CN110989071B - 微结构光纤和超连续谱光源 - Google Patents

微结构光纤和超连续谱光源 Download PDF

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Abstract

本发明公开微结构光纤和超连续谱光源。本发明涉及微结构光纤(20)，包括纤芯区(22)和包围纤芯区的包层区(24)。包层区包括包层背景材料内的多个包层部件(21，26)，包层区包括具有内包层部件(21)的至少一个内环的内包层区(27)和具有外包层部件(26)的至少三个外包层环的外包层区(28)。内包层部件具有第一特征直径且外包层区包括第二特征直径的多个外包层部件。内包层部件的每个环包括分离包层部件平均最小宽度w1的包层背景材料的桥，且外包层部件的每个环包括分离包层部件平均最小宽度w2的包层背景材料的桥。w2比w1大至少约10％且纤芯区具有至少约2μm的直径。本发明还涉及具有至少一个根据本公开的光纤的级联光纤和光学超连续谱产生源。

Description

微结构光纤和超连续谱光源
本申请是2016年10月25日提交的申请号为201580021743.X、发明名称为“微结构光纤和超连续谱光源”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微结构光纤并涉及光学超连续谱辐射源。
背景技术
微结构光纤在本领域中是公知的，并且包括具有由具有多个包层部件的包层包围的纤芯的光纤，所述包层部件通常以规则的阵列方式被布置在背景材料中。这些部件可以是填充有空气、气体或液体的空隙，或者它们可以是具有比背景材料低的折射率的固态材料。微结构光纤也被称为“多孔光纤”和“光子晶体光纤。”包层例如可以被布置为具有低于纤芯的折射率的有效折射率，并且因此允许通过全内反射的传统机制的变化在纤芯中引导光。
微结构光纤可以由石英玻璃制成。其它材料可以添加到石英玻璃以改变其折射率或提供诸如光的放大、灵敏度等的效果。
包层部件/孔之间的中心到中心距离被定义为间距(∧)。微结构光纤的特征在于纤芯的尺寸和包层部件的尺寸与其距离或间距(∧)的比率。通过定制包层部件的尺寸和间距，可以定制光纤的零色散波长(ZDW)。因此，在微结构光纤中，可以将ZDW移动到比背景材料(通常为石英玻璃)的ZDW短的波长。因此，ZDW可以被定制为使得从由预定波长的泵浦激光器泵浦的光脉冲产生超连续谱。
当光脉冲通过高度非线性光纤传播时，它们的时间演变以及光谱演变受到大量非线性效应以及光纤的色散属性的影响。对于足够强的脉冲，脉冲光谱变宽为超连续谱光。
W02009/098519描述了一种光纤，其被布置用于提供低于400nm的波长的超连续谱产生。第7页第29行至第8页第1行描述了WO2009/0985 19的微结构光纤20包括直径大体上为4.7μm的纤芯，大体上为3.7μm的间距(∧)，并且比率d/∧大体上是0.77。第8页第14-22行描述了光纤20是多模光纤，并且超连续谱达到高达2550nm的波长。泵浦波长是1064nm。如第8页第14行所述，光纤20在泵浦波长处是多模的。
在Journal of Optics A：Pure Appl.Opt.6(2004)604-607，Jacobsen等人的文章“Very low zero-dispersion wavelength predicted for single-mo de modified-total-internal-reflection crystal fiber”中发现，对于具有非常小的纤芯的微结构光纤，零色散波长可以低于700nm，而通过在纤芯附近布置相对较大的空气孔和在距离纤芯一定距离处设置较小的空气孔，光纤在零色散波长处是单模的。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于当用合适的泵浦激光来泵浦时，产生稳定的延伸到蓝色波长的单模超连续谱的光纤，而同时由于用于产生超连续谱所需的高峰值功率光而具有高的抗退化性。
在本发明的实施例中，目的是，当光被发射到光纤的输入端中时提供布置为提供稳定输出的微结构光纤。
在本发明的实施例中，目的是，在来自于源的光谱延伸到蓝色波长的情况下，提供超连续谱辐射源。
在本发明的实施例中，目的是提供微结构光纤，其中，所述光纤具有相对大的纤芯，但仍是单模光纤。
在本发明的实施例中，目的是提供微结构光纤，其能够引导具有相对宽光谱的光，例如大于约100nm，例如在从约400nm至约1700nm的光谱中。
在本发明的实施例中，目的是，在来自于源的光谱大体上仅在光纤的基模中产生的情况下，提供超连续谱辐射源。
在本发明的实施例中，目的是提供超连续谱光源，其适用于内窥镜检查、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、等离子体学、色散傅里叶变换光谱和/或原子捕获应用。
这些和其他目的已经通过本发明或其实施例解决，如在权利要求书中所限定的以及如下文所描述的。
已经发现，本发明和其实施例具有多个额外的优点，通过下列描述，这对于本领域技术人员来说是清楚的。
除非另有说明，术语“大体”在本文中应意指包括常规产品的方差和公差。
除非另有说明，光纤的所有结构细节，诸如纤芯尺寸、结构直径、桥宽度等是相对于光纤的截面视图而给出的。本发明的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光纤的纵轴引导光的纤芯区。微结构光纤还包括包围纤芯区的包层区。包层区包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件。包层部件围绕纤芯区布置。
在光纤的至少双包层长度段中，包层包括内包层区和外包层区，其中，内包层区包括内包层部件的至少一个内环，外包层区包括外包层部件的至少三个外包层环。内包层区与纤芯区相邻并且外包层区与内包层区相邻。内包层部件具有第一特征直径(d1)。外包层区包括具有特征直径(d2)的多个外包层部件。纤芯区是具有至少约2μm直径的大体圆形。通常，由于用于产生超连续谱所需的高峰值功率光，较大的纤芯比较小的纤芯更抗退化。已经发现低于2μm的纤芯不适合于在任何实际应用中产生超连续谱。
通过分别在内包层区和外包层区用新型和改进的几何形状来布置部件，已经发现，光纤将获得期望的属性组合，包括：即使在纤芯相对大的情况下也是单模的，以及适合于用相对稳定的输出来提供延伸到蓝色波长的光学超连续谱。还惊奇的发现，即使当纤芯直径是2μm或更大时，获得的光纤仍是单模的，这从而保证了光纤具有抗高峰值功率光的期望的高退化稳定性，并且光纤因此非常适合于在高功率超连续谱产生光源中使用。
包层部件的每个环包括分离环的相邻部件的包层背景材料的桥。换言之，“环”由交替的部件和桥组成。每个桥具有由环的两个相邻部件之间的最短距离确定的最小宽度。
在本文中使用的术语“内环”和“内包层环”用来表示在内包层区中的桥和部件的环，并且在本文中使用的术语“外环”和“外包层环”用来表示在外包层区中的桥和部件的环。术语“内桥”用来表示内环中的桥，并且术语“外桥”用来表示外环中的桥。
