CN106569370A - 微结构纤维通过高温装载的寿命延长和性能改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括芯和包层的光学纤维，该芯和包层分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学纤维，所述微结构光学纤维通过包括使所述芯材料和可选地所述包层材料装载氢和/或氘的方法是可获得的由此在高脉冲应用中纤维的寿命可被延长。

Description

微结构纤维通过高温装载的寿命延长和性能改进

本申请是国家申请号为200880007843.7、发明名称为“微结构纤维通过高温装载的寿命延长和性能改进”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明具体地涉及包括芯(core)和包层(cladding)的光学纤维，其每个分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学型。

背景技术

最近，称为微结构纤维、光子晶体纤维(PCF)或有孔纤维的光学纤维已经被开发出(这样的纤维的特例有时称为光子带隙纤维(PBG))。这个PCF包括用透明材料制成的包层，其中沿纤维的长度嵌入孔阵列[J.C.Knight等,Opt.Lett.21(1996)p.1547.Errata:Opt.Lett.22(1997)p.484]。这些孔通常以周期性阵列横着设置并且填充有具有比剩余部分包层更低折射率的材料。纤维的中心通常包括打断包层的周期性的透明区域，该区域经常起纤维的芯的作用。然而，原则上这个区域不需要在横截面的中心。通常纤维的横截面包括被包层区域包围的芯区域，芯区域包括芯区域材料，包层区域包括嵌入在包层本底材料中的孔(可选地填充空气或气体)、固体或液体微结构组元(element)，两个区域都在光学纤维的纵向上延伸。通常芯将引导纤维的工作波长内的光的80％或更多。典型地，芯和包层都由纯熔融石英(fused silica)制成而这些孔填充有空气。在其的变化形式中，PCF包括代替孔的横向设置的另一个材料的棒。这样的纤维例如在WO37974中公开，其也公开具有横向设置的孔的PCF。

PCF类型一般用堆叠以形成预制件的棒状单元制成，其在那之后在一个或多个步骤中拉拔以形成最终的光学纤维。在2D Photonic band gap structures in fibre form(以纤维形式的2D光子带隙结构)”，T.A.Birks等，“Photonic Band Gap Materials(光子带隙材料),Kluwer,1996中公开用以毛细管的形式的棒通过堆叠这些管而制成预制件的方法。PCF的制造方法也在由Bjarklev,Broeng,以及Bjarklev的“Photonic crystal fibres(光子晶体纤维)”Kluwer Academic Press,2003的chapter IV,pp.115-130中说明。

WO3078338公开生产用于微结构光学纤维的预制件的方法，其中多个伸长组元彼此平行放置在容器中，其中在所述容器的至少一部分填充包含二氧化硅(silica)的溶胶之后，其被干燥并且烧结。

微结构光学纤维是相对新的技术领域，其中可以相对大的自由度设计波导性质。这样的纤维通常用纯二氧化硅制成，该纯二氧化硅包括在纤维的纵向上延伸的通常用孔或掺杂的玻璃制成的图案。设计的自由度使这样的纤维对于需要特定纤维非线性性质的应用是令人感兴趣的。一个这样的应用是超连续光谱(supercontinuum)的产生，其中基于纤维的源是产生宽光谱输出的线缆。在微结构纤维中的超连续光谱(SC)的产生作为空间相干宽带光(称为白光或超连续光谱的源已经研究了数年。虽然这样的源的新应用连续不断地被发现，数个已经被确认，例如各种不同形式的荧光显微术、激光精密光谱学和光学相干断层成像术(OCT)等。在光谱的可见光部分中的高亮度发射对于共焦荧光显微术是特别重要的。然而，迄今为止在光谱的短波长部分中的不足功率阻止了SC源揭开它们在这个领域内的全部潜能。在这里提供的试验中把高功率可见光SC产生作为目标。

迄今为止大多数研究基于用飞秒(fs)激光来引晶非线性纤维，但使用纳秒和皮秒(ps)激光的SC-产生也已经被证明。后者大大降低了系统的成本和复杂性，同时保持高重复率和高效的SC产生。此外，在ps域中产生更加光谱均匀的SC光谱一般是可能的，其中而且更强大的籽晶源可获得的，其引起相应地更强大的连续光谱同时合计保持低于纤维的损伤阈值，ps系统对于在光学研究实验室外面的真实世界应用经常具有特别的吸引力。

