CN110651209B - 多包层光纤 - Google Patents

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Abstract

描述了一种多包层光纤设计，以便在光谱的UV可见光部分中为基本传播模式线性偏振(LP)01模式提供低光损耗、高数值孔径(NA)和高光学增益。光纤设计可以包含掺杂剂，以便同时增加纤芯区域的光学增益，同时避免在光纤制造过程中产生额外的损耗。光纤设计可以掺入稀土掺杂剂以有效地发射激光。另外，光学纤芯中传播模式的模态特性促进高效的非线性混合，从而提供高光束质量(M2<1.5)的发射光输出。

Description

多包层光纤
根据35 U.S.C.§119(e)(1)，本申请要求于2017年4月21日提交的美国临时申请序列号62/488,440的申请日的权益，该临时申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的实施方案总体上涉及光纤，并且更具体地，涉及具有用于入射光的高数值孔径和在可见光区域内操作的输出光的高光束质量因数的多包层高功率光纤。
背景技术
除其他功能外，光纤还具有将低光束质量(例如，M2>>1.5)输入光转换成高光束质量(例如，M2<1.5)输出光的潜力。然而，据信，这种潜力基本上仅在IR(红外)光谱中实现，然后仅在900nm至2000nm范围内。
据信，用于将低光束质量的激光二极管光转换为高光束质量的光的多包层光纤的现有方法具有若干缺点，除其他方面外还包括不能提供或建议在可见光区域内输出的光。
据信，将多包层光纤中的低光束质量的光转换成高光束质量的光的现有方法有几个缺点，除其他方面外还包括它们不能解决使用非日晒光纤材料(non-solarizing fibermaterial)进行可见光(例如，蓝光)的有效非线性转换的问题。
因此，据信在本发明之前，除其他特征外，光纤配置还具有的用于高功率操作、光纤的激光二极管泵浦的多包层结构，和利用掺稀土元素离子或受激拉曼散射的模式转换工艺，以及本发明的其他特征和性质，从未实现。
由于光纤的相互作用长度长，为了高效率，期望低传播损耗。当在光学玻璃中使用三阶非线性张量元(特别是拉曼张量元)时，低传播损耗至关重要。已经公开了化学和机械稳定的玻璃组合物，与二氧化硅玻璃(silica glass)相比，该玻璃组合物要求低的光损耗和更宽的透明窗。然而，据信迄今为止报道的所有化学和机械稳定的玻璃组合物在光谱的可见和UV部分具有比二氧化硅玻璃更高的光损耗。因此，据信这些现有的组合物不能满足长期以来对低传播损耗的需求，特别是对于对可见光和UV光具有比二氧化硅低的传播损耗的二氧化硅替代品的需求。
为了制造经由全内反射在纤芯中引导光的光纤，纤芯的折射率必须大于周围包层区域的折射率。在光谱的可见和UV部分，已知在具有二氧化硅包层的二氧化硅芯中使用铝，然而这种方法具有许多缺陷，尤其是，据信该方法在光谱的可见和UV部分中具有增加传播损耗的副作用。
进一步减小二氧化硅玻璃光纤中的光损耗的另一种方法是将过量的氢原子引入二氧化硅玻璃中以降低在光谱的可见和UV部分中的损耗。该方法具有若干缺陷，除了其他缺陷外，据信当二氧化硅玻璃掺杂有其他材料(例如铝或磷)时，该方法不能改善蓝光的光传播损耗。
如本文所用，除非另有明确说明，否则“UV”、“超紫”、“UV光谱”和“光谱的UV部分”以及类似术语应给出其最广泛的含义，并且包括波长为约10nm至约400nm，和10nm至400nm的光。
如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“可见”、“可见光谱”和“光谱的可见光部分”以及类似术语应给出其最广泛的含义，并且包括波长为约380nm至约750nm，和400nm至700nm的光。
如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“蓝色激光束”、“蓝色激光器”和“蓝色”应给出其最广泛的含义，并且通常是指提供激光束的系统、激光束、激光源，例如提供例如传播激光束或波长为约400nm至约500nm的光的激光器和二极管激光器。