在本申请的上下文中，短语“包层部件的环”指到纤芯区典型地具有大体相等距离的包层部件。包层部件的最内环由最靠近纤芯区的那些包层部件组成。从纤芯区起算，包层部件的下一个环由最靠近最内环的包层部件的那些包层部件组成，等等。典型地，环是非圆形的，而是根据包层部件的形状而成形，诸如，六边形。在本申请的上下文中，短语“包层部件的环”意指包括如上所述的环的所有部件。因此，在内包层部件的环中，环中的所有包层部件是大体相同的尺寸。
在本申请的上下文中，短语“特征直径”是包层部件的尺寸的度量。如果包层部件是圆形的，那么特征直径是包层部件的圆的直径。在包层部件是非圆形的情况下，特征直径可以或者是包层部件的最大和最小幅度的平均或者是具有与包层部件的计算的或测量的面积对应的面积的圆形的直径。
外包层区包括多个具有特征直径的外包层部件，外包层直径的平均直径是d2。在一个实施例中，大体上所有的外包层部件具有约平均直径d2的特征直径。然而，外包层区可以包括不同特征直径的外包层部件。
至少一个内环的桥具有平均最小宽度(w1)，并且至少一个外包层环的桥具有平均最小宽度(w2)，其中至少一个外环桥的平均最小宽度(w2)比至少一个内环桥的平均最小宽度(w1)大至少约10％。
通过为内环提供比至少一个外环的桥具有较小宽度的桥，相信色散特性和约束特性至少部分被分离(decupled)，从而内包层区主要负责色散特性以及外包层区主要负责约束特性。因此，现在能够更自由地优化色散特性和约束特性。
通过选择内环和外环的相关桥的宽度，对于包括可见光范围波长的选定波长的至少第一高阶模可以被剥离。这是通过如下方式来提供：构造内环和外环使得高阶模至少部分由内包层区限制，但同时，外包层区不限制期望波长处的高阶模。
有利地，至少一个内环的桥具有大体相等的最小宽度(w1),优选地，至少一个外环桥的平均最小宽度(w2)比至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)大至少约20％，例如，至少约50％。
优选地，至少三个外环桥的平均最小宽度(w2)比至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)大至少约10％，例如至少约20％，例如至少约50％。
为了确保高阶模的高度剥离，通常期望的是，至少三个外环桥的平均最小宽度(w2)比至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)大从约15％到约150％。
外环的桥可以具有相同或不同的最小宽度，然而在多种情况下，期望的是，外包层区具有均匀分布的部件，使得外桥具有大体相等的最小宽度。
在一个实施例中，所述至少三个外环桥中的每一个的最小宽度(w2)是大体相等的，优选地，所有的至少三个外环桥的最小宽度(w2)是大体相等的。
所述至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)原则上可以在机械上尽可能地小。例如，约0.3μm的至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)是可操作的。
最小宽度(w1)越小，原则上光纤越接近由空气层和外包层区所包围的一束二氧化硅，其中，空气层的厚度是内包层区的轴向厚度。除非另有说明，从纤芯区至内包层区和外包层区的边界来确定内包层区的轴向厚度，其中，该边界是围绕内包层的线，其到所述内包层部件的最小距离等于至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)。
有利地，至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)是例如从约0.4至约1.2μm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。
在一个实施例中，至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)小于纤芯基模的零色散波长ZDW。在纤芯具有两个零色散波长(纤芯ZDW)的情况下，优选的是，至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)小于最低的纤芯ZDW。
在一个实施例中，至少三个外环桥的平均最小宽度(w2)大于纤芯基模的零色散波长ZDM。
平均最小宽度(w2)的实际尺寸可以原则上大于至少一个内包层环桥的最小宽度(w1)从约10％直到包层不再限制基模。
有利地，至少三个外环桥的平均最小宽度(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。
光纤的双包层长度段应有利地具有足以将至少第一高阶模(LP11)耦合到纤芯外的长度。
在从400nm至1700nm范围中，对于包括可见光的至少期望波长范围，例如波长范围包括至少约100nm，例如至少约500nm，第一高阶模(LP11)应有利地被耦合到纤芯外。
优选地，双包层长度段是至少约10cm，例如至少约25cm，例如至少约50cm。
有利地，双包层长度段在光纤的大体整个长度上延伸。
短语“光纤的大体整个长度”用来意指可以包括或可以不包括光纤的每个端部的若干毫米。通常，例如，为了避免在部件是非固态情况下部件中的杂质，该部件被收缩的或以二氧化硅材料“封闭”。
在一个实施例中，多个外包层部件具有小于第一特征直径(d1)的特征直径，其中，第一特征直径(d1)比外包层部件的平均直径(d2)大至少约10％。
应注意，术语“第一特征直径(d1)比…大至少10％”具有其通常的算术含义，即“d1≥1.1d2。”
当微结构光纤的包层包括具有内包层部件的内包层区和具有外包层部件的外包层时，其中内包层部件大于外包层部件的平均尺寸，微结构光纤适用于当将适当的泵浦光发射到微结构光纤中时提供稳定的超连续谱。已经发现，相对大的内包层部件有助于获得短波长处的光，例如低至450nm、400nm或者甚至低至400nm。相对小的外包层部件有助于使微结构光纤是单模光纤。然而，已经证明，当将适当的泵浦光发射到本发明的微结构光纤中时，光纤能够以增强的稳定性提供超连续谱辐射。而且，相对于通过具有大体相等尺寸的包层部件的包层的微结构光纤获得的超连续谱，当微结构光纤用于通过将足够功率的泵浦辐射发射到光纤中产生超连续谱时，得到的超连续谱辐射的光谱随着波长变化更平坦。
选择第一特征直径(d1)和平均直径(d2)来提供光纤，其中第一特征直径(d1)比平均直径(d2)大至少10％，内包层区的有效折射率小于外包层区的有效折射率。应注意的是，为了确定内包层区的有效折射率，一种方法是将其视为至少大体等于包层区的有效折射率，其中内包层区的结构是无限重复的。
当外包层区包括外包层部件的至少三个外包层环时，来自于微结构光纤的泄露损失保持最小。
当纤芯区具有至少约2μm的直径时，如上述确保了光纤通常能够承受超连续谱产生所必需的功率和/或高功率。