超连续光谱源的平均功率/光谱密度和超连续光谱的宽度的限制是非线性纤维的损伤阈值。如果峰值功率或脉冲能量超过玻璃块或玻璃空气界面损伤阈值，纤维的输入面或最先的几个毫米可能被毁坏，并且系统将具有灾难性失效。本发明者已经观察到当峰值功率或脉冲能量低于这个阈值时微结构非线性纤维可仍然被观察到随时间退化。这个退化通常观察到是随时间减少可见光中的功率。对于商业应用，超连续光谱光源的长寿命是关键性的并且这样的纤维退化通常是不可接受的。

发明内容

本发明的目的是提供非线性微结构光学纤维，其中这样的退化或被消除或被减小到可容许的水平。

本发明的目的通过在附上的权利要求中说明的和如在以下说明的发明实现。

本发明的目的在于，如在权利要求1中限定的，通过包括芯和包层的光学纤维实现，所述芯和包层分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学纤维，所述微结构光学纤维通过如下方法可获得，所述方法包括：使所述芯材料和可选地所述包层材料装载(loading)氢和/或氘。这样的光学纤维关于在应用中的长寿命可具有特别合适的性质，其中所述纤维设置以引导具有高峰值功率的脉冲。

为了克服由所谓的水带导致的吸收，其当纤维经受例如对于海底通信电缆出现的富氢环境时增加，在本领域中有时应用装载氘。这个问题与现有问题不相似。因此在一个实施例中纤维应用在其中它经受具有小于5at％，例如小于1at％，例如小于0.1at％，例如小于0.01at％，例如小于0.001at％的H₂和/或H⁺离子的含量的介质的环境中。

在一个实施例中非线性纤维被视为是指引导至少波长范围λ_min至λ_max的光并且具有非线性参数γ的纤维，其中对于所述范围的至少一部分，乘积γ·λ大于或等于4·10^-9W^-1，例如大于或等于5·10^-9W^-1，例如大于或等于6·10^-9W^-1，例如大于或等于7·10^-9W^-1，例如大于或等于8·10^-9W^-1，例如大于或等于10·10^-9W^-1，例如大于或等于20·10^-9W^-1，例如大于或等于40·10^-9W^-1。非线性参数γ定义为

其中这里n₂是纤维材料的非线性折射率并且A_eff是纤维的有效模面积(modearea)。通常，n₂对于二氧化硅玻璃(silica glass)大约是2.6·10^-20m²/W。

在一个实施例中非线性纤维被视为是指具有非线性参数γ的纤维，当引导1550nm的波长时其中γ大于或等于3·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于5·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于10·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于15·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于20·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于30·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于40·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于50·10^-3(Wm)^-1。

在一个实施例中非线性纤维被看成是指具有非线性参数γ的纤维，当引导1064的波长时其中γ大于或等于5·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于10·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于15·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于20·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于30·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于40·10^-3(Wm)^-1，例如大于或等于50·10^-3(Wm)^-1。

在一个实施例中非线性纤维被视为是指纤维，其中所述纤维引导至少波长范围λ_min至λ_max的光以及基模模场直径MFD，所述范围的至少一部分，分数MFD/λ小于或等于5，例如小于或等于4，例如小于或等于3，例如小于或等于2，例如小于或等于1。

在一个实施例中非线性纤维被视为是指具有模场直径MFD的纤维，当引导1550nm的波长时其中所述MFD小于或等于10μm，例如小于或等于8μm，例如小于或等于6μm，例如小于或等于5μm，例如小于或等于4μm，例如小于或等于3μm，例如小于或等于2μm，例如小于或等于1μm。

在一个实施例中非线性纤维被视为是指具有模场直径MFD的纤维，当引导1064nm的波长时其中所述MFD小于或等于6μm，例如小于或等于5μm，例如小于或等于4μm，例如小于或等于3μm，例如小于或等于2μm，例如小于或等于1μm。

在上述实施例中波长范围λ_min至λ_max可从350nm至2000nm、980nm至1550nm、1100nm至1550nm、1300nm至1450nm的组中选择。在一个实施例中选择波长范围λ_min至λ_max以便限制对其中纤维是单模的波长范围的考虑。