如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“绿色激光束”、“绿色激光器”和“绿色”应给出其最广泛的含义，并且通常是指提供激光束的系统、激光束、激光源，例如，提供例如传播激光束或波长为约500nm至约575nm的光的激光器和二极管激光器。
通常，除非另有说明，否则如本文所用的术语“约”意味着包括±10％的变化或范围，与获得所述值相关的实验或仪器误差，和优选地，这些中的较大者。
本发明背景技术部分旨在介绍本领域的各个方面，其可以与本发明的实施方案相关联。因此，本部分中的前述讨论提供了用于更好地理解本发明的框架，并且不应被视为对现有技术的承认。
发明内容
因此，长期以来，存在对对于可见光(包括且特别是蓝光、蓝绿光和绿光波长)具有低损耗、高功率、多包层、高光束质量的光纤的需求一直没有得到满足。本发明尤其通过提供本文教导和公开的制品、装置和方法来满足这些需求。
因此，提供了一种多包层、二氧化硅基光纤，其在光谱的可见光部分，特别是蓝光部分中以高功率工作，以将来自蓝色激光二极管的低亮度、高功率光转换为来自光纤输出的高功率、高亮度蓝光。
提供了一种光纤和使用该光纤将可见光波长、UV波长和蓝光波长中的一种或多种或所有中的激光束转换为更高光束质量和更低传输损耗的方法，二氧化硅基多包层光纤具有：纤芯，其被第一包层包围，所述光纤具有高NA；所述光纤被配置为将M2>>1.5的低光束质量的可见光或UV光转换为M2<1.5的高光束质量的光；氢气掺杂剂，由此所述光纤被配置为在光谱的可见或UV部分中提供低传播损耗；以及所述纤芯具有GRIN结构。
另外，提供了具有以下一个或多个特征的这些纤维和方法：其中，GRIN结构具有选自以下的组分：针对二氧化硅玻璃以改变折射率的改性剂，包括二氧化硅玻璃的改变有效折射率的结构，以及针对二氧化硅玻璃以保护纤芯免受UV辐射的改性剂；其中第一包层被第二包层包围，第二包层被外包层包围，其中每个包层具有二氧化硅玻璃；其中第一包层被第二包层围绕，第二包层被外包层围绕，其中每个包层具有含有化学改性剂的二氧化硅玻璃；其中低光束质量的光通过稀土离子的直接激光发射(lasing)被转换为高光束质量的光；其中低光束质量的光通过非线性光学器件引起的能量交换过程被转换为高光束质量的光；其中在光谱的可见和UV部分中光传播损耗都很低；其中GRIN结构具有选自磷、铝以及铝和磷中的组分；其中GRIN结构具有选自增加二氧化硅玻璃的折射率且在被蓝光照射时不会日晒的材料的组分，被配置为对光纤的基本模式LP01模式表现出最高的非线性增益；具有包围第一包层的第二包层，其中第二包层的有效折射率低于第一包层的折射率；其中第二包层具有针对玻璃基质的改性剂，从而将第二包层的折射率降低到小于第一包层的折射率；其中第二包层具有非固体结构，从而将第二包层的折射率降低到小于第一包层的折射率；其中第二包层具有低折射率聚合物，从而将第二包层的折射率降低到小于第一包层的折射率；具有外包层和第二包层，其中外包层的有效折射率高于第二包层的有效折射率；具有外包层，其中外包层的有效折射率高于第二包层的有效折射率；包括外包层，其中外包层的有效折射率低于第二包层的有效折射率；以及，其中第一包层、第二包层和外包层中的一个或多个具有化学改性剂以保护第一包层和纤芯免受UV辐射。
此外，提供了一种纤维和使用该纤维将可见光波长、UV波长和蓝光波长的一种或多种或所有中的激光束转换为更高的束质量和更低传播损耗的方法，该二氧化硅基多包层光纤包含以下：一个或多个包层以产生高NA；将低光束质量的光(M2>>1.5)转换为高光束质量的光(M2<1.5)的能力；通过氢气掺杂实现在光谱的可见和UV部分中的低传播损耗；光学纤芯中的梯度折射率(GRIN)结构；针对二氧化硅玻璃以改变折射率的改性剂；包含二氧化硅玻璃、改变有效折射率的结构；针对二氧化硅玻璃以保护纤芯免受UV辐射的改性剂。
