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Die
Erfindung betrifft eine optische Faser für polarisiert emittierende
Faserlaser und -verstärker gemäß der Gattung
der Patentansprüche
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Derzeit
sind zwei verschiedene Laserfasertypen bekannt, bei denen die Laserionen
im Kern der Faser isotrop verteilt sind und bei denen die für die Auszeichnung
einer Polarisationsrichtung erforderliche Anisotropie durch Zusatzstrukturen
im Fasermantel oder durch geometrische (nicht-kreissymmetrische)
Struktur des Kerns erreicht wird.
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Diese
zwei Laserfasertypen entsprechen den auch bei passiven Fasern verwendeten
Prinzipien/Strukturen für
polarisationsstabile Lichtausbreitung und zum anderen die aktiven
Laserfasern.
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Bei
den passiven Fasern (Einmodenfasern) breitet sich normalerweise
nur eine Schwingungsform, eine sog. Mode, mit einer Geschwindigkeit
aus. Dadurch arbeiten solche Fasern bei der Signalübertragung
fast verzerrungsfrei, weil die Signale (Pulse) mit einheitlicher
Geschwindigkeit laufen.
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Die
Mode hat eine genau definierte Licht-(Intensitäts-)Verteilung, die von der
Geometrie und Zusammensetzung der Faser abhängt. Allerdings kann die Mode
in zwei zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen schwingen.
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Weil
für sehr
viele Anwendungen die Ausbreitung nur einer dieser Polarisationsrichtungen
erforderlich ist, muss man spezielle Fasern benutzen, die bei Einkopplung
der gewünschten
Polarisationsrichtung diese auch bei Ausbreitung über große Entfernungen
stabil beibehalten. In runden Fasern ist das nicht möglich, weil
für beide
Polarisationsrichtungen (Polarisationsmoden) gleiche Ausbreitungsbedingungen
gelten und die beiden Moden auf Grund von Störungen, wie bspw. Krümmung der
Faser oder geometrische Unvollkommenheiten, Energie austauschen
(ineinander "überkoppeln") können, so
dass nach der Übertragung
in der Regel ein Gemisch der beiden Polarisationen vorhanden ist,
was viele Anwendungen unmöglich
macht.
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Die
genannten speziellen Fasern müssen von
der Zylindersymmetrie abweichende Eigenschaften aufweisen, um für die beiden
Polarisationsmoden unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen (man
bezeichnet das auch als Doppelbrechung und entsprechend solche Fasern
als doppelbrechende Fasern) zu schaffen und die "Polarisationserhaltung" einer Mode zu garantieren.
Das geschieht gemäß dem Stand
der Technik entweder dadurch, dass man
- • erstens
dem Faserquerschnitt, zumindest dem des Kerns, eine von der Kreissymmetrie
abweichende Form geben kann, bspw. eine elliptische,
- • zweitens,
dass man in dem lichtführenden
Gebiet starke mechanische Spannungen erzeugen kann (bspw. durch
Einfügen
von Materialien mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen
Eigenschaften),
- • drittens
die Verluste der beiden Moden durch Geometrie und/oder Zusammensetzung
unterschiedlich gestaltet (die verlustreichere Mode wird dann nicht
oder nur eine kurze Strecke geleitet).
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Vielfach
werden diese verschiedenen Effekte auch in Kombination genutzt.
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Es
gibt zahlreiche Strukturvarianten solcher polarisationserhaltender
Fasern, jedoch haben alle den Nachteil, dass sie viel aufwendiger
in der Herstellung sind als normale Fasern, sich schlecht mit normalen
Fasern verbinden ("spleißen") lassen, keine runden
Intensitätsverteilungen
haben und damit beim Verbinden mit normalen runden Fasern zu großen Verlusten
führen
und durch die Erzeugung von hohen inneren Spannungen nachteilige
Eigenschaften, wie bspw. das Zerbersten bei der Präparation
der Vorformen, aufweisen.
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Bei
den aktiven Laserfasern erfolgt eine Dotierung des Kerns der Lichtleitfasern
mit laseraktiven Ionen, bspw. Ytterbium (Yb).
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Dadurch
können
Lichtleitfasern auch als Laser arbeiten, d.h. durch geeignete Anregung
der Ionen kann im Kern Laserlicht erzeugt werden.