在优选实施例中纤维是二氧化硅纤维，其中芯的至少一部分是二氧化硅的，优选地至少整个芯是二氧化硅的，例如整个芯和包层的部分或全部。由于微结构纤维经常通过在包层中延伸的孔引导，所述纤维经常整个由未掺杂二氧化硅组成(即，芯和包层都用二氧化硅制成)，这与例如其中为了改变折射率芯通常掺杂有锗的标准单模通信纤维相反。因此，在一个实施例中纤维的芯包括小于或等于10at％，例如小于5at％，例如小于3at％，例如小于2at％，例如小于0.1at％，例如小于0.01at％，例如小于0.001at％的锗含量。

在一个实施例中本发明涉及包括根据本发明的光学纤维和馈送单元的光学系统，其中所述馈送单元适合于用脉冲馈送给所述纤维，其中在所述纤维内的峰值功率密度等于或高于100W/μm²，例如等于或高于500W/μm²，例如等于或高于1000W/μm²，例如等于或高于2500W/μm²，例如等于或高于5000W/μm²，例如等于或高于7500W/μm²，例如等于或高于10,000W/μm²。在纤维中提供这样的功率密度的脉冲在本应用中称为高脉冲应用。

馈送单元通常是泵光源并且还可包括一个或多个放大器。原则上馈送单元可是任何馈送脉冲到纤维在纤维内部具有指定功率密度的光学系统。

因为根据本发明的纤维由于暴露于高峰值功率而不具有或具有减小的退化，这样的系统将可能具有延长的工作寿命。

在一个实施例中本发明涉及超连续光谱光源，其包括脉冲泵光源和根据本发明的光学纤维，其中所述泵光源适合于提供脉冲，其中在所述纤维内的峰值功率密度等于或高于100W/μm²，例如等于或高于500W/μm²，例如等于或高于1kW/μm²，例如等于或高于2.5kW/μm²，例如等于或高于5kW/μm²，例如等于或高于7.5kW/μm²，例如等于或高于10kW/μm²，例如等于或高于15kW/μm²，例如等于或高于20kW/μm²，和/或其中所述泵和纤维适合于提供以至少10μW/nm而跨越至少一个倍频程的输出和/或其中所述泵和所述纤维适合于提供例如大于20、例如大于40的最大调制不稳定性增益Ω_max。

这里调制不稳定性增益Ω_max由

给出，

其中β₂是处于泵波长的群速，P_peak是泵的峰值功率并且γ是泵波长。

在一个例子中超过一个倍频程跨度已经用来自Danish company Crystal FibreA/S的非线性纤维SC-5.0-1040获得。使用这个在1064nm处泵的具有200W峰值功率的纤维提供Ω_max＝22(200W的峰值功率例如通过具有10ps脉冲的50MHz、100mW输入信号获得)。

短语以至少比功率值(每nm波长)而跨越至少一个倍频程在本发明的这个上下文中被视为是指光源的输出的光谱跨越至少通过所述比功率值而限定所述光谱的外部界限的倍频程。光谱可具有孔；然而，假定超过25％的跨越的光谱具有至少该比功率值。在实施例中至少30％的跨越的光谱具有至少比功率值，例如至少40％，例如至少60％，例如至少80％，例如至少99％，例如至少99.9％。

在一个实施例中输出以至少50μW/nm而跨越至少一个倍频程，例如大于或等于500μW/nm，例如大于或等于1mW/nm，例如大于或等于5mW/nm，例如大于或等于10mW/nm。取决于选择的功率限制一个实施例也可跨越大于或等于0.5个倍频程，例如大于或等于1.5个倍频程，例如大于或等于2个倍频程。

在一个方面本发明涉及生产包括芯和包层的微结构纤维的方法，该芯和包层分别包括芯材料和包层材料，所述纤维在高脉冲应用中具有延长的寿命，该方法包括

a.使所述芯材料和可选地所述包层材料装载氢和/或氘。

b.可选地对所述的在温度T_anneal退火一段时间t_anneal。

这样的方法可有利地应用于生产根据本发明的纤维并且任何说明的与该纤维的特征有关特征经适当修正后可应用于生产纤维的方法。

在一个实施例中所述装载通过在装载条件下适当地使纤维材料经受氢和/或氘以允许氢和/或氘化学地键联于所述材料而进行，优选地所述装载条件包括a)升高的温度T、b)升高的压强P和/或c)随后的辐射中的至少一个。

