DE102011085635A1

DE102011085635A1 - Optische Transportfaser und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102011085635A1
Application number: DE201110085635
Authority: DE
Inventors: Rudolf Huber
Original assignee: Trumpf Laser GmbH
Current assignee: Trumpf Laser GmbH
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Eine optische Transportfaser (10) zur Übertragung von Laserstrahlen weist einen Faserkern (1), mindestens einen Fasermantel (2, 3), der den Faserkern (1) umschließt, und eine Umhüllung (5), die den Fasermantel (2, 3) umschließt, auf, wobei zwischen dem Fasermantel (2, 3) und der Umhüllung (5) eine Zwischenschicht (4) vorgesehen ist. Ein entsprechendes Verfahren beschreibt die Herstellung einer derartigen Faser (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Faser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser.
Optische Fasern werden als Transportfasern zur Übertragung von Licht eingesetzt. Insbesondere die Übertragung von Laserleistung auch hoher Intensität wird mit Hilfe derartiger Fasern z. B. bei der Materialbearbeitung zum Bearbeitungskopf (Hochleistungsanwendung) durchgeführt. Nur ein Teil der Fasern, der Faserkern, leitet dabei das Licht, während umgebende Schichten die optischen Rahmenbedingungen und die mechanische Stabilität der Faser für deren speziellen Einsatz schaffen.
Es geschieht jedoch insbesondere beim Einkoppeln des Lichts in die Faser sowie an Übergangsstellen zwischen Fasern, beispielsweise an Steckern oder Spleißen, dass Strahlung aus dem Faserkern in die umgebenden Schichten, insbesondere das so genannte Cladding, also eine oder mehrere Mantelschichten der Faser, die den Faserkern umschließen, tritt. Aus dem Cladding, das prinzipiell in der Lage ist, Licht zu leiten, kann das Licht dann beispielsweise über Klebestellen oder durch direkten Übertritt in eine Umhüllung, auch genannt Coating, der Faser, welche insbesondere der Stabilität der Faser dient, treten. Die Umhüllung der Faser besteht in der Regel aus einer Kunststoffschicht. Es kann aber auch aus mehreren Kunststoffschichten, beispielsweise in Form eines Buffers, der unmittelbar an der Faser anliegt, und einem so genannten Jacket, das um den Buffer angeordnet ist, bestehen. Diese Umhüllung kann die Strahlung absorbieren. Dadurch kann es, vor allem bei hohen Laserleistungen, zu einer starken Erhitzung der Umhüllung kommen, so dass die Faser zerstört werden kann. Des Weiteren können auch an Übergangsstellen ebenfalls Probleme aufgrund der Streustrahlung auftreten. Im Extremfall kann dies sogar eine Zerstörung der Laserquelle mit sich bringen.
Wird Strahlung im Mantel geführt, handelt es sich hierbei um Moden höherer Ordnung und nicht um die Grundmode der Singlemode Faser bzw. der im Kern geführten Moden bei Multimodefasern. Dies verschlechtert zudem die Strahlqualität der übertragenen Strahlung, da das Strahlprofil des aus der Faser austretenden Strahls höhere Moden enthält. Dies kann negative Auswirkungen auf eine Anwendung haben. Die verschlechterte Strahlqualität ist gerade bei Single-Mode Fasern und für Anwendungen bei denen eine sehr gute Strahlqualität erforderlich ist, wie z. B. dem Laserschneiden, ein Problem.
Häufig werden Fasern zudem mit einem weiteren Mantel, also einem weiteren Cladding, das keine optische Funktion haben muss, versehen, um diese handhabbarer und weniger anfällig für äußere mechanische Störungen zu machen. Dadurch wird die Querschnittsfläche vergrößert, in der derartige unerwünschte Streustrahlung transportiert werden kann, was wiederum negative Auswirkungen auf das Strahlprofil mit sich bringt. Ein Auskoppeln der Streustrahlung aus der Faser ist daher wünschenswert.
In der GB 2 379 279 wird vorgeschlagen, eine Schutzschicht aus niedrig brechendem Glas zwischen dem Cladding und der Umhüllung einzufügen, um zu verhindern, dass Streustrahlung aus dem Cladding in die Umhüllung eindringt. Dadurch wird die Streustrahlung jedoch nicht abgeführt. Die hochmodige Streustrahlung, die somit in dem Cladding der Faser verbleibt, verschlechtert somit auch hier die Strahlqualität des transportierten Strahls.