在要求甚至更高的抗退化性的情况下，光纤可有利地装载有氢和/或氘，例如，如US 2011/0116283或US 8,145,023中所述或者如共同未决的DK PA 201470800中所述。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，外包层区的外直径和外包层部件的平均直径(d2)被设定尺寸，以允许微结构光纤引导波长高于2000μm的光。因此，确保相对高波长的光不会由于缺乏限制而从光纤泄漏出去。由于对相对高的波长的光的限制，这种光纤非常适合于超连续谱产生，其中光谱也达到低波长，例如低于500nm、450nm或者甚至低于400nm的波长。这至少部分是由于超连续谱光谱的高波长和低波长之间的群速度匹配。第一特征直径还有利地被设定尺寸，以便帮助限制相对高的波长的光。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，第一特征直径(d1)比外包层部件的平均直径(d2)大至少15％，例如比外包层部件的平均直径(d2)大至少20％，例如比外包层部件的平均直径(d2)大至少25％，例如比外包层部件的平均直径(d2)大至少30％，例如比外包层部件的平均直径(d2)大至少35％。当内包层部件相对大于外包层部件时，微结构光纤在低波长处是单模。而且，当泵浦光被发射到输入端时，改善了微结构光纤的输出端的稳定性。而且，当泵浦光被发射到输入端时，较大的内包层部件将有助于产生光谱的短波长的光。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，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。
有利地，为了简单生产，光纤是非锥形的。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，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。具有这种纤芯直径的微结构光纤适合于通过将泵浦光发射到光纤的输入端产生超连续谱。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，微结构光纤的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。具有这种的纤芯直径的微结构光纤是大模场面积光纤，其可以用作被设置为移动或引导光而不显著改变其属性的传输光纤。此外，具有如上所述的大模场面积的微结构光纤被布置用于在单模中以大于100nm的相当大的带宽中引导光。例如，微结构光纤将能够引导波长范围从约400nm到约1700nm的光。此外，具有上述尺寸的微结构光纤将适合于光的原子捕获。
有利地，纤芯区沿着光纤的大体整个长度具有大体相同的直径。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，纤芯区包括纤芯背景材料，其中纤芯背景材料掺有掺杂材料，与未掺杂的纤芯背景材料相比，掺杂材料降低了纤芯区的折射率。这种掺杂材料的实例包括氟和硼。当纤芯区包括折射率抑制元件时，微结构光纤在较低波长处变为单模光纤。纤芯背景材料可以与包层背景材料大体相同，例如石英玻璃。然而，根据此实施例，与未掺杂的纤芯背景材料相比，纤芯区具有降低的折射率。
在一个实施例中，纤芯区例如被微结构化，例如，如在DK PA 2014 00545中所描述的。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，内包层区包括内包层部件的一个，两个或三个内环。这种数量的包层部件的内环足以获得这样的效果，即所产生的超连续谱光谱将包括短波长，例如，低至450nm、400nm或甚至低于400nm，当适当的泵浦光被发射到光纤中时。
在存在多于一个内环的实施例中，期望的是，内环的桥的最小宽度是大体相同的。
有利地，内包层区包括内包层部件的仅一个环。在存在具有相对窄桥的仅仅一个内环的情况下，例如具有如上所述的最小宽度(w1)，内包层区增加这样的效果：当适当的泵浦光被发射到光纤中时，而同时内包层区太薄(在从纤芯到外包层区的轴向方向上确定)以至于无法将光限制在纤芯中，产生的超连续谱光谱将包括短波长，例如低至450nm、400nm或甚至低于400nm。外包层区用于限制纤芯的基模，同时允许高阶纤芯模的剥离。
在一个实施例中，在从纤芯到外包层区的轴向方向上确定的内包层区的厚度有利地小于纤芯直径的约80％，例如纤芯直径的约70％或更小，例如纤芯直径的约60％或更小，例如纤芯直径的约50％或更小。已经发现，具有相对薄的内包层区的光纤，例如具有纤芯直径的80％或更小的厚度的包层区，或者优选地具有纤芯直径的50％或更小的厚度的包层区非常适合用于超连续谱产生以获得在400nm以下延伸的蓝色单模光。窄的内包层区确保在可见光范围内至少第一高阶模的几乎完全剥离。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，内包层区的内包层部件被布置为第一间距(∧1)，并且外包层区的外包层部件被布置为第二间距(∧2)。在内包层区中的内包层部件具有第一相对包层部件尺寸(d1/∧1),以及在外包层区的外包层部件具有第二相对包层部件尺寸(d2/∧2)，其中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。在本申请的上下文中，术语“间距(∧)”意在表示相邻包层部件之间的距离，例如两个邻近包层部件的中心之间的距离。在包层部件是空气填充的空隙的情况下，术语“相对包层部件尺寸(d/∧)”也被称为“空气填充率。”当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的绝对数值如所示时，在通过内包层区中的较大部件和外包层区中较小部件获得的效果之间达到适当的平衡。为了获得光纤的单模属性，有利的是，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)尽可能大，然而如果该差太大，光不能被充分地限制在光纤内，因此损失光。上述的差值是凭其达到适当平衡的值。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，外包层部件的第一特征直径(d1)和平均直径(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。因此，在由内包层区中的较大部件和外包层区中较小部件获得的效果之间达到适当的平衡。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，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2.2nm，例如大于约2.4μm，例如大于约2.6μm，例如大于约2.8μm。