锥体段时，这种具有增大的包层直径的段可用来辨识出可在哪些位置处将光纤剪切至较小的段，其中每个较小的段都包含锥体段。

图10示出四个不同配置的超连续光谱，其中插图聚焦在光谱的蓝边。用于这些测量的所有光纤都是硅基的微结构光纤，其具有以大致六边形格子排列的气孔，其中相对孔尺寸（孔直径与间距的比值）为0.52且间距为3.3μm。在锥形光纤中，间距逐渐变细至锥腰处的2.5μm。在10m长的均匀光纤（称为光纤1）上进行参照测量101。在具有锥体的第二光纤（称为光纤2）上测量到两个示出的光谱103、104，其中第一锥体段、锥腰和第二锥体段的长度分别为1.25m、0.25m和0.5m。光纤2在锥体之前和之后具有5m长的均匀段。光谱103示出当光纤2从输出端被泵浦时的超连续光谱，即泵浦光在光纤中传播从而在到达第一锥体段之前先到达第二锥体段。光谱104示出当光纤2从输入端被泵浦时的超连续光谱，即泵浦光在光纤中传播从而在到达第二锥体段之前先到达第一锥体段。光谱102示出在具有更长锥体段的第三光纤（称为光纤3）上的测量结果，其中第一和第二锥体段分别具有14m和1m的长度。在光纤3中，在锥体段之前和之后分别设置有长度为2m和1m的均匀光纤段。当从光纤3的输入端射入光线时，测量得到光谱102。

总体上来说，当将光谱102、103和104与均匀光纤的光谱101比较时，图10的光谱证实了锥形段使得短波边缘——也称为蓝边，向着更短的波长漂移（即，从约490nm漂移至约430nm）。对于比边缘更短的波长（这里低于约450nm），测量值低于约-20dBm/nm的快速波动光/尖峰信号并不被认为是超连续光谱的一部分。这种光是由多模效应和测量假象造成的。光纤被泵浦源泵浦，其中泵浦源以80MHz的重复频率、14W的平均输出功率发射波长为1064nm的10ps脉冲。所获得的结果并不限于应用的泵浦源。例如，以约1ps至50ps的脉冲长度发射约900nm至约1300nm的光的泵浦源可期望得到相似的结果。此外，如前所述，其他泵浦激光器也是适用的。

如在插图中清晰可见的，当光纤2从输入端泵浦时（光谱104），与从输出端泵浦相同的光纤（光谱103）相比，蓝边上的信号显著增强。这一观察结果为第一锥体段中较小的梯度可在超连续光谱蓝边上提供更强的信号提供了证据。也即，当蓝边上的可用光功率为重要参数时，缓慢地逐渐变细是优选的。

进一步地，与其他光纤相比，光纤3（具有最长的第一锥体段）的光谱102在蓝边上明显具有最强的信号。

图11示出包含压强控制系统的拉制塔的示例。压强P2可连续地施加至流动系统，而在第一腔室中建立P1。当电磁阀打开时，压强P1控制了流动系统中的压强，可获得施加至PCF预制棒（术语PCF和微结构可互换使用）的压强的快速变化。

图12示出当应用根据本发明的拉制塔的锥化和压强控制时，一些特征如何沿光纤变化的示例。

图13示出由包含根据本发明的压强控制系统的拉制塔拉制的微结构光纤的包层直径的变化。火炉速度为1820摄氏度，预制棒供应速度为1.65mm/min且由预制棒拉制出光纤的线速度为7.8m/min。第一腔室中的压强为40kPa，第二压强源施加的压强为11.7kPa。在加压/锥化过程之前，拉制光纤的外包层直径为262μm。图中，相应于3m的位置处打开开/关阀，从而在接下来的6米上包层直径增大。图中，相应于9m的位置处开始锥化，包层直径减小。在锥体起始端相对孔尺寸为0.516，在末端该值增加至0.810。在锥体起始端内部间距为3.26μm，在末端该值为2.20μm。