Die US 7,839,901 schlägt vor, so genannte Moden-Stripper an verschiedenen Stellen entlang der Faser vorzusehen. Die Moden-Stripper sind Bereiche mit einem höheren Brechungsindex als das Cladding der Faser und sind um das Cladding der Faser angeordnet, so dass ein Lichtübertritt aus dem Cladding in den Moden-Stripper erfolgt. So kann die Streustrahlung gezielt an diesen Bereichen abgeführt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei hoher Laserleistung zu viel Leistung an einem Moden-Stripper austreten kann, was wiederum zu einer lokalen Überhitzung führen kann, die die Faser zerstört. Eine Anpassung des Brechzahlunterschieds zwischen dem Cladding und dem Moden-Stripper zum Reduzieren der am Moden-Stripper austretenden Strahlung zur Vermeidung dieses Problems ist dabei nur in engen Grenzen möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, zumindest einen der Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine optische Faser zur Verfügung zu stellen, die ermöglicht, dass Streustrahlung gezielt abgeführt wird und so eine Zerstörung der Faser verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die optische Faser gemäß Patentanspruch 1 sowie mittels des Verfahrens gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist eine optische Transportfaser mit mindestens einem Faserkern, mindestens einem Fasermantel und einer Umhüllung, eine Zwischenschicht auf, die zwischen dem Fasermantel und der Umhüllung vorgesehen ist. Mittels solch einer Zwischenschicht kann der Lichtübertritt zwischen dem Fasermantel und den umgebenden Schichten, der Umhüllung bzw. allgemein dem Coating, beeinflusst werden. So kann Streustrahlung aus der Faser durch die Zwischenschicht in die Umhüllung übertreten. Die Umhüllung kann dabei eine einzelne Schicht, insbesondere eine Kunststoffschicht sein. Alternativ kann die Umhüllung auch aus mehreren derartigen Schichten bestehen, typischerweise aus einem Buffer, der um den lichttragenden Teil der Faser angeordnet ist, und einem so genannten Jacket, das um den Buffer herum angeordnet ist. Auch kann die Faser mehrere Mantelschichten aufweisen, bzw. kann der Fasermantel mehrere Schichten aufweisen.
Die Ausbildung der Zwischenschicht erfolgt dabei so, dass die Zwischenschicht eine Transparenz nur für einen Teil der in dem Fasermantel geführten Strahlung besitzt. Dies kann beispielsweise durch geeignete Wahl des Materials der Zwischenschicht, dessen Brechungsindex oder der Dicke der Zwischenschicht erfolgen. Für alle Eigenschaften der Zwischenschicht, die bewirken, dass Strahlung nur teilweise durch die Zwischenschicht tritt und ein anderer Teil der Strahlung in dem Fasermantel verbleibt, wird im Folgenden allgemein von einer Transparenzeigenschaft der Zwischenschicht gesprochen. Gleichzeitig hat die Zwischenschicht für einen anderen Teil der in dem Fasermantel geführten Strahlung Reflektionseigenschaften. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. Abhängig von den spezifischen Transparenzeigenschaften der Zwischenschicht können über die gesamte Faserlänge hinweg mehr als 50% der Streustrahlung, vorzugsweise mehr 90%, ins besondere bis zu 99% der Streustrahlung aus der Faser abgeleitet werden. Idealerweise wird bei geeigneter Wahl der Wellenlänge, des Brechungsindex und der Schichtdicke die gesamte Streustrahlung aus dem Fasermantel ausgekoppelt.
Obgleich die nachfolgenden Erläuterungen einen Unterschied zwischen einem inneren und einem äußeren Fasermantel herausstellen ist zu beachten, dass dies lediglich zur besseren Unterscheidbarkeit der relativen Position der Mantelschichten geschieht. Der innere Fasermantel kann direkt von der Zwischenschicht umgeben sein. Insbesondere ist auch denkbar, dass zwei oder mehr Mantelschichten vorgesehen sind, wobei die Zwischenschicht zwischen einem der Fasermantel und der Umhüllung ausgebildet ist.
Dies ist insbesondere für Fasern möglich, deren Faserkern einen größeren Brechungsindex haben, als das sie umgebende Mantelmaterial, wie es für die meisten Fasern der Fall ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass in alternativen Ausführungsformen Fasern verwendet werden, deren Kern einen kleineren Brechungsindex aufweisen als das Mantelmaterial, zum Beispiel in Hohlfasern.