具有所述第一特征直径的第一包层部件的微结构光纤是一种光纤，其中可以产生具有非常短的波长的超连续谱光谱，例如小于400nm或小于450nm，结合如下事实：微结构光纤至少在光谱的非常大的部分，例如，从800nm及以上是单模光纤。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，外包层部件的平均直径(d2)在约1.1μm和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。然而，应注意，第一特征直径比外包层部件的平均直径大至少约10％的总体限制当然仍保持。因此，并非所有上述第一特征直径和外包层部件的平均直径的组合都是可能的。具有如上所述的外包层部件的平均直径的微结构光纤非常适合于获得对宽波长谱的光的限制。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，第一间距(∧1)和第二间距(∧2)各自在约2.5μm和约3.5μm之间。第一和第二间距的这些值导致2μm或更大，例如3μm或更大的相对小的纤芯区，这又有助于获得包括非常短的波长的超连续谱光谱，例如，低于450nm、低于400nm或甚至低至约350nm。
在一个实施例中，内包层区的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形，其具有从约1:1.2至约1:3的纵横比，优选地从约1:1.5至约1：2.5，优选地，内包层区的至少一个内环的部件以相对于光纤的纵轴在径向方向上的较小直径来定向。通过相对于光纤的纵轴在径向方向上布置具有其较小直径的内环的部件，内包层区的所得厚度相对低，且优选地，是纤芯直径的80％或更小，例如约50％或更小。同时，期望只有一个内环。
在一个实施例中，内包层区具有比外包层区较低的有效折射率。在此实施例中，内包层区的部件有利地具有大于外包层部件的平均直径的特征直径。
在一个实施例中，内包层区具有等于或高于外包层区的有效折射率的有效折射率。在此实施例中，内包层区的部件有利地具有小于外包层部件的平均直径的特征直径。优选地，包括至少3个外环的部件的外包层部件的平均直径比内包层部件的特征直径大至少约10％，例如至少约20％，例如至少约50％。
在一个实施例中，内包层部件的特征直径约是包括至少3个外环的部件的外包层部件的平均直径的约一半或更小。
此外，在这个或另一实施例中，内包层区的部件被布置为第一间距(∧1)，并且外包层区的部件被布置为第二间距(∧2)，其中，第二间距大于第一间距，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％。
第二间距(∧2)有利地为至少约2.5μm，以确保足够的高阶模剥离。
优选地，内包层区具有相对于纤芯直径的约80％或更小、例如相对于纤芯直径的约60％或更小的径向厚度。
在一个实施例中，第二间距是第一间距的至少约两倍。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，内包层区和外包层区的包层部件被设定尺寸，使得包层区的最高有效折射率在约1400nm及以上、优选地在约1200nm及以上、优选地在约1100nm及以上、优选地约1050nm及以上、优选地在约1030nm及以上处大于高阶纤芯模的有效折射率。对于给定波长范围，当包层区的最高有效折射率大于高阶纤芯模的有效折射率时，在给定波长范围内在微结构光纤中不引导这样的高阶纤芯模。因此，获得的是，由于仅引导基纤芯模的事实，光纤在给定波长范围内是单模的。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，包层部件是空气填充的、气体填充的或液体填充的空隙，或具有比基础材料较低的折射率的玻璃，例如掺氟的石英玻璃。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，当光被发射到光纤中时，对于波长在约400nm和约2300nm之间的光的基模，光纤具有低于1dB/m的传输损耗。选择外包层环的数量和外包层部件的尺寸，以便提供光的基模的充分约束，以提供这种低传输损耗。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，微结构光纤的纤芯区包括第一折射率，并且内包层区包括第二折射率，使得纤芯区和包层区作为整体的最大折射率之间的Δ值小于约0.03，例如小于约0.025。Δ值提供了光纤是单模光纤的程度的度量。小的Δ值对应于在很大程度上是单模的光纤。
在数值形式中，Δ值给定为：Δ＝(nc-neff，cl)/nc，其中nc是纤芯的折射率，neff，cl是包层的有效折射率。
纤芯的折射率由基材的折射率给出，并且通常测量简单。包层的有效折射率是计算量。本领域的技术人员将使用基本空间填充方法来计算包层的有效折射率。通过包层和纤芯的基础材料接合纤芯尺寸、包层中的空气孔的直径(d)及它们的距离或间距(∧)可以直接地且明确地确定Δ值。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，对于大于约350nm的任何波长，例如对于大于约500nm的任何波长、例如对于大于约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、例如对于大于约1200nm的任何波长，光纤是单模光纤。
在根据本发明的微结构光纤的实施例中，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。增加的外包层部件的外包层环的数量有助于通过降低泄漏损失将光限制在光纤内。
在一个实施例中，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，外包层区具有比至少第一高阶纤芯模的有效折射率更高的有效折射率。
在一个实施例中，包层部件具有比包层背景材料的折射率低的折射率，优选地，包层部件是可选地填充有空气或另一种气体或气体混合物的非实心空隙。
为了提供跨越至少从约400nm到约1700nm的期望的超连续谱产生，期望的是，光纤具有从约860nm到约1400nm的零色散波长。优选地，光纤具有从约900nm到约1200nm的零色散波长，并且光纤至少在零色散波长处是单模，并且优选地至少在相对于零色散波长从+200nm到-200nm的波长范围内，更优选地，从约400nm至约1700nm的整个范围内。
在一个实施例中，本发明涉及一种级联光纤，包括：
a.根据如上所述的本发明的第一微结构光纤；
b.第二光纤，其包括能够沿着第二光纤的纵轴引导光的第二纤芯区和包围第二纤芯区的第二包层区。
在此实施例中，第一微结构光纤的模场直径大于第二微结构光纤的模场直径。第一微结构光纤优选地通过拼接光学地连接至第二光纤。第二光纤也可以是根据本发明的微结构光纤，即，具有不同尺寸的包层部件的光纤，或者其可以是具有包层的微结构光纤，所述包层具有全部具有大体相同尺寸的包层部件。