另外，提供了具有以下特征中的一个或多个的这些纤维和方法：含有纤芯、内包层、第二内包层和外包层，均基于二氧化硅玻璃或具有化学改性剂的二氧化硅玻璃；通过稀土离子的直接激光发射将低光束质量的光(M2>>1.5)转换为高光束质量的光(M2<1.5)；通过非线性光学器件引起的能量交换过程将低光束质量的光(M2>>1.5)转换为高光束质量的光(M2<1.5)；由于二氧化硅基玻璃的氢气掺杂，在光谱的UV和可见光部分具有较低的光传播损耗；通过添加针对玻璃基质的改性剂，在光学纤芯中包含梯度折射率(GRIN)结构；通过添加磷、铝或者铝和磷的一些组合在光学纤芯中包含梯度折射率(GRIN)结构；其中改性剂是增加二氧化硅玻璃的折射率且在被蓝光照射时不会日晒的任何元素或分子；对光纤的基本模式LP01模式表现出最高的非线性增益；含有具有比内包层的折射率低的有效折射率的第二包层；使用针对玻璃基质的化学改性剂以降低第二包层的折射率；使用非固体结构以降低第二包层的折射率；使用低折射率聚合物以降低第二包层的折射率；含有具有有效折射率比第二包层的有效折射率高的外包层；以及含有化学改性剂以保护光纤的内包层和纤芯免受UV辐射。
附图说明
图1是根据本发明的光纤的折射率分布的实施例的图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有低传播损耗的光纤、多包层光纤以及用于高功率和高亮度光的光纤的配置。
本发明的一个实施方案是多包层光纤。该多包层光纤包含了几项进步以便在光谱的可见光部分中从高功率、低亮度的光产生高功率、高亮度的光。因此，该实施方案包含多个包层，例如2、3、4、5个或更多个，以便接收被限定为高NA(例如0.2>NA>0.8)的入射光并将其转换成以低NA(例如0.02<NA<0.1)离开光纤的光。纤芯由二氧化硅玻璃制成，结合由磷和/或铝制成的梯度折射率结构，并且包层可以由例如二氧化硅玻璃、氟掺杂的二氧化硅玻璃、氟锗掺杂的二氧化硅玻璃或由二氧化硅玻璃制成的光子晶体结构。
下表列出了光纤的一个实施方案的相对折射率。
Figure GDA0003114804020000051
Figure GDA0003114804020000061
*在操作波长下相对于二氧化硅玻璃
在多包层结构的一个实施方案中，纤芯材料是二氧化硅基基体，该基体与由磷和/或铝制成的、通过玻璃的氢气掺杂改性的梯度折射率结构相结合，降低了在光谱的可见和UV部分中的传播损耗。
在提供用于将低亮度光转换为高亮度光的小的有效面积的实施方案中，光纤的中心或内部是梯度折射率(“GRIN”)结构。通过向内包层结构添加掺杂剂来制造GRIN结构，因此对于圆形对称光纤，仅可以掺杂最里面的包层。掺杂剂可以是不会显著增加光损耗的任何非日晒、化学上和机械上稳定的材料元素，优选磷或铝，或两者。以这种方式，GRIN结构形成光纤的光芯。
通过附加的掺杂剂和/或二氧化硅基结构产生用于接受入射光的高NA，以降低围绕内包层区域的区域中的有效折射率。光还可以通过光纤外面上的低折射率涂层(例如低折射率聚合物)而被限制。
下表列出了所公开的光纤的优选实施方案的掺杂剂浓度和尺寸。
Figure GDA0003114804020000062
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
下表列出了所公开的光纤的另外的实施方案的掺杂剂浓度范围和尺寸范围。
Figure GDA0003114804020000071
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续1至20天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动):V-GeCL4/V-SiCl4:0.2-0.5
V-SF6/V-SiCl4:0.01-0.3
V-O2过剩/V-SiCl4:0.5-15
通过将附加的掺杂剂添加到外包层来防止GRIN光芯中的掺杂剂的日晒。优选的掺杂剂是锗，其可以与氟组合以减少在外包层中的折射率干扰。这些附加的掺杂剂保护纤芯中的掺杂剂免受来自环境以及纤维制造过程中的UV辐射。
多包层光纤提供了一种经由稀土离子的直接激光发射跃迁或经由非线性光学器件的频率位移，将高功率、低亮度的光转换为高功率、高亮度的光的方法。小模式有效面积(例如，200μm2或更小)和长相互作用长度(例如，50米或更小)使得能够有效地产生高亮度光。注意力主要集中在光谱的近红外部分，在该部分中，光纤的传播、半导体泵浦激光器是现成可用的，并且稀土离子具有适当的吸收带和发射带。另外，低传播损耗可以导致有效的非线性光学过程，甚至通过二氧化硅基玻璃提供适度的非线性。