Die Zwischenschicht kann dabei aus Quarzglas bestehen oder zumindest Glas aufweisen.
Es kann insbesondere von großem Vorteil sein, dass der Brechungsindex der Zwischenschicht kleiner ist als der Brechungsindex des Fasermantels. So tritt die Streustrahlung nicht ungehindert aus dem Mantel in die Umhüllung. Allerdings wird sich das elektrische Feld der in dem Fasermantel transportierten Streustrahlung an der Grenzfläche zu der Zwischenschicht immer auch in Richtung der Zwischenschicht, also dem Medium mit geringerem Brechungsindex, erstrecken bzw. in dieses Medium eindringen und dort abhängig von den optischen Eigenschaften in radialer Richtung an Intensität verlieren. Hierbei spricht man von einer evaneszenten Welle. Bei entsprechender Dicke der Zwischenschicht kann das elektrische Feld dann wiederum in ein an die Zwischenschicht grenzendes Medium eindringen (frustrierte Totalreflektion), wie beispielsweise in die Umhüllung. So kann kontinuierlich entlang der Faser überall dort, wo eine derartige Zwischenschicht ausgebildet ist, Streustrahlung ausgekoppelt werden, ohne dass es zu lokalen Erhitzungen kommt. Das ausgekoppelte Licht wird vielmehr über einen größeren Bereich der Faser aus der Faser abgeführt und in die Umhüllung weitergeleitet und gegebenenfalls dort absorbiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Faserkern einen Brechungsindex von 1,45, der Fasermantel von 1,44 und die Zwischenschicht einen Brechungsindex von 1,433. Es ist natürlich in anderen Ausführungsformen auch denkbar, dass andere Brechungsindizes verwendet werden.
Zudem kann die Zwischenschicht vorteilhafterweise eine Dicke haben, die in der Größenordnung der Wellenlänge liegt oder der Wellenlänge entspricht. Es wird vorliegend davon ausgegangen, dass eine Größenordnung ein Bereich derselben oder ähnlichen Potenz darstellt, wie es auch dem Fachmann unmittelbar deutlich wird. Insbesondere könnte die Dicke der Zwischenschicht das zwei-, dreifache, oder allgemein ein mehr- oder vielfaches der Wellenlänge des auszukoppelnden Lichts betragen. Auch ist denkbar, dass die Dicke der Schicht einem Bruchteil der Wellenlänge des auszukoppelnden Lichts entspricht, beispielsweise 75% oder 50% der Wellenlänge, oder Ähnliches.
So kann ein Übertreten eines gewünschten Anteils, beispielsweise eines Anteils der Streustrahlung erreicht werden. Es ist wünschenswert, dass ein Anteil zwischen 30 und 99% der Streustrahlung aus der Faser ausgekoppelt wird.
Der Brechungsindex der Umhüllung kann dabei größer oder gleich dem Brechungsindex des Fasermantels sein. Zumindest kann der Brechungsindex der Umhüllung größer sein als der Brechungsindex der Zwischenschicht, so dass ein Übertreten der evaneszenten Welle aus der Zwischenschicht in die Umhüllung und ein anschließendes Ausbreiten der Welle hier erfolgen kann. Die Umhüllung kann dabei beispielsweise aus Silikon oder Acrylat hergestellt sein. Dabei besitzt die Umhüllung vorteilhafterweise einen Brechungsindex, der größer ist als ein Brechungsindex von Umhüllungen in herkömmlichen Fasern.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Fasermantel als Material Quarz aufweisen kann oder vollständig aus Quarz bzw. Quarzglas bestehen kann. Dies führt zu guten optischen Eigenschaften, was ein Auskoppeln der Strahlung aus dem Fasermantel erleichtern kann.
Weiterhin kann um den Fasermantel, der direkt um den Faserkern angeordnet ist und deshalb im Folgenden auch als innerer Fasermantel bezeichnet wird, eine weitere Mantelschicht ausgebildet sein. Diese weitere Mantelschicht wird auch als Überfangschicht bezeichnet. Die Überfangschicht kann die mechanischen Eigenschaften der Faser verbessern. Durch die Überfangschicht wird zudem auch die Faserdicke erhöht, was die Faser handhabbarer machen kann. Die Überfangschicht kann dabei Quarz aufweisen und muss keine optische Funktion haben. Bei Vorsehen einer derartigen Überfangschicht ist es vorteilhaft, die Zwischenschicht zwischen der Überfangschicht und der Umhüllung vorzusehen, um ein dosiertes Auskoppeln von Streustrahlung aus der Überfangschicht in die Umhüllung zu ermöglichen.