在实施例中本发明涉及包括根据本发明的光学纤维、根据本发明的光学系统、根据本发明的光源和/或根据本发明生产的纤维的设备。在一个实施例中该设备构成用于荧光显微术、激光精密光谱学和光学相干断层成像术(OCT)的各种不同形式的系统。

还已经发现使衰退的纤维再生提供与未经使用或被装载的相同纤维相比通常具有延长的寿命的纤维是可能的。因此，在一个实施例中本发明涉及再生包括芯和包层的微结构纤维的方法，该芯和包层分别包括芯材料和包层材料，由于在高脉冲应用中经受脉冲所述纤维具有在可见光中增加的吸收，该方法包括包括使纤维装载氢和/或氘的方法。

应该强调术语“包括/包括”当在这个说明书中使用时被视为明确说明阐明的特征、整体、步骤或部件的存在但不排除一个或多个其他阐明的特征、整体、步骤或部件或其的群组的存在或添加。

附图说明

本发明将在下面连同优选实施例并且参考附图更加详尽地说明，其中：

图1示出在现有技术微结构光学纤维的初始工作中(A)和在工作35小时之后(B)(所有其他相同)的典型的超连续光谱。在可见光谱中的减小证明纤维的退化，

图2示出对于工作了35小时的现有技术非线性纤维的作为纤维的位置的函数的测得的衰减。

图3示出作为在非线性纤维中的位置的函数的633nm吸收。

图4示出在试验开始(A)、在35小时之后(在那里观察到可见光的下降)(B)和另外在加热纤维到250℃之后(C)的超连续光谱。

图5示出在35小时之后(在那里观察到可见光下降)和另外在加热纤维到250℃之后和在纤维已经被装载氘之后的超连续光谱；

图6示出对于在160C(A)、在80C(B)被装载氘和没有被装载氘(C)的非线性纤维的作为时间的函数的测得的可见光功率，

图7示出作为三个不同的氘装载温度(A)和与测量拟合的指数(B)的函数的提取的寿命，

图8示出对于被装载氘的非线性纤维在0小时(A)、188小时(B)、260小时(C)、305小时(D)和450小时(E)之后测得的光谱，

图9示出对于具有较少玻璃杂质的非线性纤维作为时间的函数的测得的可见光功率。

图表是示意的并且为了清楚而简化，并且它们仅示出对于本发明的理解是必不可少的细节，而其他细节被省略。

本发明的适用性的另外的范围从在下文中给出的详细说明将变得清楚。然而，应该认识到详细说明和具体的例子仅作为图示给出，同时指出本发明的优选实施例，因为在本发明的精神和范围内的各种不同的变化和改动从这个详细说明对于那些本领域内的技术人员将变得清楚。

具体实施方式

在以下本发明将基于测得的数据进行论述。从这些得到的结论不应该认为限于下面的试验的特定情况，而是通过本发明可获得的结果的图示。

在以下测得的数据其中对于包括泵源和非线性微结构二氧化硅纤维的超连续光谱光源获得。纤维在1064nm处用8ps脉冲以80MHz的重复率提供15W输入平均功率(23kW峰值功率)来泵。纤维具有3.5μm的模场直径并且在长度上大约是7米。

纤维的长度保持短是优选的以保持纤维的消耗到最小同时仍然提供足够的长度以允许构成超连续光谱基础的非线性过程以提供期望的光谱。这个长度通常取决于脉冲的形状，因为更短的纤维对于更短的脉冲通常是足够的。在一个实施例中非线性纤维具有1cm或更长的长度，例如10cm或更长，例如1m或更长，例如5m或更长，例如8m或更长，例如10m或更长。

在一个实施例中非线性微结构纤维是50m或更少，例如30m或更少，例如10m或更少。

图1示出在现有技术微结构光学纤维的初始工作中(A)和在工作35小时之后(B)(所有其他相同)的典型的超连续光谱。在从大约450nm延伸到大约750nm的光谱的可见光部分中的减小证明纤维的退化。该现象通过在图2中示出的测量进一步研究，图2示出对于工作了35小时的现有技术非线性纤维的作为纤维的位置的函数的衰减。A是通过非线性纤维(NL-纤维)的最先3m测得的，B是通过3-4m，C是通过4-5m以及D是通过5-7m。曲线通过减去7m长的基准非线性纤维获得。由于纤维的退化在光谱的可见光部分中观察到非常大的吸收。在0.9μm和1.4μm处的下降可能分别起源于对于非线性纤维的单模截止和对于非线性纤维和基准纤维在O-H峰值吸收中的差别。为了支持该退化是由与相对高功率的泵脉冲的相互作用引起的假设，预计该吸收是越靠近泵则越大。这个趋势随着该吸收下跌是明显的，因为这些纤维段是从越来越远离泵而工作的部分中所取的。这个趋势也在图3中发现，图3示出作为距离的函数的633nm处吸收的测量(来自向指数型的良好拟合)。