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Eine
typische Anregungsart ist das Einkoppeln von Diodenstrahlung in
den Mantel der Faser, der durch einen niedrigbrechenden Außenmantel ebenfalls
lichtleitend ist (Doppelkern- oder Doppelmantel-Prinzip, engl. "double clad").
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Besonders
wertvoll sind solche Faserlaser, weil man mit ihnen im Einmodenbetrieb
sehr fein fokussierbare Laserstrahlung erzeugen kann (bis hinab zur
Dimension der Wellenlänge,
das heißt
für Yb
um 1 μm)
und damit sehr hoch aufgelöste
Bearbeitungen oder Markierungen ausführen kann.
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Der
Nachteil dieser aktiven Faserlaser ist, dass viele Applikationen
nur mit polarisationsstabiler Strahlung möglich sind, wie bspw. das Umwandeln der
Wellenlänge
des Laserlichtes durch nichtlineare Effekte oder das Schalten und
Modulieren von Licht.
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Daher
verwendet man bisher auch bei den laseraktiven Fasern die gleichen
Konstruktionsprinzipien, wie bei den passiven Fasern, um polarisationsstabilen
Betrieb zu erreichen.
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Da
die Dotierung des Faserkernes mit Yb und anderen Laserionen einen
komplexen Prozess erfordert und durch schlechte Verträglichkeit
der Laserionen mit der Glasmatrix zahlreichen Einschränkungen
unterliegt, sind aber die Nachteile dieser Strukturen noch viel
gravierender als die zuvor stehend genannten bei den passiven Laserfasern.
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Bei
den in den letzten Jahren aufgekommenen mikrostrukturierten Fasern
und den sog. photonischen Kristallfasern sind daher sehr komplizierte Strukturen
entwickelt worden, um diese Nachteile zu beseitigen und die alle
nach den genannten Prinzipien der Geometrieanisotropie, der Spannungserzeugung
oder der unterschiedlichen Dämpfung
der beiden Polarisationsmoden arbeiten. Die Herstellung dieser Strukturen
erfordert jedoch einen enormen Aufwand.
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Gemäß dem Stand
der Technik wird dabei die Polarisationserhaltung in allen Fällen durch
anisotrope, nicht-verstärkende
Strukturen außerhalb des
Kerns oder durch die form des Kerns erzeugt.
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Eine
stabile Polarisation in aktiven Fasern, also Laser- und Verstärkerfasern,
wird gemäß dem Stand
der Technik entweder durch zusätzliche
polarisierende Elemente im optischen Aufbau eingestellt oder durch
die konventionellen zusätzlichen
Strukturelemente im Fasercladding, wie sie auch für die Polarisationsstabilisierung
von passiven (also nur lichtleitenden, nicht verstärkenden)
Fasern eingesetzt werden, erreicht.
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So
offenbart die Schrift
US
6,282,016 B1 eine Vorrichtung, bei der mehrere Elemente
benötigt werden,
um einen polarisierten verstärkten
Ausgangsstrahl zu erzeugen. Die Vielzahl der erforderlichen Elemente
verkompliziert und verteuert somit auch den Aufbau.
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Ein
Beispiel für
die Anwendung von anisotropen Strukturen im Cladding für aktive
Fasern ist aus der Schrift WO 2005/059612 A1 bekannt. Aus dieser Schrift
wird deutlich, wie schwierig es ist, die Doppelbrechung erzeugenden
zusätzlichen
Elemente in der Faserstruktur unterzubringen, da auch Platz für andere
Strukturen benötigt
wird, die für
die Funktion der Faser benötigt
werden. Der Nachteil der in dieser Schrift offenbarten verschiedenen
Strukturelemente in einer solchen Faser besteht darin, dass sich
diese untereinander beeinflussen und dadurch ihre Wirksamkeit einschränken.
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Die
Schrift
US 5,566,196
A offenbart optische Fasern mit mehreren nichtkonzentrischen
Kernbereichen, die derartig eng benachbart sein können, dass
eine gegenseitige Beeinflussung möglich ist, so dass praktisch
ein zusammenhängender
Kern entsteht.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine optische Faser für polarisiert
emittierende Faserlaser und -verstärker sowie ein Verfahren zu
deren Herstellung anzugeben, der die zuvor stehenden Nachteile des
Standes der Technik vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine optische Faser für polarisiert emittierende
Faserlaser und -verstärker
gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
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Das
Wesen der Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Faserlasertyp
im Kern anisotrop verteilt Laserionen aufweist (s.g. zweiachsige
Symmetrie), so dass die Zusatzstruktur im Mantel gemäß dem Stand
der Technik nicht mehr erforderlich ist. Dabei kann auch der Kern
anisotrop deformiert sein, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss.