这种级联光纤有利于提供来自于根据本发明的微结构光纤和第二光纤的效果的组合。在一个实施例中，第一微结构光纤用作输入光纤，使得确保从输入光纤输出到第二光纤中的光是单模光。在这种情况下，即使第二光纤是多模光纤，由于从第一光纤输入到第二光纤中的光是单模光的事实，因此从第二光纤输出的光将是大体单模的。
第二光纤可以是鲁棒无源的。可选地，第二光纤可以是被布置为阻止色散的光纤。在这种情况下，第二光纤可以有利地是被布置用于输出光的光纤。
在本申请的上下文中，术语“模场直径”意在表示基模的直径，光场强度在基模降低到其最大值的1/e。这对应于光强度下降到峰值光强度的e-2的径向位置的直径，因为光强度密度与光场强度的平方成比例。
模场直径由光纤的数值孔径和截止波长来确定，并且与光纤纤芯的直径有关。通常，模场直径与光纤纤芯的物理直径具有相同的量级。
在一个实施例中，第一微结构光纤的双包层长度段在光纤的大体上整个长度上延伸，并且第二光纤包括至少单个包层长度段，优选地，第二光纤是在其整个长度上是单包层光纤。
根据一个实施例，本发明涉及包括第一和第二光纤段的第二级联光纤，其中：
a.第一光纤段包括单模光纤，该单模光纤包括能够沿着单模光纤的纵轴引导光的第三纤芯区和包括小的包层部件的第三包层区；以及
b.第二光纤段包括能够沿着沿着第二光纤段引导光的第四纤芯区和包括大的包层部件的第四包层区。
在此第二级联光纤中，第一和第二光纤段的模场直径大体上相同，并且第一和第二光纤段光学地连接，例如通过拼接在一起，以便将光从第一光纤段引导到第二光纤段和/或从第二光纤段引导光。
在此实施例中，第一光纤段具有全包层，其具有大体上相等尺寸的包层部件。此外，第二光纤段具有全包层，其具有大体上相等尺寸的包层部件。然而，第二光纤段的包层部件的尺寸大于第一光纤段的包层部件的尺寸。第二光纤段可有利地是所谓的蓝色光纤，其被布置为产生延伸到蓝色波长(下至低于500nm、450nm或甚至低于400nm)的超连续谱光谱。
根据实施例，本发明涉及光学超连续谱产生源。所述源包括根据本发明的微结构光纤和泵浦激光源，泵浦激光源适合于在泵浦波长处产生泵浦辐射，并且在微结构光纤的输入端将泵浦辐射发射到微结构光纤中。微结构光纤被布置为在泵浦辐射发射到微结构光纤中时提供超连续光谱辐射。
由于根据本发明的微结构光纤的混合包层，与使用具有包层的微结构光纤的源相比(所述包层具有在穿过垂直于光纤纵向方向的光纤的截面上大体上相等的尺寸的包层部件)，超连续谱辐射源被设置为提供更平坦和更稳定的超连续谱。术语“平坦光谱”意指表示随着波长变化，光谱的功率变化是小的。稳定光谱意指光谱不大幅波动，并且光谱不漂移。反而，稳定光谱随时间变化保持大体上不变。
优选地，在本发明的源中使用的微结构光纤被布置为提供延伸到蓝色波长的光的超连续谱，例如低至450nm、400nm或甚至低于400nm。
根据本发明的源的实施例，大体上仅在光纤的基模中产生光学超连续谱。
有利地，微结构光纤(至少在其输入端处并且优选地沿着光纤的主要部分，例如大体上沿着其整个长度)在泵浦波长处是单模。
在一个实施例中，光学超连续谱产生源的微结构光纤是根据权利要求38或39中任一项的级联光纤，并且泵浦激光器被布置为在其输入处将泵浦辐射发射到第一微结构光纤中。
在根据本发明的光学超连续谱产生源的实施例中，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。这是实用的，因为在这些波长处存在多种泵浦光源。
在一个实施例中，光学超连续谱产生源还包括光谱滤光单元，其被布置为将超连续谱源的输出过滤成具有中心波长λ1和输出带宽BW1的滤过的SC输出，其中中心波长λ1和输出带宽BW1中的至少一个是可调谐的。输出带宽BW1有利地以小于约5nm的步长逐步调谐。光谱滤光单元例如包括AOTF。
在一个实施例中，本发明涉及根据本发明的光学超连续谱产生源用于内窥镜和手术显微镜应用的使用。
在诸如内窥镜检查和手术显微镜检查的应用中，需要亮光和平滑的真彩色照射以区分某些类型的组织。优选地，这种光应该被引导通过薄的光波导，用于在最小侵入性手术后更好的伤口愈合。
在本发明的上下文中，短语“超连续谱”是指光谱宽的信号。超连续谱具有限定光谱的下边界的“蓝色边缘”和限定光谱的上边界的“红色边缘。”在石英光纤中，蓝色边缘可以是处于300nm至600nm范围内的波长，例如在350nm至550nm的范围内，并且红色边缘可以是处于1300nm至2400nm范围内的波长，例如在1600nm至2400nm的范围内。超连续谱的光谱宽度可以被定义为红色边缘和蓝色边缘的波长之间的差。光谱宽度可以大于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。
在微结构光纤中，纤芯区可以被定义为被包层部件直接包围的区域。纤芯可以被看作是包层部件的结构中的缺陷，例如缺少包层部件。
本发明还涉及照射的方法，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、光学相干断层扫描(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。
该方法包括提供如上所述的光学超连续谱产生源，将泵浦辐射发射到微结构光纤的输入端中，在微结构光纤内产生超连续谱，并且朝向待经历此过程的目标发射超连续谱的至少一部分。
由于本发明的光学超连续谱产生源的高稳定性，已经发现光学超连续谱产生源非常适合用于其中同时使用多个波长或例如以交替的转换顺序使用多个波长的照射过程。光学超连续谱产生的优选使用包括在下列过程中用于照射和传感器的目的，包括：内窥镜检查、手术显微镜检查、共焦显微镜检查、光学相干断层扫描(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。
在一个实施例中，本发明的光学超连续谱产生源有利地用于在例如包括US 2014/0232988中描述的一个或多个监测过程的一个或多个会话上监测患者眼睛的一个或多个参数。
在一个实施例中，本发明的光学超连续谱产生源有利地用于扫描眼睛，例如US2014/0333978或US 2014/0288417中所述。
本发明还涉及照射源，适合于在下列项中的至少一项使用：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，其中照射源包括如上所述的光学超连续谱产生源。
本发明的照射源有利地包括一个或多个光学滤光器，其被布置为过滤从光学超连续谱产生源产生的超连续谱束。一个或多个光学滤光器优选地是可调谐的，用于将照射源的输出调谐到一个或多个波长和/或波长范围。在一个实施例中，照射源的输出包括两个不同的波长或波长范围，例如第一波长(诸如单个波长或可选地波长范围)，用于产生网格图案或参数的监视/感测，和第二波长范围，用于为手术产生照射。
在一个实施例中，照射源包括用于光脉冲的时间拉伸的色散脉冲拉伸元件，例如如US 2014/0066723中所述。色散脉冲拉伸元件优选地是或形成光纤(诸如传送光纤)的一部分。在一个实施例中，将色散脉冲拉伸元件合并到超连续谱产生源中。
