CN109071312A - 制造具有破坏对称性的纵向突起的光纤 - Google Patents

制造具有破坏对称性的纵向突起的光纤 Download PDF

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Abstract

提供了一种制造光纤的方法。所述方法包括提供具有活性纤芯和泵浦引导包层的光纤预制件，以及将一个或多个侧杆组装到光纤预制件。侧杆沿泵浦引导包层的外表面纵向延伸。将所得光纤预制件组件拉制成光纤。每个侧杆限定沿光纤延伸的纵向突起。每个纵向突起可以具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的该外表面位于中间隆起部的相对侧上。

Description

制造具有破坏对称性的纵向突起的光纤
技术领域
技术领域总体涉及光纤，更具体地涉及双包层光纤等的制造，其中包层引导的泵浦光束将耦合到光纤的纤芯中。
背景技术
具有活性纤芯的光纤可以用作光发射装置。为此目的，光纤的纤芯可以掺杂有活性离子，例如稀土元素，例如铥、镱、铒钕或它们的组合，其用于从掺杂光纤中的掺杂离子产生受激发射的光子。这种光纤可以用于光发射装置，例如激光器或放大器配置。
需要具有良好光束质量的光发射装置，其提供具有高功率密度的长工作距离。光束质量通常根据称为M2因子的无量纲参数来测量，其可以取1.0或更高的值，M2因子为1.0表示具有良好光束质量的理想高斯光束。M2因子越高，光束可以聚焦或准直越小，瑞利范围越长，瑞利范围是光束沿其保持聚焦的距离。
在光纤中行进的光主要通过沿纤芯传导而传播。为了从光纤激光器或放大器获得良好的光束质量，光纤的纤芯的尺寸通常限于小尺寸，以仅引导一种或几种模式。虽然基本或前几个导模通常是具有较低M2因子的导模，但是具有小纤芯限制了可以注入纤芯中用以泵浦活性离子的能量或功率的量，这反过来限制了光发射装置的输出功率。该问题的解决方案是使用双包层光纤，其中泵浦能量注入大包层中，而输出信号在纤芯中产生或放大。这允许在光纤的包层中耦合大量泵浦功率，同时从较小的纤芯提升良好的光束质量。
双包层光纤的折衷在于泵浦功率的吸收是减少的，这是因为活性离子主要被限制在纤芯中或与纤芯接近。这需要更长的光纤来吸收泵浦功率，这会增加光纤中产生的非线性效应。包层泵浦吸收，定义为对在给定波长下注入包层中的泵浦光的吸收，通常按照下面的等式与纤芯面积除以包层面积成比例：
在活性掺杂剂均匀地放入纤芯中的情况下，上述方程式转换如下：
本领域技术人员将容易理解，上述方程式被简化以表示双包层光纤中泵浦吸收的一般趋势。上面给出的形式做了几个假设，包括注入整个包层中的均匀的泵浦功率和均匀的掺杂面积。更精确的计算将需要每种泵浦模式与精确掺杂分布的精确重叠因子。尽管在包层中循环的光在本文中称为“泵浦”光，但是将容易理解，相同的原理将适用于注入双包层光纤的包层中的信号光或任何光。
光纤通常制成具有圆形横截面。对于双包层光纤，这对于注入包层中的泵浦光的由纤芯掺杂的吸收是非常不利的。光纤的圆形度产生不与掺杂纤芯相互作用的包层模式，这意味着泵浦功率的几种模式不被纤芯吸收，因此不会有助于光放大或产生。这种非吸收模式通常被称为“螺旋射线”或“螺旋模式”。在这些情况下，包层泵浦吸收通过吸收系数A减轻如下：
吸收系数A可以在0和1之间变化，其中1表示没有螺旋模式，0表示所有泵浦功率处于螺旋模式并且没有包层泵浦吸收的情况。本发明人进行的测试表明，典型的圆形光纤的特征在于吸收系数低至0.2，这意味着只有20％的注入泵浦功率与掺杂纤芯相互作用，并且可用于光放大或产生，即使使用了长光纤。实际上，吸收系数可以根据测试的光纤长度而变化。短长度通常产生更高的吸收系数。典型的光纤激光器或放大器在给定的泵浦波长下需要至少10dB的泵浦吸收，以最大化朝向信号波长的转换效率。因此，使用在泵浦波长下吸收10dB泵浦功率的光纤长度可以更好地测量吸收系数。