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Durch
diese erfinderische Lösung
werden neue Strukturen ermöglicht,
die nicht nur eine beliebige Polarisation aufweisen, sondern eine
direkt vorgebbare Polarisation besitzen.
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Bei
den bisher bekannten, zuvor stehend beschriebenen Prinzipien der
Polarisationserhaltung für Laserfasern
gemäß dem Stand
der Technik hat man sich ausschließlich darauf konzentriert,
dass es bei der Nutzung der passiven Fasern darum geht, die Polarisation
einer von außen
eingekoppelten Strahlung zu erhalten, während es bei der Nutzung der
aktiven, also Laser- oder Verstärkerfasern
darum geht, eine Strahlung erst in der Faser zu erzeugen oder zumindest
vermittels dieser zu verstärken.
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Gemäß der Erfindung
ist es vorteilhaft, diesen Erzeugungs- oder Verstärkungsprozess
so zu gestalten, dass eine gewünschte
Polarisation von vornherein bei der Generation des Lichtes bevorzugt wird.
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Dies
wird durch die Erfindung realisiert, indem die verstärkenden
Ionen im Kern (d.h. im gesamten, das Laserlicht führenden
Bereich) räumlich so
unterschiedlich verteilt sind, dass sie die beiden Polarisationsmoden
unterschiedlich verstärken.
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Da
die Verstärkung
für einen
Ort im Kern proportional zu dem Produkt aus der Lichtintensität und der
Zahl der Laserionen an dieser Stelle ist, muss dabei, um günstige Strukturen
zu erreichen, die Intensitätsverteilung
der beiden Polarisationsmoden betrachtet werden. Wie aus den Maxwell-Gleichungen hervorgeht,
haben runde Einmoden-Lichtwellenleiter eine
Verteilung in Form einer zweidimensionalen Gausskurve (Glockenkurve)
mit dem Maximum auf der Faserachse. Genauere Berechnungen, die gemäß dem Stand
der Technik erfolgen, unter der Berücksichtigung der Polarisationseigenschaften
zeigen jedoch, dass diese Gaussverteilungen eine leichte, ellipsenähnliche
Verzerrung aufweisen, die für
die beiden Polarisationsrichtungen um 90° verdreht ist (diese also orthogonal
zueinander sind).
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Die
Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1a:
eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker in Querschnitt,
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1b:
eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker in Querschnitt,
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1c:
eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker in Querschnitt,
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2a:
eine schematische Darstellung der Intensitätsverteilung der beiden Polarisationsmoden zu 1a bis
c in einer Draufsicht mit einer Kennzeichnung einer bevorzugten
Dotierungsverteilung der Laserionen (grau dargestellt),
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2b:
die zu 1a bis c und 2a zugehörige Intensitätsverteilung,
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3a:
Querschnitt durch eine Anordnung von primären Preformen in einem Hohlzylinder,
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3b:
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Preform entstanden aus der
Anordung gemäß 3a,
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4:
eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker in Querschnitt und
-
5:
eine vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker in Querschnitt.
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Die
erfindungsgemäße optische
Faser ist gemäß der Erfindung
so dotiert, dass sich die Laserionen, wie in 1a bis
c dargestellt, nur in dem grau markierten Gebiet befinden. In der 2a ist
die zu den 1a bis c gehörige Form der Intensitätsverteilung
der beiden Polarisationsmoden schematisch in einer Draufsicht dargestellt,
wobei das Gebiet bevorzugter Dotierung mit aktiven Ionen dunkel
gekennzeichnet ist und in 2b ist
die räumliche
Verteilung dieser beiden Intensitäten in Abhängigkeit vom Kernradius dargestellt,
wobei aus dieser Darstellung hervor geht, dass die als x-Pol. bezeichnete
Mode eine viel größere Verstärkung erfährt als
die y-Pol.-Mode. Die x-Pol.-Mode weist nämlich im dotierten Gebiet eine
viel höhere
Intensität
als die y-Mode auf.