本发明的实施方案允许在光谱的可见和UV部分中使用光纤以在将低亮度光转换成高亮度光时产生高功率。然而，在光谱的可见和UV部分中，几乎没有稀土离子具有大量吸收和发射截面，同时具有长的上态寿命，因此，还存在通常不使用非线性光学进行有效操作的教导。有利的是，根据米勒定律，大多数非线性会增加1/λ的函数，其中λ是光的波长。因此，与光谱的近红外部分相比，光谱的可见和UV部分中的非线性系数更高。然而，由于瑞利散射引起的损耗随1/λ4增加，从而光损耗很快就阻止有效非线性光学的出现。另外，许多材料的电子吸收带边缘的尾边缘从光谱的UV部分延伸到可见光部分。
本发明的一个实施方案包括组合减少光谱的UV和可见光部分中的光损耗以及结合多包层光纤设计以增加光纤的有效非线性。结果是在光纤中在光谱的可见光部分中将低亮度光转换为高亮度光的有效手段。
光纤用于将低光束质量(M2>>1.5)的光传输和转换为高光束质量(M2<1.5)的光。由本发明的系统转换的低质量激光束，特别是低质量蓝色、绿色和蓝绿色激光束的M2可为约1.55至约10、约2至约5、约1.6至约15和更大的值，以及在这些范围内的所有值。通过转换这些低质量激光束(包括低质量蓝色激光束)提供的高质量激光束的M2可为约1.5至约1.1、小于1.5、小于1.4、小于1.3、理论上为1，以及这些范围内的所有值。另外，由本发明的系统的实施方案提供的转换的激光束的M2值比初始或低质量激光束的M2值可提高至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％和至少约5％至约50％。
本发明的光纤的实施方案，特别是对于蓝光、蓝绿光和绿光波长，其NA为约0.1至0.8、约0.2至约0.8、等于或大于约0.22、等于或大于0.25、约0.22、约0.3、约0.4至约0.5、约0.5至约0.8和更大或更小的NA，以及这些范围内的所有值。本文所用的高NA是在该范围内的大于0.22的NA。
光纤的实施方案提供了低的传播损耗，特别是对于蓝光、蓝绿光和绿光波长，该传播损耗为约10dB/km至大约40dB/km、约10dB/km至约30dB/km、约20dB/km至约40dB/km、大于约15dB/km、大于约10dB/km，和更大和更小的值，以及这些范围内的所有值。
转向图1，图1是示出从光纤的一个实施方案的纤芯的中心到外半径的相对折射率分布的实施方案的图。在该实施方案中，折射率分布表现出所公开的光纤的径向对称性。虚线表示纯二氧化硅玻璃对于预期波长或操作的折射率。高于该虚线的值表示在预期操作波长下比二氧化硅玻璃的折射率高的折射率。低于该虚线的值表示在预期操作波长下比二氧化硅玻璃的折射率低的折射率。
在该实施方案中，光纤具有半径为20μm的纤芯，厚度为11.25μm的第一包层，厚度为6.25μm的第二包层和厚度为25μm的第三(和外)包层，以及由聚酰亚胺或丙烯酸酯形成且厚度为60μm的外涂层。虚线1显示了在操作波长下的二氧化硅玻璃的基线折射率。从光纤的纤芯的中心开始，显示GRIN区域2相对于内包层区域3的折射率增加。第二包层区域4与内包层区域3相比折射率降低，从而产生大数值孔径。外包层区域5是光纤的最终玻璃部分，其由于在第二包层区域4的外部边缘附近添加了UV吸收改性剂而折射率略高于二氧化硅玻璃。
光纤的GRIN纤芯2含有的改性剂的折射率比二氧化硅玻璃高，从而在GRIN纤芯2和内包层3之间产生正折射率差。正折射率差充当光纤内部的恒定透镜，迫使低阶模式的有效面积变小。在辐照度依赖性非线性光学过程期间，较小的有效面积导致更大的能量交换，诸如四波混频、受激布里渊散射和受激拉曼散射。选择改性剂使得其在被可见光照射时不会造成额外的损失，这就排除诸如锗的元素。在一个优选的实施方案中，该限制允许使用铝和/或磷。
还选择改性剂使得要在能量交换过程中使用的非线性系数相对于内包层增加，即，对四波混频的χ(3)张量的电子贡献，对受激拉曼散射的χ(3)张量的电子振动贡献，对受激布里渊散射的χ(3)张量的电致伸缩贡献。在一个优选的实施方案中，选择改性剂为磷，因为其二氧化硅玻璃的拉曼增益曲线的有效偶联和增加。
改性剂的类型和量