在本领域中已知的是，破坏光纤的包层的圆对称性可以显著减少以螺旋模式行进的泵浦功率的量。已知八边形包层，诸如，例如美国专利号6,157,763(GRUBB等人)所示，可改善泵浦吸收。在本发明人进行的试验中已经证明这种包层提供高于0.8的吸收系数值。提出用于破坏光纤的圆对称性的其他已知方法包括使用偏心纤芯(参见SNITZER等人的美国专利号4,815,079)或在光纤中添加应力元件(参见DIGIOVANNI的美国专利号5,949,941)。在包层边界处添加圆形隆起部也已经由ANTHON等人(美国专利号6,411,762)和GRUBB等人(美国专利号6,157,763)提出。
然而，上述解决方案具有一些缺点。八边形或其他多边形包层需要在拉制之前成形光纤预制件，或使用八边形外管，这两者都增加了光纤制造的处理时间和复杂性。此外，由于在抛光和拉制步骤中使用的高温，最终获得的八边形形状通常是圆形的，这导致与更尖锐的形状相比吸收系数降低。为了获得尖锐的八边形形状，处理必须限于低温，这限制了处理速度以及所得光纤的质量。而且，光纤预制件的成形可能在所得光纤中引起纤芯-同心度误差。
在所得光纤与其他光学元件的拼接期间，偏心纤芯更难以对准。应力元件的结合增加了制造光纤的制造和处理步骤。在包层边界处添加圆形隆起部涉及在光纤预制件中加入杆，需要对预制件进行钻孔，这也增加了处理时间。此外，由于杆和周围预制件之间的过渡倾向于应力和较低的机械抗性，所得光纤被削弱。
鉴于上述情况，仍然需要一种制造双包层光纤等的改进方法，其减轻了现有技术的至少一些缺点。
发明内容
根据一个方面，提供了一种制造光纤的方法，包括：
a)提供包括活性纤芯和围绕纤芯的泵浦引导包层的光纤预制件；
b)将一个或多个侧杆组装到光纤预制件，从而形成光纤预制件组件，每个侧杆沿泵浦引导包层的外表面纵向延伸；
c)将光纤预制件组件拉制成所述光纤，使得每个侧杆限定沿所述泵浦引导包层延伸的纵向突起。
在一些实施例中，光纤预制件的方法可以包括在泵浦引导包层和纤芯之间的至少一个附加包层。
步骤b的组装包括围绕光纤预制件分布多个所述侧杆，例如，2、3或4个这样的侧杆。侧杆围绕光纤预制件的分布可以是均匀的或非均匀的。
在一些实施例中，每个侧杆的直径与光纤预制件的直径之比大于0.02并且优选地大于0.05。
步骤b的组装可以涉及将每个侧杆熔合或部分熔合到泵浦引导包层的外表面。替代地或另外地，步骤b的组装可以包括提供沿泵浦引导包层的外表面保持侧杆的保持器。
侧杆优选地由与泵浦引导包层相同的材料制成，例如未掺杂的二氧化硅。
在一些实施例中，步骤c的拉制在足以将所述一个或多个侧杆熔合到泵浦引导包层的外表面的温度下进行。
所述方法可以包括用至少一个外包层围绕光纤，例如聚合物护套。
根据一个方面，提供了一种通过上述方法的变体制造的光纤。
根据又一方面，提供了一种光纤，其具有活性纤芯和围绕纤芯并具有外表面的泵浦引导包层。光纤还包括沿泵浦引导包层延伸的一个或多个纵向突起。每个纵向突起具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的外表面位于中间隆起部的相对侧上。
光纤可以包括在泵浦引导包层和纤芯之间的至少一个附加包层，和/或包围泵浦引导包层的至少一个外包层。
在一些实施方式中，光纤包括围绕泵浦引导包层分布的多个纵向突起，例如2、3或4个这样的纵向突起。纵向突起可以均匀地或非均匀地围绕泵浦引导包层分布。在一些实施例中，纵向突起由与泵浦引导包层相同的材料制成，例如未掺杂的二氧化硅。
在一些实施方式中，每个纵向突起具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的所述外表面位于所述中间隆起部的相对侧上。光纤可以具有由泵浦引导包层的外表面限定的圆形周边，每个纵向突起具有高度比R，所述高度比R由中间隆起部相对于光纤的圆形周边的径向高度除以在所述圆形周边处的光纤的直径限定。在一些实施例中，每个纵向突起的高度比R小于0.20，并且优选地小于0.06。在一些实施例中，每个纵向突起的高度比R大于0.001，并且优选地大于0.03。
在一些实施方式中，每个纵向突起的平滑过渡区域具有大于0.1μm的曲率半径，和/或大于泵浦引导包层的外表面的曲率半径的四分之一。
在一些实施方式中，光纤的包层泵浦吸收系数大于0.5，优选地大于0.8。
在一些实施例中，光纤具有大于50kpsi，优选地大于100kpsi，优选地大于200kpsi的拉伸或弯曲抗性。