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Dadurch
wird eine bevorzugte Verstärkung der
x-Pol.-Mode erreicht, die im Laserprozess zur alleinigen Ausbreitung
dieser Mode führt,
da bekanntermaßen
kleine Verstärkungsunterschiede
zur völligen
Unterdrückung
der zweiten Mode ausreichen.
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Aufgrund
dieser erfinderischen Lösung
ist es möglich,
einen polarisationsstabilen Betrieb der Laserfaser zu erreichen,
ohne die zuvor stehend beschrieben polarisationserhaltenden Strukturen
gemäß dem Stand
der Technik zu verwenden.
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Eine
solche erfindungsgemäße Laserfaser hat
den Vorteil, dass sie nicht nur polarisationsstabil arbeitet, sie
ermöglicht
auch den „single
polarization"-Betrieb,
weil sie eine der beiden Polarisationen bevorzugt.
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Vorteilhafter
Weise kann der erfindungsgemäßen Verstärkungsprozess
noch verbessert werden, indem entweder die Fläche vergrößert wird, in der der deutliche
Intensitätsunterschied
auftritt oder man erhöht
in diesem Gebiet die mittlere Intensität unter Beibehaltung des Unterschiedes
zur Faserumgebung.
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Dadurch
wird erreicht, dass der Kern nicht rund, sondern etwas elliptisch
ausführt
ist, so dass sich der räumliche
Unterschied zwischen den Intensitätsverteilungen vergrößert. Dabei
ist jedoch zu prüfen,
ob die stärkere
Abweichung von der runden Verteilung für die konkrete Anwendung akzeptabel ist.
Die Intensität
kann in diesem Gebiet dadurch erhöht werden, in die Brechzahl
des Kerns in diesem Gebiet relativ zum zentralen Teil des Kerns
erhöht wird
(bspw. annähernd
ringförmig).
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Diese
weitgehend runde Form der Intensitätsverteilung bleibt erhalten,
wenn die Brechzahlen in den verschiedenen Gebieten des Kerns gleich sind,
also im Beispiel der 1a in den weißen und schwarzen
Teilen. Dies wird dadurch erreicht, dass man die erhöhte Zahl
der Laserionen (bspw. Yb) im schwarzen Gebiet durch eine erhöhte Zahl
anderer nicht-aktiver
Ionen (bspw. Ge) im hellen Gebiet kompensiert.
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Darüber hinaus
kann vorteilhafter Weise die bevorzugte Emission einer Polarisation
noch dadurch verbessern werden, dass man die Dotierungen in den
unterschiedlichen Zonen so wählt,
dass zwar die Brechzahlwerte gleich sind, dass aber die Materialien
stark unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten haben. Dadurch entstehen
beim Abkühlen
der Fasern mechanische Spannungen in analoger Weise wie bei PANDA-Fasern. Im Gegensatz
zu diesem Stand der Technik befinden sich jedoch die spannungserzeugenden
Elemente nicht im Mantel der Faser, sondern im erfindungsgemäßen Kern
der Faser.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optischen
Faser für polarisiert
emittierende Faserlaser und -verstärker beschrieben, ohne die
Herstellung der Faser auf dieses Verfahren zu beschränken.
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Als
ein Beispiel eines solchen Verfahrens wird hier die Zusammensetzung
des Kerns mit anisotroper Verstärkung
aus runden Einzelelementen (primären
Preformen) näher
dargelegt. Das Produkt dieses beispielhaften Verfahrens ist eine
erfindungsgemäße optische
Faser (Lichtleiter-Struktur), die
- • eine anisotrope
Verstärkung
für die
zwei Polarisationsrichtungen aufweist;
- • die
im Kern mit laseraktiven Yb-Ionen dotiert ist;
- • einen
Kern aus sechs + ein Einzelelementen in hexagonaler Anordnung besitzt;
- • die
bei der Arbeitswellenlänge
dieses Laserions bei ≈1.08 μm Wellenlänge nur
die Ausbreitung der Grundmode gestattet („singlemode-Verhalten" im üblichen
Sprachgebrauch, umfasst aber die beiden Polarisationsmoden)
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Das
beispielhafte Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker umfasst folgende sechs
Schritte:
Im ersten Schritt werden zwei primäre Preform-Typen für Fasern
in konventioneller Weise hergestellt, bspw. mit der Gasphasen-Innenrohrbeschichtung
in Quarzrohren (engl. "modified
chemical vapor deposition", MCVD).