内包层(3)和第二包层(4)的目的是提供最大的折射率差。高折射率差允许在界定的圆锥体体积内的光耦合到光纤的内包层。光纤的NA被定义为入射光线相对于光纤轴的最大角的正弦，该入射光线将被引导到光纤内包层中。当将光从空气耦合到光纤中时，NA被定义为NA＝(n内包层 2–n外包层 2)0.5，其中n内包层是内包层(3)的折射率，n外包层第二包层(4)的折射率。
获得高NA必须使用相对于内包层区域(3)具有较低折射率的第二包层(4)。为了使光损耗最小，内包层区域的优选实施方案是使用二氧化硅玻璃。可使用针对二氧化硅玻璃的改性剂以便降低折射率。在优选的实施方案中，第二包层(4)中的改性剂为氟、硼或者氟或硼的组合。
第二包层区域4的另一优选实施方案是使用光子晶体光纤(PCF)结构。PCF结构被设计成使得第二包层的有效折射率低于内包层，并且可以低于通过在二氧化硅玻璃中使用诸如氟、硼或氟和硼的组合的改性剂而可能产生的折射率。
下表列出了要用作第二包层区域的PCF结构的相关参数和尺寸。
PCF结构参数 尺寸(μm)
气孔直径 0.5≤d≤5
气孔壁厚 0.1≤t≤0.5
第二包层区域4的又一优选实施方案是使用可UV固化的低折射率聚合物。选择在蓝光区域具有最小吸收和具有低折射率的聚合物。下表中给出了建议的光纤的实例：
Figure GDA0003114804020000101
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续1至20天
外包层5不旨在引导任何可见光而是提供两种功能。首先，它防止可见光与通常置于外包层外部的机械上坚固的外涂层6相互作用。外涂层6可以是金属的、有机的或无机的。其次，外包层含有吸收UV光从而防止与光纤的内包层3、4和纤芯2相互作用的改性剂。
另一个蓝光光纤激光器实施方案是这样的配置，其中光纤上的光引导涂层由用于将泵浦光限制在光学纤芯内部的低折射率聚合物组成。这种聚合物的一个实例是低折射率聚合物LUVANTIX PC373。这种材料具有很高的数值孔径，即非常陡峭的光输入锥形体，光随后由全内反射引导。这些聚合物对高功率光的光学损伤具有良好的抵抗力。用聚合物涂层产生的高数值孔径(NA)超过仅掺杂包层玻璃而产生的输入角度以产生全内反射表面。在优选的实施方案中，通过使用聚合物涂层产生的NA光纤具有大于0.22的NA。在该实施方案中，光学纤芯可以含有先前描述的GRIN结构，并且可以具有或可以不具有内包层，即，外部涂层可以用作泵浦光的主要或次要限制表面。
对于蓝光光纤激光器，另一实施方案是光学纤芯与光纤的泵浦引导部分不对称的情况，如D形纤芯或椭圆形纤芯的情况。在这些情况下，不对称纤芯的目的是优化泵模式的提取。
在光纤制造过程中，以液体形式施加外涂层(6)，并且暴露于UV光使液体硬化成固体，从而形成针对玻璃光纤的机械保护层。UV对纤芯中的改性剂的暴露会导致其他损失机制，例如色心缺陷。在外包层中包括一种或多种改性剂会在光纤制造过程中吸收UV光，并阻止UV光与GRIN纤芯和第二包层(如果存在)中的改性剂相互作用。在一个优选的实施方案中，外包层中的改性剂是锗。
在一个实施方案中，描述了一种多包层光纤设计，以便在光谱的UV和可见光部分中为基本传播模式，线性偏振(LP)01模式提供低光损耗、高数值孔径(NA)和高光增益。光纤设计可以含有掺杂剂，以便同时增加纤芯区域的光学增益，同时避免在光纤制造过程中的额外损耗。光纤设计可以掺入稀土掺杂剂以有效地发射激光。另外，光学纤芯中传播模式的模态特性可促进高效的非线性混合，从而提供发射光的高光束质量(M2<1.5)输出。
下表提供了光纤长度、光功率输入、光功率输出、光束质量输入和光束质量输出的范围。
参数 单位 范围
输入功率 瓦特 5–2000
输出功率 瓦特 0.1–1500
光束质量输入(M<sup>2</sup>) N/A 3–100
光束质量输出(M<sup>2</sup>) N/A 1–2
提供以下实施例以说明本发明的激光器系统，尤其是用于焊接包括电子存储装置中的组件的蓝色激光器系统，和操作的各种实施方案。这些实施例仅用于说明目的，不应视为，并且不以其他方式限制本发明的范围。
实施例1
Figure GDA0003114804020000121
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
实施例2
Figure GDA0003114804020000131