Zudem kann die Zwischenschicht entlang der Faser eine inhomogene Dicke in axialer Richtung und/oder radialer Richtung aufweisen. So kann an verschiedenen Abschnitten der Faser Streulicht mit verschiedener Intensität ausgekoppelt werden. Auch ist auf diese Weise denkbar, dass Licht verschiedener Wellenlängen zu verschiedenen Anteilen ausgekoppelt werden kann. So kann die Dispersion des Lichts wie auch die Eindringtiefe verschiedener Wellenlängen in ein angrenzendes Medium mit geringerem Index bei der frustrierten Totalreflexion ausgenutzt werden. Dadurch können sich auch Filtereigenschaften einer Faser mit einer derartigen Zwischenschicht ergeben.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optischen Faser werden zumindest ein Faserkern, zumindest ein Fasermantel und eine Umhüllung um den zumindest einen Fasermantel ausgebildet. Zwischen dem Fasermantel und der Umhüllung wird eine Zwischenschicht ausgebildet, deren Brechungsindex zumindest geringer ist als der des Fasermantels, vorzugsweise auch als der der Umhüllung.
Das Fasermaterial kann synthetischen Quarz aufweisen. Der Brechungsindex einer Faserschicht kann dabei durch Dotierung definiert werden. Eine Dotierung mit Fluor kann so niedrigbrechende Bereiche erzeugen, während eine Dotierung mit vorzugsweise Germanium hoch brechende Bereiche ergibt, wie es zum Beispiel für den Faserkern zum Einsatz kommt. Eine Dotierung kann auch mit weiteren, dem Fachmann bekannten Elementen durchgeführt werden, wie Bor, Phosphor oder ähnliches.
Dabei kann die Umhüllung mit einem Brechungsindex ausgebildet werden, der mindestens so groß ist wie der Brechungsindex des Fasermantels. Dazu kann die Umhüllung aus beispielsweise Silikon oder Acrylat oder weiteren Materialien bestehen, die diese Eigenschaft erfüllen.
In anderen, alternativen Ausführungsformen kann die Faser auch mit mehr als nur einem Faserkern ausgebildet werden, um selektiv verschiedene Moden oder eine Mehrzahl von Moden des Lichts zu transportieren. Insbesondere kann die Faser eine Single-Mode-Faser sein. Auch weitere Fasertypen, beispielsweise Hohlfasern oder Gradientenindexfasern, sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Besondere Ausführungsformen betreffen dabei auch Fasern, die zur Leitung von hohen Lichtleistungen geeignet sind.
Einzelheiten, weitere Vorteile und Entwicklungen der Erfindung werden anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1a eine optische Faser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1b eine optische Faser gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Brechzahlprofil einer optischen Faser gemäß der Ausführungsform nach 1b;
3 eine Darstellung der Feldstärke bei Reflexion in einer Faser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, a) dargestellt als Funktion und b) als Skizze bei einer frustrierten Totalreflexion.
1a zeigt eine optische Faser 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die optische Faser 10 besitzt einen Faserkern 1 und einen Fasermantel 3. Der Faserkern 1 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist zentral in der Faser 10 angeordnet. Der Faserkern 1 und der Fasermantel 3 sind hier konzentrisch zueinander angeordnet. Um den Fasermantel 3 herum ist eine Umhüllung 5 angeordnet. Die Umhüllung 5 ist dabei ringförmig um den Fasermantel ausgebildet.
1b zeigt eine optische Faser 10 einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die in der 1b verwendeten Bezugszeichen werden analog zu den Zeichen verwendet, die in der 1a gezeigt sind. Die optische Faser 10 besitzt hier einen Faserkern 1, einen inneren Fasermantel 2 und einen äußeren Fasermantel 3. Der äußere Fasermantel 3 entspricht dabei einer Überfangschicht. Der Faserkern 1 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist zentral in der Faser 10 angeordnet. Der innere Fasermantel 2 umschließt den Faserkern 1 ringförmig, so dass der innere Fasermantel 2 symmetrisch um das Zentrum der Faser 10 angeordnet ist. Der Faserkern 1 und der innere Fasermantel 2 sind folglich konzentrisch zueinander angeordnet. Der äußere Fasermantel 3 umschließt den inneren Fasermantel 2 ebenfalls konzentrisch.