图14和图15分别示出图13中描绘的锥形光纤在起始端和末端的图像。

图16示出根据本发明的锥形光纤。光纤为由基本上纯的硅制成的微结构光纤，具有沿光纤长度延伸的气孔形成的包层。在光纤的横截面上，气孔以与图14中相似的三角形图案排列。气孔直径d_f与气孔间距∧之间的比值d_f/∧在输入端为0.52。这一特性沿锥体基本不变，而间距在输入端为3.3μm，在锥腰处为2.5μm。绘制的特征是作为长度的函数的覆层光纤的直径。对锥形光纤横截面的检查示出覆层光纤的直径很好地依赖于间距的形状，但间距的大小与覆层光纤的直径并不成线性比例关系。例如，在锥腰处间距减少了25%而覆层光纤的直径仅减少了10%。然而，实验说明，至少在锥腰处，间距的大小与外包层直径（即，待包覆的玻璃的直径）很好地成比例，但是锥形段的斜率却有偏离的趋势。因而，外包层直径例如缩小50%基本上相应于间距缩小50%。该图中，输入端在0m处（未示出）。逐渐变细的长度L₁约为1.8m长，逐渐变粗的长度L₂约为0.4m。逐渐变细段起始端具有非常低的梯度以增强向蓝边的耦合，如上所述。最后，锥体之后的光纤的长度L₃约为0.8m。在这种光纤生成超连续光谱的许多实际应用中，通常L₃较短以避免光谱非常宽的超连续光谱的时间展宽，这通常发生在接近于锥腰的最大谱宽处。采用其他尺寸的光纤也可获得相似的锥体。

图17a示出具有多个锥体（B段）的光纤。锥体被定向为具有相对较长的逐渐变细锥体和相对较短的逐渐变粗锥体。A段和C段提供了基本恒定的部分，适于具有光纤的输入和输出。在具有根据图1的线速度改变单元的拉制塔中制备光纤。A段相应于移动单元静止在根据图1a的初始位置。在B段的逐渐变细过程中，移动单元移动至如图1b所示的新位置，随后停住，导致了光纤再对准至基本相同的线速度和光纤尺寸。具有大直径的D段是将线速度改变单元回位至其初始位置所造成的结果。通常，根据本发明的光纤是从拉制光纤上剪切出的，其包括A段、B段和一部分C段，而D段通常被丢弃。在一个实施例中，在其不影响逐渐变粗的长度L₂的确定时，D段被保留在光纤上。在一个实施例中，D段不影响逐渐变粗的计算是因为D段位于相当长的具有基本恒定直径的光纤之后（即，长于1米，例如长于2米，例如长于5米，例如长于10米，例如长于20米）。在一个实施例中，D段不影响逐渐变粗的计算是因为D段的尺寸大于初始尺寸。确定锥体长度中所考虑的这些方面可应用于其他实施例。图17b重叠地示出来自图17a的两个锥体，从而可观察锥体的再现性。在制备时，测量外包层直径（即包覆前玻璃光纤的直径）。应当注意，x-轴并不是光纤长度的真实表示，因为该位置反映提供恒定线速度的绞盘上的位置而未考虑路径长度改变单元施加的路径长度的增加。可观察到，在锥腰处外包层直径缩小了约24%，其对应于光纤的间距的相似的减少。光纤的初始间距为3.2μm，在锥腰处减少至约2.4μm。采用其他尺寸的光纤也可获得相似的锥体。

图18示出对于纯硅的具有由六边形气孔阵列形成的包层的微结构光纤，蓝边波长与d_f/∧和间距∧的函数关系的理论计算图。通常，根据本发明的光纤在整个锥体上保持基本恒定的间距，色散波的蓝边（如上所述）依照y-轴的大致垂直线发生漂移。对于光纤的其他配置，可得到相似的图，例如其他基材、用于纤芯的材料、包层材料和/或任意微结构的结构。以这种方式，可获得最优的设计参数。在这种情况下，注意到对于在大多数实施例中应用的0.52的d_f/∧，约为2.5的最小间距为用于较低蓝边的最优值。如上所述，特别是逐渐变细的形状对控制耦合入蓝边的光量是非常重要的。

图19示出ZDW、蓝边以及相应的红边，对恒定为0.52的d_f/∧，在蓝边和红边之间建立作为间距的函数的群速度匹配（GVM）。随着间距的缩小，蓝边达到最小值，随后再次增大。如关于图18所提到的，对该示例，约为2.5的最小间距为用于较低蓝边的最优值。