在一些实施方式中，每个纵向突起周围的应力小于200MPa，50MPa，10MPa或1MPa。
在一些实施例中，光纤具有小于0.4％的平均纤芯-包层同心度误差。
有利地，本文所述方法的实施例提供了具有良好吸收系数同时易于制造和快速制造的光纤。所述方法的实施允许在抛光和拉制步骤期间在高温下处理光纤，这产生具有低应力且在包层中或包层边界处具有很少或没有不连续性的连续且平滑的结构。
通过参考附图阅读其优选实施例，将更好地理解本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1A至1C示出了根据一个实施例的制造光纤的方法的步骤。图1A示出了提供光纤预制件；图1B示出了将侧杆与光纤预制件组装，而图1C示出了所得光纤预制件组件的拉制结果。
图2A至2C示意性地示出了根据实施例的光纤的横截面形状。
图3A是根据一个实施例的光纤的示意性剖视图。图3B是图3A的光纤的侧视图；图3C是图3A的光纤的一部分的放大视图。
图4A至4D是根据实施例制造的光纤的图像。
具体实施方式
本说明书涉及制造光纤的方法以及由这种制造产生的光纤。
本文描述的方法的实施例提供了具有用于光放大的活性纤芯的光纤和适于引导泵浦光束的泵浦引导包层。如下面将进一步描述的，由本方法提供的光纤还包括一个或多个纵向突起，其破坏光纤的圆对称性，并且因此改善吸收系数和来自泵浦引导包层的泵浦功率在活性纤芯中的吸收。
容易理解的是，本方法的实施方式可用于制造用于光发射装置的光纤。这种光发射装置可以发射光，并且替代地或另外地，它可以放大光。光发射装置可以由放大器或脉冲放大器实现，它可以由激光器、脉冲激光器、放大自发发射(ASE)辐射的光源、任何连续波(CW)或准连续波(准-CW)放大器或激光(无论是相干还是非相干)或通过光的放大或产生(光源)的任何其他器件实现。
例如，激光通过受激辐射发射放大光。它包括光学腔内的增益介质和向增益介质供应或泵浦能量的器件。增益介质是具有适当光学性质的材料。光学腔使光通过增益介质来回传递。能量被泵浦到增益介质中。这种能量激发增益介质中的原子转变为更高的能级，从而产生粒子数反转。当适当波长的光通过增益介质时，光子刺激被激发的原子发射相同波长的附加光子并衰减到较低的能级，从而导致光的放大。光学放大器类似于激光器，但没有来自光学腔的反馈。
术语“光”用于指代所有电磁辐射，包括但不限于可见光。此外，术语“光学”用于修饰所有电磁辐射，即可见光谱中的光和其他波长范围内的光。
制造方法
参考图1A至1C，示意性地示出了根据一个实施方式的制造光纤34的方法的步骤。
特别参考图1A，所述方法包括提供光纤预制件20的第一步骤。光纤预制件包括活性纤芯22和围绕纤芯22的泵浦引导包层24。
容易理解的是，光纤预制件20的不同层预定成在拉制光纤预制件20之后限定光纤34的层。因此，所得光纤34还将具有由泵浦引导包层24围绕的活性纤芯22。图1C所示的结构限定了典型的双包层光纤，除了纤芯和泵浦引导包层之外还包括围绕泵浦引导包层的外包层26。活性纤芯22提供沿其引导的光的放大，同时泵浦光被注入泵浦引导包层24中并由泵浦引导包层24和外包层26之间的界面引导。
容易理解的是，表述“活性纤芯”意指光导结构，其中通过泵浦光激发掺杂离子产生受激发射的光子。活性纤芯22可以由掺杂的二氧化硅制成，并且优选地掺杂有活性离子，例如稀土元素，例如铥、镱、铒钕或其组合。活性纤芯可以掺杂有其他非活性掺杂剂，例如铝、锗、氟、硼，通常为氧化物形式。
泵浦引导包层24适于接收和引导泵浦光，以便被活性纤芯22的掺杂离子吸收并将它们激发到更高的能态。泵浦引导包层24优选地大于活性纤芯22，以便支持高泵浦功率。泵浦引导包层可以例如由纯(未掺杂的)二氧化硅、硫族化物、氟化物或磷酸盐玻璃制成。
在典型的实施例中，泵浦引导包层24具有圆形横截面，因此下面描述的纵向突起通过破坏该圆形对称性来改善泵浦吸收。然而，在其他实施方式中，光纤预制件可具有不同的横截面形状，但纵向突起仍然具有对吸收系数的正面影响。
将进一步理解的是，光纤预制件20以及因此光纤34可以包括除图1A所示的那些以外的附加层，而不脱离本发明的范围。在这些附加层中可以使用任何合适的材料，诸如，例如低折射率聚合物涂层、玻璃材料、液体或甚至气体。在一些实施例中，光纤预制件20可以包括在泵浦引导包层24和纤芯22之间的至少一个附加包层28(参见图3A)，例如限定三包层设计。可替代地考虑其他配置。