图4示出在试验开始(A)、在35小时之后(在那里观察到可见光下降)(B)和另外在加热纤维到250℃之后(C)的超连续光谱。加热似乎部分地使纤维再生。本发明者假设纤维的再生可能是泵脉冲改变至少一部分玻璃的结构的指示物。允许玻璃达到更高的温度可允许玻璃再建立而引起它至少部分地再生。

图5示出在35小时之后(在那里观察到可见光下降)和另外在加热纤维到250℃之后和在纤维已经被装载氘并且接着退火之后的超连续光谱。氘装载明显地使纤维再生并且光谱类似于初始光谱(参见图4)而在光谱中没有任何可见光下降。

在本实施例中优选地使纤维装载氘，由于氢可能与在纤维中的氧键联形成O-H键，众所周知这些O-H键在1400nm附近具有大的吸收峰。这样的吸收对于这些实施例是不期望的，但是氢对于其中这样的吸收是微不足道的或甚至优选的应用可以是优选的，特别当注意到氢通常显著地比氘便宜时。

在图6中示出对于不同的氘装载情况的结果。对于在不同的条件下被装载氘的3件相同非线性纤维的可见光功率作为时间的函数测量。被装载氘的纤维的寿命与未被装载的纤维相比被显著地延长。所有纤维在100bar压强下被装载大约100％氘。优选地对纤维的装载可通过将纤维在特定的温度下暴露于高分压的氘或氢一给定的时间长度而进行。

图6示出对于在160C(A)、在80C(B)被装载氘和没有被装载氘(C)的3件相同非线性纤维的作为时间的函数的测得的可见光功率。被装载氘的纤维的寿命与未被装载的纤维相比增加以至少2个数量级。所有纤维在100bar压强下被装载大约100％氘。

图7示出在图6中示出的作为三个不同的氘装载温度的函数(A)和对于测量的指数型拟合(B)的寿命。在这个例子中寿命可定义为在可见光中光的吸收已经减少30％。取决于应用，寿命可定义为在可见光中光的吸收已经减少超过40％，例如超过50％，例如超过70％，例如超过80％，例如超过90％。可见光在上下文中可定义为在0.5至0.7μm范围内的光的整体。或者，可指定一个或多个波长值，例如在650nm和/或在633nm处的吸收。作为温度的函数的被装载氘的测量清楚地指出寿命差不多随装载温度指数地增加。基于这个温度的依赖性，设想在纤维的寿命中的增加是由于与材料(在这个情况中二氧化硅玻璃)键联的氘，并且温度起提供这个发生所必需的激活能的作用。或者，这样的化学过程可通过提供足够高的压强诱导。最终，还设想与扩散氘进入材料同时或在其之后通过辐射来激活以使氘能够键联。因此，在优选实施例中纤维通过使它在装载条件下适当地使纤维材料经受氢和/或氘以允许氢和/或氘化学键联于所述材料而被装载，优选地所述装载条件包括a)升高的温度T、b)升高的压强P和/或c)随后的辐射中的至少一个。由此纤维包括增加的氢和/或氘量，以便在一个实施例中被装载的材料包括大于0.1原子百分比(at％)的键联的氢和/或氘，例如大于1at％，例如大于5at％，例如大于10at％，例如大于20原子百分比，例如大于50at％。

在一个实施例中升高温度T以允许如上文论述的键联，从而T大于或等于80℃，例如大于或等于100℃，例如大于或等于120℃，例如大于或等于140℃，例如大于或等于160℃，例如大于或等于180℃，例如大于或等于200℃，例如大于或等于220℃，例如大于或等于240℃，例如大于或等于260℃，例如大于或等于280℃，例如大于或等于300℃，例如大于或等于350℃，例如大于或等于400℃，例如大于或等于450℃，例如大于或等于500℃。