Der Kern der einen primären
Preform wird mit den Laserionen und ggf. mit erforderlichen weiteren
Substanzen ("Kodotanden") dotiert. Der Kern
der zweiten primären
Preform wird mit indexerhöhenden Substanzen,
jedoch ohne Laserionen, dotiert. Um zunächst eine annähernd kreissymmetrische
Verteilung der Intensität
zu erhalten, müssen
die Brechzahlen der beiden Kerne gleich sein.
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Dazu
kann für
den ersten Kern Yb2O3 und Al2O3 verwendet werden
und für
den zweiten Kern GeO2. Diese Substanzen
werden der Grundsubstanz des Kerns, dem SiO2 (Quarzglas)
zugefügt.
Dazu ist bekannt, dass innerhalb üblicher Fehlergrenzen mit den
genannten Dotierungsmaterialien folgende Brechzahlerhöhungen erreicht
werden können:
1
Mol.-% Yb2O3 0,00670
1
Mol.-% Al2O3 0,00213
1
Mol.-% GeO2 0,00135.
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Im
konkreten Beispiel erfolgt die Dotierung des einen Kerns mit 0,5
Mol.-% Yb2O3 plus
2,65 Mol.-% Al2O3 und
des anderen Kerns mit 6,6 Mol.-% GeO2. Dadurch
wird eine Brechzahlerhöhung
von ≈ 0.009
im zu bildenden Kern der erfindungsgemäßen optischen Faser bewirkt.
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In
dem zweiten Verfahrenschritt wird in den primären Preformen ein vorgebbares
Verhältnis
von Kern- und Außenradius
eingestellt, um einen gewünschten
mittleren Brechungsindex zu erreichen. Um die zuvor stehenden Werte
zu realisieren, wird im konkreten Beispiel ein Außenradius
der gleich dem 2-fachen des Kernradius ist, gewählt. Das richtige Verhältnis der
Radien kann man bspw. durch chemisches Abätzen des Außenmantels oder auch durch mechanisches
Abschleifen erreichen.
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In
dem dritten Verfahrenschritt werden die primären Preformen durch Verziehen
in einer Faserziehanlage oder durch Verjüngen in einer Glasmacherdrehbank
auf eine solche Dimension gebracht, dass sich die gewünschte Anzahl
und die gewünschte
Verteilung der beiden primären
Preform-Typen in Form der entstandenen dünneren Stäbe (der verjüngten Preformen)
in ein passend dazu gewähltes Quarzrohr
stecken lässt.
Das Quarzrohr wird nach Fertigstellung der optischen Faser den Außenmantel dieser
Faser oder zumindest einen Teil davon bilden.
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Der
vierte, entscheidende Verfahrensschritt realisiert die erfindunsgemäße Struktur
der Faser. Zunächst
werden die verzogenen Stäbe
(die primären
Preformen) auf die gewünschte
Länge,
bspw. die Länge
des Quarzrohres geschnitten oder gebrochen. Danach werden die Stäbe so im
Rohr angeordnet, dass eine anisotrope Verteilung der mit Yb/Al-Oxid und
der mit Ge-Oxid dotierten Stäbe
entsteht, so dass die Überdeckung
der x-polarisierten Mode mit den Yb-dotierten Stäben verschieden ist von der Überlappung
der y-polarisierten Mode mit den Yb-dotierten Stäben und damit die Verstärkung bei
den beiden Moden unterschiedlich ist. In 3 ist
dies beispielhaft durch die Auswahl von nur zwei äußeren Yb-dotierten
primären
Preformen (in der Fig. schwarz dargestellt) und fünf Ge-dotierten
primären
Preformen (in der 3 grau dargestellt)
gezeigt, ohne die Erfindung auf diese Auswahl zu beschränken. Vielmehr
sind verschiedene andere Anordnungen möglich, die je nach Zahl der
eingesetzten Einzelstäbe und
nach der gewünschten
Größe des Verstärkungsunterschiedes
der beiden Moden wählbar
sind.