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
****PCF区域，具有所列气孔直径/壁厚
实施例3
Figure GDA0003114804020000132
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动)):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
****PCF区域，具有所列气孔直径/壁厚
实施例4
Figure GDA0003114804020000141
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
****PCF区域，具有所列气孔直径/壁厚
实施例5
Figure GDA0003114804020000142
Figure GDA0003114804020000151
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动)):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
实施例6
Figure GDA0003114804020000152
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动)):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
****PCF区域，具有所列气孔直径/壁厚
实施例7
Figure GDA0003114804020000161
*该区域在前一区域结束处开始，在下一区域开始处结束
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
***V(气体流动或气体通过起泡器流动)):V-GeCL4/V-SiCl4:0.359
V-SF6/V-SiCl4:0.072
V-O2过剩/V-SiCl4:6.12
****PCF区域，具有所列气孔直径/壁厚
实施例7A
Figure GDA0003114804020000162
**H2/O2火焰，H2过剩，预成型温度～1000℃，持续6.2天
实施例8
在一个优选的实施方案中，内包层具有高的数值孔径，使得0.2<NA<0.8。
实施例9
在一个优选的实施方案中，稀土离子是镨。在另一个优选的实施方案中，稀土离子是铥。
实施例10
在一个优选的实施方案中，非线性光学过程不需要相位匹配，诸如受激拉曼散射。
实施例11
在另一个实施方案中，非线性光学过程需要相位匹配，例如四波混频、受激布里渊散射或谐波产生。
实施例12
在一个优选的实施方案中，二氧化硅基玻璃的氢气掺杂以预制棒制造水平进行。这通过在预制棒制造过程中的化学气相沉积阶段将富氢气火焰引入二氧化硅基材料来实现。
实施例13
在一个优选的实施方案中，化学改性剂是氟、硼或者氟和硼的某种组合。
实施例14
在一个优选的实施方案中，非固体结构为光子晶体结构。
实施例15
在一个优选的实施方案中，化学改性剂是锗。
实施例16
在另一个实施方案中，化学改性剂是吸收UV光以防止光纤的内包层和纤芯暴露于UV光的任何元素或分子。
实施例17
在另一个实施方案中，二氧化硅玻璃的氢气掺杂在制造光纤之后进行。这通过将光纤置于富氢气环境中并施加热、压力或UV辐射的任何组合以促进氢气迁移到二氧化硅基玻璃基质中来实现。
应当理解，在本说明书中使用标题是为了清楚的目的，而不是以任何方式进行限制。因此，标题下描述的工艺和公开内容应该在本说明书完整的上下文中(包括各种实施例)阅读。本说明书中标题的使用不应限制本发明提供的保护范围。
应注意，不需要提供或解决作为本发明的实施例的主题或与本发明的实施例相关联的基于新颖和突破性工艺、材料、性能或其他有益特征和特性的理论。然而，在本说明书中提供了各种理论以进一步推进该领域的技术。除非另有明确说明，否则在本说明书中提出的理论决不限制、约束或缩小要求保护的发明所提供的保护范围。可以不需要或实践这些理论来利用本发明。还应理解，本发明可以导致新的、迄今未知的理论来解释本发明的方法、物品、材料、装置和系统的实施例的功能特征；这种后来发展的理论不应限制本发明所提供的保护范围。