非线性纤维可以和可以不包括聚合物涂层到它的包层上面。在非线性纤维包括聚合物涂层的情况下，优选地对于装载氘和/或氢的装载温度应该保持低于聚合物的熔化或甚至软化温度。对于增加氘装载温度的上限可能由纤维的涂层引起。高温涂层可以延伸氘装载温度到超过250℃，并且从而使可观的寿命提高成为可能。或者，可以生产无涂层的纤维使非常高的装载温度例如高达和超过500℃成为可能，和/或对芯(和可选的包层)材料的装载可在形成纤维的过程之前(即在涂敷之前)或期间进行。原则上这些论证也可以应用于其他涂层类型。

预计化学反应时间取决于温度和/或压强但优选地装载时间应该至少足够确保热平衡已经出现。

与温度类似，在一个实施例中压强P大于或等于10bar，例如大于或等于25bar，例如大于或等于50bar，例如大于或等于75bar，例如大于或等于90bar，例如大于或等于120bar，例如大于或等于160bar，例如大于或等于200bar，例如大于或等于500bar，例如大于或等于1000bar，例如大于或等于2000bar。

上文提及的辐射原则上可是任何适合于提供可观的激活能的辐射。在一个优选实施例中除此之外适合于超连续光谱产生的脉冲(例如如在“发明内容”中论述的那样的脉冲)应用于在纤维中键联氢或氘。在一个实施例中纤维在装载和可选地退火之后冷却以便减少剩余的未键联的氢/氘在使用之前扩散出纤维。优选地对于在使用之前存放或对于存放期的至少一部分保持纤维冷却。一旦在使用中设想在超连续光的产生中纤维的泵提供足够的能量以键联剩余的氢/氘的至少一部分。

设想原则上材料可在形成纤维的过程中的任何时间被装载。然而，可不得不考虑确保在装载之后的过程不扰乱获得的最终纤维的寿命延长。因此，在一个实施例中对所述芯材料的和可选地所述包层材料的装载在形成所述纤维之前、在形成所述纤维期间或形成之后进行。此外，如在图5中示出的纤维可至少部分地再生，因此在一个实施例中纤维在使用之后被装载。

由于上文论述的水带对于一些应用可能是有害的，用尽可能少的氢装载纤维可以是优选的以便在一个实施例中被装载的纤维包括按原子的大于或等于1％、例如大于或等于10％、例如大于或等于100％、例如大于或等于10,000％的相对于键联的氢的键联的氘(和/或它们对应的离子)。

在氘或氢装载之后，优选地纤维被退火增强在纤维中未键联的氘或氢的扩散。优选地纤维在中等温度退火以便不提供足够的能量使氢/氘再次未键联。在上文呈现的图表中退火在80℃进行。如果纤维在室温存放则未键联的氢/氘的向外扩散也将在2至3个月期间发生。退火使该纤维结合到其他纤维成为可能(氢/氘的等离子体加热，例如在熔合接合中可能是爆炸性的)并且减小了由于这些分子而增加的光敏感性。高于大约1000℃的过度退火温度可导致键联的氢/氘的向外扩散并且因此通常是不期望的。因此，在一个实施例中生产纤维的方法(根据)包括在装载之后退火被装载的材料。

图8示出对于被装载氘的非线性纤维在0小时(A)、188小时(B)、260小时(C)、305小时(D)和450小时(E)之后测得的光谱。对于未被装载的非线性纤维在从0.5至0.7μm的可见光谱中的显著的下降不再被观察到。另外，为了增加非线性纤维的寿命，氘装载也已经示出，与未被装载的纤维相比，显著地改变在工作下纤维的光谱变化。相对于未被装载的纤维，在可见光谱中不再观察到作为下降的退化，然而观察到作为缓慢降低总的可见光功率的退化。只有短波长范围看似随时间被显著地改变。

在一个实施例中纤维的寿命相对于另外没有经受以氘和或氢来装载的相同纤维的寿命被延长了大于50％、例如大于100％、例如大于200％、例如大于500％、例如大于1000％、例如大于10,000％。由于经受脉冲的、适合于产生超连续光谱的纤维的绝对寿命可取决于应用以及设想的纤维芯的特别材料而变化，在一个实施例中寿命大于100工作小时、例如大于工作的200小时、例如大于工作的2000小时、例如大于工作的20000小时、例如大于工作的50,000小时。