图20示出可能采用的根据本发明的锥体的一些形状的示例。在图20a中，例如在整个长度L₁上，逐渐变细段可具有沿a恒定的梯度，沿a2的凹形形状或沿a1的凸出形状。相似地，例如在整个长度L₂上，逐渐变细段可具有沿b恒定的梯度，沿b2的凹形形状或沿b1的凸出形状。图20b示出本发明的锥体也可包括例如c1和c2的“凸块”（bumps），而不影响确定锥体长度。在一个实施例中，特征（这里由间距来举例说明）的变化是由拉锥站中的后处理生成的，在锥体长度的确定中可忽视。在一个实施例中，具有小于50cm的程度的特征在锥体长度的确定中可忽略，例如小于40cm，例如小于30cm，例如小于20cm，例如小于10cm。这里，程度被定义为与整体形状的偏差，例如虚线示出的c1的长度。

图21示出采用根据本发明的锥体生成的超连续光谱。长度为L₀=1m，L₁=7m，L₂=1m以及L₃=1m。对于逐渐变粗段，d_f/∧=0.52、∧=3.2，在锥腰处，d_f/∧=0.52、∧=2.45。为了比较，使用d_f/∧=0.52、∧=3.2的逐渐变粗光纤（虚线）。两个光纤都被具有1064nm、80MHz重复频率的10ps（FWHM）脉冲的脉冲源泵浦。使用差不多的脉冲功率：用于锥形光纤的14.7W的平均功率以及用于非锥形光纤的13W的平均功率。图中示出锥形导致了示出的可见光区间中的光的再分布。蓝边峰值被增强，且漂移了约30nm。如从图18所预计的，对锥形光纤（相应于间距∧=2.45），蓝边的位置为约450nm，而非锥形光纤呈现出约为480nm的蓝边。

如上文所述，数个实施例在本发明的范围内，且数个实施例适用于根据本发明的光纤的每一特征、光源和拉制塔。应注意到所有这些实施例旨在可进行组合，除非特征明显地相互排斥。本发明和其实施例进一步地由所附的一组权利要求来定义。

Claims (20)

1.一种用于生成超连续光谱的锥形光纤，所述锥形光纤包括能够沿所述光纤的纵轴传导第一波长的光的纤芯区域、以及围绕所述纤芯区域的包层区域，所述光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段以及具有第二长度L₂的第二锥体段，在第一长度L₁上光纤逐渐变细至锥腰，在第二长度L₂上所述光纤逐渐变粗，其中L₂＝y·L₁，y小于0.8，且所述第一长度L₁大于0.3m。

2.根据权利要求1的锥形光纤，其中所述光纤的特征沿至少一部分所述第二锥体段的梯度大于该特征沿至少一部分所述第一锥体段的梯度。

3.根据权利要求1或2的锥形光纤，其中所述光纤的特征选自下述特征组成的组：纤芯区域的最大横截面尺寸、纤芯区域的横截面面积、包层区域的最大横截面尺寸、包层区域的横截面面积、光纤的最大横截面外尺寸、光纤的横截面面积、微结构光纤中单元的最大横截面尺寸以及微结构光纤中单元的格子间距。

4.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中所述光纤的特征沿大部分所述第二锥体段的平均梯度大于所述特征沿大部分所述第一锥体段的平均梯度。

5.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中所述光纤的特征在所述第一锥体段中的逐渐变细具有第一平均梯度G₁，其中所述特征在所述第二锥体段中的逐渐变粗具有第二平均梯度G₂，其中G₁＝x·G₂，x小于1。

6.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中L₂＝y·L₁，y小于0.7。

7.根据权利要求3所述的锥形光纤，所述纤芯区域在所述第一锥体段上逐渐变细，从所述第一纵向位置上的第一纤芯面积A₁减小至所述锥腰上的锥腰纤芯面积A_w，且所述纤芯区域在所述第二锥体段上逐渐变粗至所述第二纵向位置上的第二纤芯面积A₂，光纤进一步包括具有输入纤芯面积A_in的输入端和具有输出纤芯面积A_out的输出端，其中所述输入纤芯面积基本等于所述第一纤芯面积和/或其中所述输出纤芯面积基本等于所述第二纤芯面积。