有利地，光学超连续谱产生源包括用于产生超连续谱光的光纤输出端。光纤输出端被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。传送光纤有利地使用可拆卸的连接器耦合到光学超连续谱产生源的光纤输出端，使得如果需要可以改变传送光纤。传送光纤优选地光学地耦合到探头和/或传感器，例如通过至少部分地合并到探头和/或传感器中。
在一个实施例中，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。
有利地，照射源被配置为用于眼睛照射过程，诸如眼科手术，例如，如US 2014/0066723中所述。传送光纤有利地通过至少部分地合并到探头中而光学地耦合到探头，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，探头具有高达约125μm的外直径。在一个实施例中，照射源被配置为用于眼睛的OTC中，例如，如US 2014/0293225或US2015/0080718中所述。
在一个实施例中，探头包括例如在US 2014/0200566或US 2014/0180264中所描述的多点发生器，其被光学地耦合以接收来自于传送光纤的输出光束的至少一部分。在一个实施例中，多点发生器包括多纤芯光纤。
在一个实施例中，探头包括用于产生例如如US 8,496,331中描述的光图案的衍射光学元件。
有利地，照射源的光学超连续谱产生源被配置为产生包括小于450nm的波长的超连续谱。
在一个实施例中，照射源适合于受激发射损耗。
本发明还包括一种例如用于计量工业检验设备，该设备包括如上所述的照射源。
本发明还包括一种包括如上所述的照射源的光谱仪。优选地，光谱仪是振铃光谱仪(例如用于气体感测)、分析光谱仪(例如用于高光谱的光谱仪或例如果实的产量分析)，飞行时间光谱仪和/或色散傅立叶变换光谱仪。
如上所述的本发明的所有部件和本发明的实施例包括能够以多种方式结合到本发明的范围内的范围和优选范围，除非存在特定原因不结合这些部件。
附图说明
下面将结合优选实施例并参照附图更充分地解释本发明，其中：
图1a是已知微结构光纤的截面的显微图像；
图1b是图1a所示的光纤的截面的示意图；
图1c至图1e是图1a的微结构光纤的截面的示意图，其中分别示出了包层部件的第一、第二和第三环；
图2a是根据本发明的微结构光纤的实施例的截面的显微图像；
图2b是图2a所示的微结构光纤的截面的示意图；
图3a示出了根据本发明的微结构光纤的实施例的截面的显微图像；
图3b是图2a所示的微结构光纤的截面的示意图；
图3c是微结构光纤的实施例的截面的示意图；
图4示出了通过将泵浦波长的泵浦光发射到标准微结构光纤中获得的超连续谱光谱的功率谱密度的曲线图，该标准微结构光纤具有在不同功率水平处具有相等尺寸的包层部件的包层；
图5示出了通过将泵浦波长的泵浦光发射到根据本发明的微结构光纤中在不同功率水平下获得的超连续谱光谱的功率谱密度的曲线图；
图6a和6b示出了对于两个不同泵浦功率水平的标准微结构光纤和根据本发明的微结构光纤的功率谱密度的曲线图；
图7是根据本发明的超连续谱辐射源的示意图；
图8示出了根据本发明的级联光纤50的实施例；
图9是具有椭圆形内包层部件的根据本发明的微结构光纤的实施例的示意图。
图10是具有比外包层间距小的内包层间距的根据本发明的微结构光纤的实施例的示意图。
附图是示意性的，并且为了清楚起见可以被简化。在全文中，相同的附图标号用于相同或相应的部件。
具体实施方式
图1a是已知微结构光纤的截面10的显微图像，其垂直于光纤的纵轴。光纤是包括纤芯区12和包层区14的微结构光纤，包层区包围纤芯区12。纤芯区域或纤芯区12被看作由包层部件11内接的区域，包层部件11被布置为直接包围纤芯12。
包层区14包括包层部件11，此处部件是在光纤的纵向方向上延伸、分布在背景材料或基础材料内的大体圆形的孔或空隙的形式。包层部件11被示出为以规则的阵列方式布置。图1a至图1e示出的微结构光纤10具有包括包层部件的单一包层，每个包层部件具有大体相等的尺寸。
图1b是图1a所示光纤的截面的示意图。图1b还示出了已知的微结构光纤的截面10包括由包层14包围的纤芯区12，包层14具有以规则阵列方式的包层部件11。
图1c至图1e是图1a的微结构光纤的截面的示意图，其中分别示出了包层部件的第一、第二和第三环。在图1c中，点线式六边形14-I表示包层部件的最内的环，部件之间布置的桥用“W”来指示。在该包层部件的最内或第一环中，是六个包层部件。在图1d中，点线式六边形14-II表示包层部件的下一个或第二环。该包层部件的下一个或第二环包含12个包层部件。在图1e中，点线式六边形14-III表示包层部件的下一个或第三环。该包层部件的第三环包含18个包层部件。
图1c示出了包层部件的第一或最内环14-I由最靠近纤芯区的那些包层部件组成。从纤芯区计算，包层部件的下一个或第二环14-II由最靠近最内环14-I的包层部件的那些包层部件所组成，等等。通常，环不是圆形的，而是根据包层部件的形状来成形，例如六边形形状。图1a至图1e中所示的微结构光纤的截面10具有包层部件的七个整环以及与包层部件的第七个环相邻的三乘以六个附加的包层部件。
在本申请的上下文中，短语“包层部件的环”是指包层部件通常具有到纤芯区大体相等距离的包层部件。
图2a是根据本发明的微结构光纤20的实施例的截面的显微图像，并且图2b是图2a所示的微结构光纤20的截面的示意图。
在图2a和2b中，可以看出，光纤20包括纤芯区或纤芯22和包围纤芯区的包层区24。从图2a和图2b更清楚的是，包层区24包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件21、26。
包层区包括具有内包层部件26的两个内环的内包层区27和外包层区28，外包层区28包括外包层部件21的五个整个外包层环，加上与外包层部件的最外环邻近不构成环的附加的外包层部件。内包层区27的部件26之间的背景材料的桥具有宽度w1，并且外包层区28的部件21之间的背景材料的桥具有宽度w2。可以看出，有利地如上所述，w2远大于w1。
可以看出，内包层区27与纤芯区22相邻，外包层区28与内包层区相邻。内包层部件具有第一特征直径(d1)，并且外包层区28包括具有小于第一特征直径(d1)的特征直径的多个外包层部件21。第一特征直径(d1)比外包层部件21的平均直径(d2)大至少约10％。
应注意，在图2a和2b中仅仅几个包层部件21、26用参考标号来标记，两个最内环的所有18个部件都是内包层区内的内包层部件，并且图2a和2b中所示的其余的包层部件是外包层部件。
图3a是根据本发明的微结构光纤30的实施例的截面的显微图像，并且图3b是图3a所示的微结构光纤30的截面的示意图。
在图3a和3b中，可以看出，光纤30包括纤芯区或纤芯32和包围纤芯区的包层区34。此外，从图3a和3b清楚的是，包层区34包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件31、36。