除了本文阐述的那些之外，本说明书中阐述的系统、设备、技术、方法、活动和操作的各种实施方案可以用于各种其他活动和其他领域。另外，这些实施方案例如可以与以下一起使用：将来可能开发的其他设备或活动；基于本说明书的教导，可以部分地修改的现有设备或活动。此外，本说明书中阐述的各种实施方案可以以不同和各种组合一起彼此使用。因此，例如，本说明书的各种实施方案中提供的配置可以彼此一起使用；并且，本发明所提供的保护范围不应限于在特定实施方案，特定实施方案、实施例或特定图中的实施方案中阐述的配置或布置。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以不同于本文具体公开的形式的其他形式实施。所描述的实施方案在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。

Claims (17)

1.一种二氧化硅基的多包层光纤，包括：
纤芯，所述纤芯被第一包层包围，所述光纤具有高NA，所述NA为0.22 < NA < 0.8；所述光纤被配置为将M2>> 1.5的低光束质量的可见光或UV光转换为M2<1.5的高光束质量的光；
氢气掺杂剂，由此所述光纤被配置为在光谱的可见光和/或UV光中提供低传播损耗，所述低传播损耗为10 dB/km至40 dB/km；和，
所述纤芯包括GRIN结构。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述GRIN结构包括选自以下的组分：针对二氧化硅玻璃以改变折射率的改性剂；包含二氧化硅玻璃、改变有效折射率的结构；以及针对二氧化硅玻璃以保护所述纤芯免受UV辐射的改性剂。
3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中所述第一包层被第二包层包围，并且所述第二包层被外包层包围，其中每个所述包层包括二氧化硅玻璃。
4.根据权利要求1或2所述的光纤，其中所述第一包层被第二包层包围，并且所述第二包层被外包层包围，其中每个所述包层包括具有化学改性剂的二氧化硅玻璃，所述化学改性剂为氟或硼或锗，或氟锗的组合，或氟硼的组合，每个所述包层的化学改性剂可以相同，也可以不同。
5.根据权利要求1所述的光纤，其中所述低光束质量的光通过稀土离子的直接激光发射被转换为所述高光束质量的光。
6.根据权利要求1所述的光纤，其中所述低光束质量的光通过由非线性光学器件引起的能量交换过程被转换为所述高光束质量的光。
7.根据权利要求1所述的光纤，其中所述GRIN结构包括选自磷、铝以及铝和磷中的组分。
8.根据权利要求1所述的光纤，其中所述GRIN结构包括选自以下的组分：增加二氧化硅玻璃的折射率并在被蓝光照射时不会日晒的材料。
9.根据权利要求8所述的光纤，被配置为对所述光纤的基本模式，LP01模式，表现出最高的非线性增益。
10.根据权利要求1所述的光纤，包括包围所述第一包层的第二包层，其中所述第二包层的有效折射率低于所述第一包层的折射率。
11.根据权利要求10所述的光纤，其中所述第二包层包括针对二氧化硅玻璃的改性剂，从而将所述第二包层的折射率降低至小于所述第一包层的折射率。
12.根据权利要求10所述的光纤，其中所述第二包层包括非固体结构，从而将所述第二包层的折射率降低至小于所述第一包层的折射率，所述非固体结构为光子晶体结构。
13.根据权利要求10所述的光纤，其中所述第二包层包括低折射率聚合物，从而将所述第二包层的折射率降低至小于所述第一包层的折射率。
14.根据权利要求1所述的光纤，包括外包层和第二包层，其中所述外包层的有效折射率高于所述第二包层的有效折射率。
15.根据权利要求10所述的光纤，包括外包层，其中所述外包层的有效折射率高于所述第二包层的有效折射率。
16.根据权利要求14所述的光纤，其中，所述第一包层、所述第二包层和所述外包层中的一个或多个包括化学改性剂以保护所述第一包层和所述纤芯免受UV辐射。
17.根据权利要求10所述的光纤，包括外包层，其中所述外包层的有效折射率低于所述第二包层的有效折射率。
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