8.根据权利要求7的锥形光纤，其中基本等于指的是相差小于30％。

9.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中在沿锥形光纤的纵轴延伸的锥腰段上包含有锥腰，具有腰长L_w，所述锥腰段布置在第一锥体段和第二锥体段之间，其中所述光纤的特征在所述锥腰段上的任何变化小于所述特征在所述锥腰中的最小值的25％。

10.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中光纤是微结构光纤，包含至少沿着部分光纤长度的微结构，所述微结构包含多个微结构单元，其中所述微结构至少部分地沿所述第一锥体段的至少一部分保持和/或沿所述第二锥体段的至少一部分保持和/或沿所述锥腰段的至少一部分保持，且纤芯区域至少部分地由于所述微结构而传导光。

11.根据权利要求10的锥形光纤，其中所述微结构单元包括多个具有第一单元直径d_f的第一类型单元，所述第一类型单元被布置为具有间距∧。

12.根据权利要求11的锥形光纤，其中所述第一单元直径和所述间距之间的比值d_f/∧沿所述第一锥体段和/或所述第二锥体段和/或所述锥腰段基本上恒定不变，其中至少沿部分所述光纤的比值d_f/∧在0.3至0.95的范围内。

13.根据权利要求11或12的锥形光纤，其中所述逐渐变细减少了所述间距，从而所述锥腰段中的间距与所述第一纵向位置处的间距之间的比值小于0.9。

14.根据权利要求9所述的锥形光纤，其中所述锥腰段的长度L_W小于所述第一锥体段的长度L₁。

15.根据权利要求1或2所述的锥形光纤，其中所述第二长度L₂小于10m。

16.根据权利要求15的锥形光纤，其中第一和第二锥体段的长度的和L₁+L₂大于1m。

17.一种超连续光谱光源，包含

ⅰ根据权利要求16的锥形光纤，其中所述纤芯区域在所述光纤的输入端具有输入纤芯面积A_in，且在所述光纤的输出端具有输出纤芯面积A_out，所述纤芯区域至少支持第一波长λ₁的光的基模；

ⅱ泵浦源，被设置为将泵浦光注入所述光纤的所述输入端的所述纤芯区域，所述泵浦光具有光峰值功率P、中心波长λ_centre以及谱宽△λ。

18.一种由至少包含第一材料的光纤预制棒制备锥形光纤的方法，所述方法包含：

-将所述光纤预制棒固定在预制棒夹具上；

-相对于拉制塔来布置所述预制棒夹具，其中拉制塔包含绞盘和能够加热所述光纤预制棒的至少一部分的加热装置；

-在所述加热装置中加热所述光纤预制棒的至少一部分；

-以供料速度将所述光纤预制棒输送入所述加热装置；

-通过向光纤的第一端施加牵引力，以一线速度自所述加热的光纤预制棒的第一端拉制出所述光纤，所述牵引力由绞盘施加；

其中所述绞盘提供加速度和/或减速度，从而所述线速度经较短时间间隔由第一线速度变至第二线速度，所述第一线速度与所述第二线速度相差大于10％，以及所述较短时间间隔小于10秒，并且

所述光纤包括布置在第一纵向位置和第二纵向位置之间的锥形段，所述锥形段包括具有第一长度L₁的第一锥体段以及具有第二长度L₂的第二锥体段，在第一长度L₁上光纤逐渐变细至锥腰，在第二长度L₂上所述光纤逐渐变粗，其中L₂＝y·L₁，y小于0.8。

19.根据权利要求18的方法，其中线速度是由能够在较长时间间隔上提供基本恒定的线速度的第一绞盘单元的贡献和能够在所述较短时间间隔上提供加速度和/或减速度的线速度改变单元的贡献的和。

20.根据权利要求18或19的方法，其中所述线速度改变单元通过增加或减少从所述预制棒的第一端至所述第一绞盘单元的拉制光纤所沿着的光纤路径的长度来改变其对线速度的贡献。