包层区包括具有内包层部件36的单个内环的内包层区37和外包层区38，外包层区38包括外包层部件31的六个整个外包层环，加上与外包层部件的最外环相邻不构成环的附加的外包层部件。
内包层区37的部件36之间的背景材料的桥具有宽度w1，并且外包层区38的部件31之间的背景材料的桥具有宽度w2。可以看出，w2如上所述有利地大于w1。
可以看出，内包层区37与纤芯区32相邻，外包层区38与内包层区37相邻。内包层部件36具有第一特征直径(d1)，外包层区38包括具有小于第一特征直径(d1)的特征直径的多个外包层部件31。第一特征直径(d1)比外包层部件31的平均直径(d2)大至少约10％。
应注意，在图3a和图3b中，仅仅几个包层部件31、36用参考标号来标记，最内环的所有六个部件是内包层区内的内包层部件，并且图3a和图3b所示的其余包层部件是外包层部件。
图3c是微结构光纤40的实施例的截面的示意图。在图3c中，可以看出，光纤40包括纤芯区或纤芯42和包围纤芯区的包层区44。此外，从图3c中清楚的是，包层区44包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件41、46。
包层区包括具有内包层部件46的三个内环的内包层区47和外包层区48，外包层区48包括外包层部件41的五个整个外包层环，加上与外包层部件的最外环相邻不构成环的附加的外包层部件。
可以看出，内包层区47与纤芯区42相邻，并且外包层区48与内包层区相邻。内包层部件具有第一特征直径(d1)，并且外包层区48包括具有小于第一特征直径(d1)的特征直径的多个外包层部件41。第一特征直径(d1)比外包层部件41的平均直径(d2)大至少约10％。
应注意，在图3c中，仅仅几个包层部件41、46用参考标号来标记，三个最内环的所有36个部件是内包层区47内的内包层部件，并且图3c所示的其余包层部件是外包层部件。
图4示出了通过将具有泵浦波长的泵浦光发射到具有相等尺寸的包层部件的包层的标准微结构光纤中获得的超连续谱光谱的功率谱密度的四个曲线图，例如，如图1a和1b所示的光纤10。图4的右上角中的插图示出了用于生成图4的曲线图的光纤的截面。图4的曲线图示出了增加的泵浦功率导致所生成的超连续谱的增加的功率谱密度。图4中所示的泵浦功率值涉及来自于泵浦光源的估计泵浦效应，泵浦效应是来自于光源的实际泵浦效应，没有任何组合器损耗。
图5示出了通过将泵浦波长1064nm的泵浦光发射到根据本发明的微结构光纤30中在四个不同功率水平下获得的超连续谱光谱的功率谱密度的曲线图。图5的右上角中的插图示出了用于生成图5的曲线图的光纤的截面，即，微结构光纤30。从图5清楚的是，增加的泵浦功率导致所产生的超连续谱的增加的功率谱密度，并且对于所有四个泵浦功率水平，超连续谱延伸到1750nm。然而，该上限是用于测量的光谱分析仪(OSA)的测量极限，并且光谱全部延伸到高于1750nm的波长。对于所示的较高泵浦功率，光谱延伸到远远超过2000nm的波长。此外，对于除了最低的泵浦功率(即3.5W)之外的所有泵浦功率，光谱延伸到低于400nm的波长，这对于泵浦功率16.5W和23W特别清楚。
应注意，图4和图5中的泵浦功率水平不相同，然而它们是可比较的。当比较图4和图5所示的输出功率谱密度时，清楚的是，它们对于可比的泵浦功率具有可比较的量级。此外，清楚的是，对于根据本发明的光纤30比标准光纤，功率谱密度更稳定，特别是在约400nm和约750nm之间的波长范围内，并且特别是对于较高的泵浦功率。
图6a和6b示出了对于两种不同的泵浦功率水平的根据本发明的微结构光纤30和标准微结构光纤10的功率谱密度的曲线图。图6a和6b示出了对于仅一部分超连续谱光谱的功率谱密度，即从350nm至750nm的范围。在图6a中，针对泵浦功率水平18.6W示出了曲线图，并且在图6b中示出了针对标准微结构光纤10的泵浦功率水平21.3W和针对根据本发明的微结构光纤30的泵浦功率水平20.8W的曲线图。
在图6a中，可以看出，对于在410nm和750nm之间的波长范围，对于给定的波长，根据本发明的微结构光纤30的功率谱密度大于微结构标准光纤10的功率谱密度。此外，图6a示出了对于根据本发明的微结构光纤30，至少在大约450nm和大约650nm之间的波长范围内的光谱比标准微结构光纤10更平坦。该效果在对应于较高的泵浦功率的图6b的功率谱密度曲线图中更明显。即使用于标准微结构光纤10和根据本发明的微结构光纤30的泵浦功率不相同，它们至少是可比较的。在图6b中，可以看出，来自于标准微结构光纤10的功率谱密度随着波长的变化具有相当大的变化，特别是在475nm和575nm之间的波长范围内。根据本发明的微结构光纤30在475nm和575nm之间的这个波长范围内具有更平坦的光谱。此外，尽管根据本发明的微结构光纤30的泵浦功率水平低于标准微结构光纤10的泵浦功率水平(即对于根据本发明的微结构光纤30是20.8W，而对于标准微结构光纤是21.3W)，标准微结构光纤30的功率谱密度也比标准微结构光纤10更高，。
图7是根据本发明的超连续谱辐射源100的示意图。超连续谱光源100包括微结构光纤4和泵浦光源2。微结构光纤具有两个端部：输入端和输出端。在图7中，光纤的输入端具有端盖8，并且光纤的输出端是光纤4的另一端，即，光纤的端部未示出带有端盖。在图7中，端盖8被示为好像大于光纤4，然而，并不一定是这种情况，因为端盖可以具有与光纤4的尺寸类似的尺寸。尽管光纤4的输出端被示为好像它是自由端，然而该输出端可以具有端盖，或者它可以被拼接到其他设备。
泵浦光源2具有布置为将光馈送到微结构光纤4的端盖8中的输出端3。光经由端盖8馈送到微结构光纤中，其中产生超连续谱光谱并从微结构光纤的相对端输出，如箭头所示。
图8示出了根据本发明的级联光纤50的实施例。
级联光纤(50)包括通过其他方式拼接在一起或彼此光学连接的两个光纤30、20。至少一个光纤是根据本发明的微结构光纤。另一光纤或第二光纤是包括能够沿着第二光纤的纵轴引导光的第二纤芯区和包围第二纤芯区的第二包层区的光纤。
选择光纤30和20的尺寸，使得微结构光纤30的模场直径大于微结构光纤20的模场直径。
在图8所示的示例中，两条光纤都是根据本发明的光纤，例如分别在图3a至图3b和图2a至图2b中示出的光纤30和20或者分别在图9或图10中示出的光纤。然而，级联光纤的光纤中的一条例如可以是多模光纤和/或微结构光纤，其中包层具有大体相同尺寸的各包层部件。箭头51指示输入到光纤50中的光，而箭头52指示从光纤50输出的光。
图9中所示的微结构光纤包括纤芯区(或简称为纤芯)62和包围纤芯的包层区。包层区包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件61、66。
包层区包括具有内包层部件66的单个内环的内包层区域67和包括外包层部件61的3个或更多个外包层环的外包层区68。请注意，为了简化附图，示出了外包层部件62的仅2个环。