参考图1B，所述方法接下来包括将一个或多个侧杆30组装到光纤预制件20的步骤，从而形成光纤预制件组件32。每个侧杆30沿泵浦引导包层24的外表面27纵向延伸。
在一些实施例中，侧杆30围绕光纤预制件均匀地分布，当所得光纤拼接到另一光纤时，这导致更少的纤芯接头损耗。实际上，典型的熔合器使用两个光纤各自的包层的外边缘进行拼接的两个光纤的包层对准。如果侧杆非均匀分布，则外边缘可能相对于纤芯不对称，这导致在多模芯的情况下更高的纤芯接头损耗或更高阶模的激励。
在其他实施方式中，侧杆30可以围绕光纤预制件非均匀地分布，该方法可以有利地进一步防止包层螺旋射线。非对称包层改善了模式混合和泵浦吸收。这可能产生使用包层对准的更高接头损耗，但是这种损耗在某些应用中可能不重要，或者可以使用例如光源和功率计来进行纤芯的主动对准，以最小化接头损耗。
可以提供多个侧杆30，例如2、3、4或更多个这样的侧杆，但是在一些实施方式中，可以提供单个侧杆，而不脱离本发明的范围。
侧杆30优选地由与光纤预制件20的泵浦引导包层24相同的材料制成，例如未掺杂的二氧化硅、硫族化物、氟化物或磷酸盐玻璃。
侧杆30优选地是圆形的，这是由于这种杆的制造和组装简单。然而，在其他实施方式中，可以使用具有不同横截面形状的侧杆30，诸如，例如正方形、三角形、矩形、半圆形等。在一些实施方式中，每个侧杆30的直径与光纤预制件20的直径的比值大于0.02，优选地大于0.05。
侧杆30与光纤预制件20的组装可以以各种方式进行。在一些实施方式中，每个侧杆30可以熔合或焊接到泵浦引导包层24的外表面27。侧杆30与光纤预制件20的熔合可以基本上沿其整个长度进行或在沿光纤预制件20的一个或多个位置部分地进行。在其它实施方式中，诸如，例如图1B所示，可以设置保持器42，例如夹具等，用于沿泵浦引导包层24的外表面27保持侧杆30，与所述外表面直接接触或者与其紧邻。在又一个实施例中，在下面说明的拉制处理期间，侧杆30可以抵靠泵浦引导包层24被手动地保持在位。侧杆也可以与预制件分开保持，并且在拉制处理期间熔合到光纤。
参考图1B和1C，所述方法接下来包括将光纤预制件组件32拉制成光纤34的步骤，使得每个侧杆30限定沿光纤34延伸的纵向突起36。
可以根据本领域公知的技术，使用适合于制造光纤的拉丝塔和/或相关设备来执行预制件组件32的拉制。优选地，光纤34的拉制在足以将侧杆30熔合到泵浦引导包层24的外表面27的温度下进行，特别是如果侧杆30还没有在组装步骤熔合到光纤预制件20的话。优选地，选择侧杆30的尺寸和拉制温度，使得侧杆30高度熔合到泵浦引导包层24，其间没有不连续性。根据不同变体的光纤34的所得横截面在图2A至2C中示出，分别示出了具有4、1和3个以不同程度熔合到泵浦引导包层24的外表面27的纵向突起36的光纤。每个纵向突起36具有形成中间隆起部38和平滑过渡区域40a、40b的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层24的外表面27，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层24的外表面27位于该中间隆起部38的相对侧上。将容易理解，表述“径向突伸远离”是指纵向突起36从泵浦引导包层24的外表面27向外延伸的事实，因为它们是在没有在泵浦引导包层24或光纤的其他部分中制造任何孔的情况下制造的。此外，表述“平滑过渡区域”应理解为指中间隆起部38和泵浦引导包层24的外表面27之间的连接部处的区域，其没有重大的不连续性。有利地，与上述现有技术相比，这种纵向突起36的设置减小了与泵浦引导包层24的界面处的应力。此外，通过避免不连续性，光纤的机械抗性得到改善，并且促进了所得光纤34到其他光学部件的切割(cleaving)。
优选地，所述方法包括用至少一个外包层26包围光纤34。外包层26优选地由低折射率材料制成，以便允许引导泵浦引导包层24中的泵浦功率。例如，在拉制期间，可以通过在拉丝塔上使用染料添加低折射率聚合物来添加外包层。在另一个示例中，在拉制之前，可以在预制件上加入由比包层低的折射率的外包层26，例如氟掺杂的二氧化硅。在一个示例中，外包层26可以由围绕光纤的丙烯酸酯或聚合物护套实现。