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Der
fünfte
Verfahrensschritt besteht in dem Kollabieren des Quarzrohres und
der eingesetzten Stäbe
(primären
Preformen) zu einer Preform, d.h. das Rohr wird gemäß dem Stand
der Technik in einer geeigneten Anordnung so stark erhitzt, dass
es sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung zu einem massiven
Rohr zusammenzieht. Erforderlichen Falles kann im Rohr auch ein
Unterdruck erzeugt werden, damit die Zwischenräume zwischen den einzelnen
Stäben
verschwinden.
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Dabei
verringert sich die Querschnittsfläche des Rohrinnenraums entsprechend
dem Luftanteil zwischen den Stäben,
im Falle der in 3a dargestellten sieben primären Preformen
um ca. 22%. Diese Verringerung ist bei der Dimensionierung der primären Preformen
zu berücksichtigen.
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Die
so gebildete Preform (3b) ist nach dem Kollabieren
einstückig,
wobei je nach verwendeten Material der eingesetzten Stäbe (primären Preformen)
und dem Mantelrohr eine Materialgrenze ausgebildet ist oder, im
dem Fall, dass der Außenmantel
der eingesetzten Stäbe
(primären
Preformen) aus dem gleichen Material (aus der gleichen Quarzglassorte)
bestehen, keine Materialgrenze ausgebildet ist.
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Nach
dem Kollabieren wird der lichtleitende Kern der zukünftigen
optischen Faser durch die Teile mit den höheren Brechzahlen gebildet,
nämlich
die Kerne der primären
Preformen. Um ein gewünschtes Verhältnis zwischen
Kern- und Außendurchmesser herzustellen,
muss ggf. das um die Stäbe
kollabierte Quarzrohr gemäß dem Stand
der Technik mit einem weiteren Quarzrohr passender Dimension ummantelt werden.
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Die
vermittels dieser fünf
Verfahrensschritte hergestellte Preform hat damit die benötigte Struktur, die
im vergrößerten Maßstab der
Struktur der optischen Faser gleich ist.
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Im
sechsten und letzten Verfahrensschritt wird die Preform in einer
Faserziehanlage in üblicher Weise
zur optischen Faser verzogen. Mit Hilfe der Ziehparameter wie Ziehgeschwindigkeit
und Prefom-Nachführungsgeschwindigkeit
kann man dabei, gemäß dem Stand
der Technik, den gewünschten Faserdurchmesser
einstellen.
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Wesentlich
für das
Erreichen der zuvor stehenden Parameter ist allerdings, dass die
Kerndimension richtig eingestellt wird. Der Kerndurchmesser, definiert
durch die Position der ehemaligen primären Preformen innerhalb der
Preform, muss in dem konkreten Beispiel 10μm betragen. Dadurch ist bei
der gewünschten
Arbeitswellenlänge
von 1.08 μm
die erfindungsgemäße optische
Faser als Einmodenfaser einsetzbar, wobei die eine Polarisationsrichtung
besser verstärkt
wird als die andere.
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In 4 ist
eine weitere erfindungsgemäße optische
Faser in Querschnitt gezeigt, die ebenfalls aus Einzelelementen
(primären
Preformen) ausgebildet ist, in diesem Fall aus 11 mit Yb-dotierten
Kernen (schwarz) die zu der erfindungsgemäßen anisotropen Anordnung der
Yb-Gebiete führen,
die gegenüber
der 3b einen wesentlich größeren Flächenanteil (und damit eine
größere Gesamtverstärkung) aufweisen.
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Alternativ
zu dem voran stehend beschriebenen Verfahren kann die erfindungsgemäße optische Faser
dadurch realisiert werden dass bei der Preformherstellung durch
Innenrohrbeschichtung nach der Beschichtung mit Yb-dotiertem Material (schwarz)
ein anisotroper Ätzprozess
zwischengeschaltet wird, nach dem mit der Ge-Beschichtung fortgefahren
wird und im Anschluss daran um 90° versetzt
nochmals geätzet
wird. Die resultierende Struktur (5) weist
nach dem Kollabieren eine anisotrope Verteilung der Yb-Ionen gemäß der Erfindung
auf.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen optischen
Faser für
polarisiert emittierende Faserlaser und -verstärker gegenüber dem Stand der Technik besteht
in der Verlagerung der anisotropen Strukturen in den Kern was neben
der Polarisationserhaltung zu einem anisotropen Verstärkungseffekt
führt, wodurch
die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
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Alle
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Yb-,
Nd-, Er-, Tm- oder Ho-dotiert
- 2
- Ge-,
Al- oder P-dotiert