内包层区67的部件66之间的背景材料的桥具有宽度w1，并且外包层区68的部件61之间的背景材料的桥具有宽度w2。可以看出，w2如上所述有利地远大于w1。
内包层区的内环的部件66是具有较大直径dL和垂直较小直径ds的椭圆形，有利地，其具有如上所述的约1：1.2至约1：3的纵横比ds：dL。
内包层区67的椭圆形部件66以其相对于光纤的纵轴的径向方向上的较小直径ds来定向。如图所示，内包层区67的所得厚度在所示实施例中相对较低，约为纤芯直径的30％。
图10所示的微结构光纤包括纤芯区(或简称为纤芯)72和包围纤芯的包层区。包层区包括包层背景材料和在包层背景材料内的多个包层部件71、76。
包层区包括具有内包层部件76的单个内环的内包层区77和包括外包层部件71的3个或更多外包层环的外包层区78。请注意，为了简化附图，仅示出了外包层部件72的2个环。
内包层区77的内包层部件76被布置为第一间距(∧1)，外包层78的外包层部件71被布置为第二间距(∧2)，其中第二间距远大于第一间距。在所示的实施例中，第二间距(∧2)约是第一间距(∧1)的两倍。
内包层区67的部件66之间的背景材料的桥具有宽度w1，并且外包层区68的部件61之间的背景材料的桥具有宽度w2。可以看出，w2有利地大于w1，如上所述。
内包层区77的单个内环的部件76具有远小于外包层区78的部件71的平均直径的特征直径。在所示的实施例中，单个内环的部件76的特征直径大约是外包层区78的部件71的平均直径的一半。可以看出，内包层区的轴向厚度非常窄，从而能够进行有效的高阶模剥离。
从下文给出的详细描述中，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应当理解，虽然指示本发明的优选示例，但详细描述和具体示例仅以说明的方式给出，因为在本发明的精神和范围内的各种改变和变型对于本领域的技术人员从该详细描述是显而易见的。
本发明由独立权利要求的特征来限定。优选的实施例在从属权利要求中限定。权利要求中的任何参考标号对于其范围是非限制性的。
上述已经示出了一些优选的实施例，但应强调本发明并不限于这些实施例，而是在所附权利要求的主题内以其它方式来呈现。

Claims (14)

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，所述包层部件围绕所述纤芯区布置，
其中，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)的包层部件的内环，所述外包层区包括外包层部件的三个外环，
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，其中所述内环的桥具有平均最小宽度(w1)，其中，三个外环的桥的平均最小宽度(w2)比所述内环的桥的平均最小宽度(w1)大至少约10％，所述内环包括最靠近所述纤芯区的包层部件的环，
其中，所述外包层部件具有小于所述第一特征直径(d1)的特征直径，并且
其中，所述内环的桥的平均最小宽度(w1)小于所述第一特征直径(d1)。
2.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区具有至少约2μm的直径。
3.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区具有大于约10μm的直径。
4.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述内环的桥具有约1.2μm或更小的平均最小宽度(w1)。
5.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区包括纤芯背景材料，所述纤芯背景材料掺有掺杂材料，与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。
6.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述纤芯区沿着所述光纤的大体整个长度具有大体相同的直径。
7.根据权利要求1所述的微结构光纤，其中，所述微结构光纤被配置为当被泵浦激光源产生的泵浦辐射泵浦时提供包括波长低于500m的光的超连续谱辐射。
8.一种光学超连续谱产生源，所述源包括：
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浦辐射，并且在所述微结构光纤的输入端将所述泵浦辐射发射到所述微结构光纤中，其中，所述微结构光纤具有长度和沿着其长度的纵轴，并且包括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，所述包层部件围绕所述纤芯区布置，其中，在所述光纤的至少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)的包层部件的内环，所述外包层区包括外包层部件的三个外环，
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，其中所述内环的桥具有平均最小宽度(w1)，其中，三个外环的桥的平均最小宽度(w2)比所述内环的桥的平均最小宽度(w1)大至少约10％，至少一个所述内环包括最靠近所述纤芯区的包层部件的环，
其中，所述外包层部件具有小于所述第一特征直径(d1)的特征直径，并且
其中，所述内环的桥的平均最小宽度(w1)小于所述第一特征直径(d1)。
9.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述微结构光纤被配置为当将所述泵浦辐射发射到所述微结构光纤中时提供包括波长低于500m的光的超连续谱辐射。
10.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述纤芯区具有至少约2μm的直径。
11.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述纤芯区具有大于约10μm的直径。
12.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述内环的桥具有约1.2μm或更小的平均最小宽度(w1)。
13.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述纤芯区包括纤芯背景材料，所述纤芯背景材料掺有掺杂材料，与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。
14.根据权利要求8所述的光学超连续谱产生源，其中，所述泵浦辐射的泵浦波长在约1000nm和约1100nm之间并且高达约200nm以上或低于所述微结构光纤的零色散波长。
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