有利地，与其他已知技术相比，本文所述方法的实施例允许以低张力拉制大尺寸的光纤预制件，同时仍获得改进的吸收系数。例如，通过以低于100克力(gf)、50gf甚至25gf的拉制张力拉制光纤预制件，可以获得高于0.5甚至高于0.8的吸收系数。可以拉制直径大于10mm、30mm甚至50mm的预制件，其吸收系数大于0.5至0.8。
有利地，在执行本文所述的方法时不需要钻孔，因为侧杆直接熔合到泵浦引导包层上。该特征减轻了现有技术方法的缺点，因为对玻璃预制件钻孔可能具有挑战性-通常需要超声波钻孔，这在长预制件上不能容易地进行并且可能导致低的表面质量。靠近预制件侧面的钻孔容易发生玻璃破碎和碎裂。此外，需要插入孔中的杆的良好公差，并且必须注意避免杆和预制件之间的界面处的气泡，从而削弱所得光纤。最后，插入预制件中的杆可能在泵浦引导包层的边界处引起不连续性，这也是结构弱点的来源。
光纤
在一些实施方式中，提供了根据上述方法的实施例制造的光纤。光纤可以由任何类型的玻璃制成，例如二氧化硅、氟化物、硫族化物或磷酸盐。光纤可以是微结构、光子带隙光纤、三包层设计、或由若干包层或区域组成，以引导泵浦光。
参考图3A至3C，示出了根据一个方面的光纤34的示例。光纤34包括活性纤芯22、围绕活性纤芯22的泵浦引导包层24和围绕泵浦引导包层24的外包层26。如上所述，活性纤芯22可以由掺杂的二氧化硅制成，并且优选地掺杂有活性离子，例如稀土元素，例如铥、镱、铒钕或其组合。泵浦引导包层24优选地由未掺杂的二氧化硅制成。外包层26优选地由低折射率材料制成，以便允许引导泵浦引导包层24中的泵浦功率。在一些示例中，外包层26可以由围绕光纤的丙烯酸酯护套实现。
光纤34可以包括除上面列出以外的那些附加层。例如，在图3A至3C的实施例中，光纤34包括在泵浦引导包层24和纤芯22之间的附加包层28，限定了三包层或基座(pedestal)设计。可替代地考虑其他配置。在这些附加层中可以使用任何合适的材料，诸如，例如低折射率聚合物涂层、玻璃材料、液体或甚至气体。
光纤34还包括沿泵浦引导包层24延伸的一个或多个纵向突起36。每个纵向突起36具有形成中间隆起部38和平滑过渡区域40a、40b的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层24的外表面27，在所述平滑过渡区域中，该外表面27位于中间隆起部38的相对侧上。
尽管在图3A和3B的实施例中仅示出了2个纵向突起，但是将容易理解的是，在其他变体中，可以使用3、4或更多个这样的纵向突起。在一些变体中，多个纵向突起均匀地或非均匀地围绕泵浦引导包层分布。在其他实施例中，可以提供单个纵向突起。
纵向突起优选地由与泵浦引导包层相同的材料制成，例如未掺杂的二氧化硅、硫族化物、磷酸盐或氟化物。
限定光纤34的几何形状的参数包括圆形周边P光纤，其由泵浦引导包层24的外表面27的横截面的轮廓限定。如其名称所示，圆形周边通常是圆形的，但是在一些变体中，泵浦引导包层的轮廓可以具有不同的形状。中间隆起部38的径向高度h通常从中间隆起部38的顶部边缘测量到泵浦引导包层的外表面27的圆形周边，如图3C所示。在一些实施方式中，每个纵向突起36具有高度比R，其由中间隆起部38的径向高度h除以在圆形周边处的光纤的直径D限定，其小于0.20，并且优选地小于0.06，以便于施加构成外包层的低折射率材料并易于切割。然而，相对于光纤的尺寸而言径向高度h太小的纵向突起可能不能有效地增加吸收系数，并且通常寻求高于0.001的高度比R以获得高于50％的吸收系数。高度比R大于0.03可以提供大于0.8的吸收系数。如果纵向突起由与泵浦引导包层不同的材料制成或者由具有不同折射率的材料制成，则小于光纤直径的0.1％的值的高度熔合的纵向突起可以得到高于50％的吸收系数；当使用与泵浦引导包层不同的材料时，即使突起完全熔合在光纤中(R≈0)也可以提供高于50％的吸收系数。