图9示出对于具有较少玻璃杂质的非线性纤维作为时间的函数的测得的可见光功率。杂质水平，并且特别地在玻璃中的Cl原子的量似乎好像影响纤维的寿命。似乎至少在某个程度上Cl的量越小寿命越长。与图5相比寿命被显著地延长，指明了损伤阈值取决于玻璃杂质水平。然而，被装载氘的纤维(A)的寿命与未被装载的纤维(B)相比仍然显著地增加了。对于被装载氘的纤维在750小时后输出功率的增加是由于泵功率的增加。

设想寿命延长是由相对于芯中并且在某些应用中也在包层材料中的杂质总数的键联的氘/氢提供的。因此，在一个实施例中纤维的芯是固体芯(优选地二氧化硅)其中键联的氢和/或氘相对于杂质总数的分数是大于或等于10％，例如大于或等于20％，例如大于或等于30％，例如大于或等于40％，例如大于或等于50％，例如大于或等于60％，例如大于或等于70％，例如大于或等于80％，例如大于或等于90％，例如大于或等于99％，例如大于或等于99.9。

本发明由独立权利要求的特征限定。优选实施例在附属权利要求中限定。在权利要求中的任何标号意为对于它们的范围是非限制性的。

一些优选实施例已经在前面示出，但应该强调本发明不限于这些，然而可以其他方式在跟着的权利要求中限定的主旨内体现。特别地非线性微结构纤维的应用已经被应用于论述本发明；然而，设想本发明对于非线性微结构纤维的其他应用可以是相关的，其中可见光中的传输对于高脉冲应用是重要的。

Claims (10)

1.一种光学纤维，包括芯和包层，它们分别包括芯材料和包层材料，其中所述纤维是非线性微结构光学纤维，所述微结构光学纤维通过包括使所述芯材料和可选地所述包层材料装载氢和/或氘的方法可获得。

2.如权利要求1所述的纤维，其中所述纤维通过在装载条件下适当地使它经受氢和/或氘以允许氢和/或氘化学键联于所述材料而被装载，优选地所述装载条件包括a）升高的温度T、b）升高的压强P和/或c）随后的辐射中的至少一个。

3.如权利要求2所述的纤维，其中T等于大于或等于80℃，例如大于或等于100℃，例如大于或等于120℃，例如大于或等于140℃，例如大于或等于160℃，例如大于或等于180℃，例如大于或等于200℃，例如大于或等于220℃，例如大于或等于240℃，例如大于或等于260℃，例如大于或等于280℃，例如大于或等于300℃，例如大于或等于350℃，例如大于或等于400℃，例如大于或等于450℃，例如大于或等于500℃。

4.如权利要求2或3所述的纤维，其中压强P大于或等于10bar，例如大于或等于25bar，例如大于或等于50bar，例如大于或等于75bar，例如大于或等于90bar，例如大于或等于120bar，例如大于或等于160bar，例如大于或等于200bar，例如大于或等于500bar，例如大于或等于1000bar，例如大于或等于2000bar。

5.如权利要求1-4中任一项所述的纤维，其中对所述芯材料的和可选地所述包层材料的装载在形成所述纤维之前、在形成所述纤维期间、在形成所述纤维之后和/或在使用所述纤维之后进行。

6.如权利要求1-5中任一项所述的纤维，其中所述纤维是二氧化硅纤维，其中所述芯的至少一部分是二氧化硅的，优选地至少整个芯是二氧化硅的，例如整个芯和所述包层的部分或全部。

7.如权利要求1-6中任一项所述的纤维，还包括聚合物涂层。

8.如权利要求1-7中任一项所述的纤维，其中所述纤维包括按原子的大于或等于1%，例如大于或等于10%，例如大于或等于100%，例如大于或等于10,000%的相对于键联的氢的键联的氘（和/或它们的对应的离子）。

9.如权利要求1-8中任一项所述的纤维，其中所述方法包括在装载之后退火所述材料。

10.如权利要求1-9中任一项所述的纤维，其中所述材料包括大于0.1原子百分比（at%）键联的氢和/或氘，例如大于1at%，例如大于5at%，例如大于10at%，例如大于20原子百分比，例如大于50at%。