优选地，过渡区域40a和40b与周围的泵浦引导包层24没有或具有可忽略不计的不连续性，以减小局部应力。在一些实施方式中，每个纵向突起36的平滑过渡区域40a、40b具有大于0.1μm的曲率半径。图3C示出了测量曲率半径的位置。在其他变体中，纵向突起36的曲率半径大于泵浦引导包层24的外表面27的曲率半径的四分之一。
优选地，纵向突起36的设计提供的包层泵浦吸收系数大于0.5，优选地大于0.8。
在一些实施方式中，光纤34具有良好的机械抗性。优选地，光纤34具有至少50kpsi，优选地大于100kpsi，或大于200kpsi的拉伸或弯曲抗性，如通过最小抗性验证测试所确定的。还需要具有低应力的光纤，特别是与现有技术光纤的成形处理引起的应力相比。本文描述的方法允许制造在包层24和纵向突起36之间的界面处或在纵向突起周围的区域中具有低于200MPa的应力的光纤。优选地，每个纵向突起周围的应力小于200MPa，或小于50MPa，或小于10MPa，或小于1MPa。
与其它方法相比，例如用预定数量的边(例如八边形)成形预制件，上述方法降低了所得光纤的纤芯-包层同心度误差E。在一些实施方式中，所得光纤34在制造处理期间具有小于0.4％的平均纤芯-包层同心度误差E，特别是对于小于30mm的预制件直径。
参考图4A至4D，示出了根据实施例的光纤的剖视图像。图4A示出了具有4个纵向突起的光纤，所述纵向突起高度熔合到泵浦引导包层。在图4B中，只有两个较大的纵向突起以较小的程度熔合到包层。图4C示出了围绕包层非均匀分布的4个纵向突起，以最大化吸收系数。最后，图4D示出了由刚好熔合到泵浦引导包层的大的侧杆所产生的单个纵向突起。
当然，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。

Claims (64)

1.一种制造光纤的方法，包括：
a)提供光纤预制件，其包括活性纤芯和围绕纤芯的泵浦引导包层；
b)将一个或多个侧杆组装到光纤预制件，从而形成光纤预制件组件，每个侧杆沿泵浦引导包层的外表面纵向延伸；
c)将光纤预制件组件拉制成所述光纤，使得每个侧杆限定沿所述泵浦引导包层延伸的纵向突起。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光纤预制件包括在泵浦引导包层和纤芯之间的至少一个附加包层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤b的组装包括围绕光纤预制件分布多个所述侧杆。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤b的组装包括围绕光纤预制件均匀地分布多个所述侧杆。
5.根据权利要求3所述的方法，其中步骤b的组装包括围绕光纤预制件非均匀地分布多个所述侧杆。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中多个所述侧杆由2、3或4个所述侧杆构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中每个侧杆的直径与光纤预制件的直径的比率大于0.02。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中每个侧杆的直径与光纤预制件的直径的比率大于0.05。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中步骤b的组装包括将每个侧杆熔合到泵浦引导包层的外表面。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中步骤b的组装包括将每个侧杆部分地熔合到泵浦引导包层的外表面。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中步骤b的组装包括提供沿泵浦引导包层的外表面保持侧杆的保持器。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中侧杆由与泵浦引导包层相同的材料制成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述材料是未掺杂的二氧化硅。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中步骤c的拉制在足以将一个或多个所述侧杆熔合到泵浦引导包层的外表面的温度下进行。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，还包括用至少一个外包层围绕光纤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个外包层包括聚合物护套。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中每个纵向突起具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的所述外表面位于所述中间隆起部的相对侧上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中光纤具有由泵浦引导包层的外表面限定的圆形周边，每个纵向突起具有高度比R，所述高度比R由中间隆起部相对于光纤的圆形周边的径向高度除以在所述圆形周边处的光纤的直径限定，每个纵向突起的所述高度比R小于0.20。
19.根据权利要求18所述的方法，其中每个纵向突起的高度比R小于0.06。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中每个纵向突起的高度比R大于0.001。
21.根据权利要求18或19所述的方法，其中每个纵向突起的高度比R大于0.03。
22.一种通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法制造的光纤。
23.根据权利要求22所述的光纤，其中每个纵向突起具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的所述外表面位于所述中间隆起部的相对侧上。
24.根据权利要求23所述的光纤，其中光纤具有由泵浦引导包层的外表面限定的圆形周边，每个纵向突起具有高度比R，所述高度比R由中间隆起部相对于光纤的圆形周边的径向高度除以在所述圆形周边处的光纤的直径限定，每个纵向突起的所述高度比R小于0.20。
25.根据权利要求24所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R小于0.06。
26.根据权利要求24或25所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R大于0.001。
27.根据权利要求24或25所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R大于0.03。
28.根据权利要求23所述的光纤，其中每个纵向突起的平滑过渡区域的曲率半径大于0.1μm。
29.根据权利要求23所述的光纤，其中每个纵向突起的平滑过渡区域的曲率半径大于泵浦引导包层的外表面的曲率半径的四分之一。
30.根据权利要求22至29中任一项所述的光纤，其具有大于0.5的包层泵浦吸收系数。
31.根据权利要求22至29中任一项所述的光纤，其具有大于0.8的包层泵浦吸收系数。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的光纤，其具有大于50kpsi的拉伸或弯曲抗性。
33.根据权利要求22至31中任一项所述的光纤，其具有大于100kpsi的拉伸或弯曲抗性。
34.根据权利要求22至31中任一项所述的光纤，其具有大于200kpsi的拉伸或弯曲抗性。
35.根据权利要求22至34中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于200MPa。
36.根据权利要求22至34中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于50MPa。
37.根据权利要求22至34中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于10MPa。
38.根据权利要求22至34中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于1MPa。
39.根据权利要求22至34中任一项所述的光纤，其具有小于0.4％的平均纤芯-包层同心度误差。
40.一种光纤，包括：
-活性纤芯；
-围绕纤芯并具有外表面的泵浦引导包层；
-沿所述泵浦引导包层延伸的一个或多个纵向突起，每个纵向突起具有形成中间隆起部和平滑过渡区域的横截面，所述中间隆起部径向突伸远离泵浦引导包层的外表面，在所述平滑过渡区域中，泵浦引导包层的所述外表面位于所述中间隆起部的相对侧上。
41.根据权利要求40所述的光纤，其包括在泵浦引导包层和纤芯之间的至少一个附加包层。
42.根据权利要求40或41所述的光纤，其包括围绕泵浦引导包层分布的多个所述纵向突起。
43.根据权利要求42所述的光纤，其中所述多个纵向突起围绕泵浦引导包层均匀地分布。
44.根据权利要求42所述的光纤，其中所述多个纵向突起围绕泵浦引导包层非均匀地分布。
45.根据权利要求42至44中任一项所述的光纤，其中所述多个纵向突起由2、3或4个所述纵向突起组成。
46.根据权利要求40至45中任一项所述的光纤，其中纵向突起由与泵浦引导包层相同的材料制成。
47.根据权利要求46所述的光纤，其中所述材料是未掺杂的二氧化硅。
48.根据权利要求1至47中任一项所述的光纤，其还包括围绕泵浦引导包层的至少一个外包层。
49.根据权利要求40至48中任一项所述的光纤，其中光纤具有由泵浦引导包层的外表面限定的圆形周边，每个纵向突起具有高度比R，所述高度比R由中间隆起部相对于光纤的圆形周边的径向高度除以在所述圆形周边处的光纤的直径限定的高度比R，每个纵向突起的所述高度比R小于0.20。
50.根据权利要求49所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R小于0.06。
51.根据权利要求49或50所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R大于0.001。
52.根据权利要求49或50所述的光纤，其中每个纵向突起的高度比R大于0.03。
53.根据权利要求40至52中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起的平滑过渡区域具有大于0.1μm的曲率半径。
54.根据权利要求40至52中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起的平滑过渡区域的曲率半径大于泵浦引导包层的外表面的曲率半径的四分之一。
55.根据权利要求40至54中任一项所述的光纤，其具有大于0.5的包层泵浦吸收系数。
56.根据权利要求40至54中任一项所述的光纤，其具有大于0.8的包层泵浦吸收系数。
57.根据权利要求40至54中任一项所述的光纤，其具有大于50kpsi的拉伸或弯曲抗性。
58.根据权利要求40至54中任一项所述的光纤，其具有大于100kpsi的拉伸或弯曲抗性。
59.根据权利要求40至54中任一项所述的光纤，其具有大于200kpsi的拉伸或弯曲抗性。
60.根据权利要求40至59中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于200MPa。
61.根据权利要求40至59中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于50MPa。
62.根据权利要求40至59中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于10MPa。
63.根据权利要求40至59中任一项所述的光纤，其中每个纵向突起周围的应力小于1MPa。
64.根据权利要求40至63中任一项所述的光纤，其具有小于0.4％的平均纤芯-包层同心度误差。
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Application publication date: 20181221

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