In alternativen Ausführungsformen kann sowohl der Faserkern als auch der innere und/oder äußere Fasermantel einen nichtkreisförmigen Querschnitt, insbesondere einen ellipsoiden, rechteckigen oder anderweitig geformten Querschnitt aufweisen.
In einer vom Zentrum der Faser 10 radialen, nach außen gerichteten Richtung ist an der äußeren Oberfläche des äußeren Fasermantels 3 eine Zwischenschicht 4, auch als Schutzschicht bezeichnet, angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Zwischenschicht 4 in radialer Richtung eine Dicke, die in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts liegt, das durch die Faser 10 transportiert werden soll, je nach Anwendungsgebiet auch eine Dicke, die bevorzugt kleiner dem fünffachen der Wellenlänge des Lichts ist.
Um die Zwischenschicht 4 ist eine Umhüllung 5, auch Coating genannt, angeordnet. Die Umhüllung 5 umschließt die innen liegenden Komponenten der Faser 10 ebenfalls konzentrisch in der gezeigten Ausführungsform. Die Umhüllung 5 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einem Buffer 5a und einem so genannten Jacket 5b. Die Umhüllung 5 der Faser 10 kann aufgrund seiner Materialeigenschaften das aus der Faser austretende Licht teilweise absorbieren oder nach außen weiterleiten.
In 3 ist gezeigt, wie die Feldstärke der Strahlung, welche aus dem Faserkern in das umgebende Cladding übergetreten ist, an der Zwischenschicht 4 bei der Reflexion des Lichts an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Fasermantel 3 und der Zwischenschicht 4 in das Medium der Zwischenschicht 4 hineinragt und dort an Stärke verliert. Die Eindringtiefe dieser so genannten evaneszenten Welle in radialer Richtung vom Zentrum in die Zwischenschicht 4 der Faser 10 hängt von dem Verhältnis der Brechungsindizes der benachbarten Schichten, von der Wellenlänge des Lichts und vom Einfallswinkel des Lichts ab. Ein Teil es elektrischen Feldes ragt durch die Zwischenschicht 4 bis in das anschließende Medium, hier die Umhüllung 5, während ein anderer Teil, der einen Großteil der Strahlung darstellt, in den Fasermantel 3 zurückreflektiert wird. Die Zwischenschicht hat also eine Transparenz für einen Teil der Strahlung, und eine Reflektivität für einen anderen Teil der Strahlung.
2 zeigt ein Brechzahlenprofil der verschiedenen Schichten der Faser in radialer Richtung durch die Faser, wie sie in 1b dargestellt ist. Wie durch das schematische Koordinatensystem in 2 angedeutet, ist die Brechzahl dabei in Abhängigkeit des Radius der Faser aufgetragen. Aus der 2 wird deutlich, dass in der gezeigten Ausführungsform der innere Fasermantel 2, der den Faserkern 1 unmittelbar umgibt, einen geringeren Brechungsindex aufweist, als der Faserkern 1. Der Brechungsindex der Zwischenschicht 4 entspricht hier dem Brechungsindex des inneren Fasermantels 2. Der Brechungsindex des äußeren Fasermantels 3 entspricht hier dem Brechungsindex des Faserkerns 1 und des Buffers 5a. Das Jacket 5b hat schließlich einen sehr hohen Brechungsindex aufgrund der Materialeigenschaften der für das Jacket 5b verwendeten Materialien, die keine optische Funktion haben müssen.
Wie zudem aus 2 zu erkennen ist, ist in einer vom Zentrum der Faser 10 radialen, nach außen gerichteten Richtung an der äußeren Oberfläche des äußeren Fasermantels 3 die Zwischenschicht 4, auch als Schutzschicht bezeichnet, angeordnet. In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Zwischenschicht 4 in radialer Richtung eine Dicke, die in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts liegt, das durch die Faser 10 transportiert werden soll; je nach Anwendungsgebiet ist auch eine Dicke, die der Wellenlänge des Lichts entspricht oder die größer ist als die Wellenlänge des Lichts, denkbar. Insbesondere kann die Dicke der Zwischenschicht kleiner sein als das fünffache der Wellenlänge des Lichts. Natürlich sind auch andere Dicken denkbar, ohne sich von dem Gedanken der Erfindung zu entfernen.
3a zeigt eine funktionale Darstellung der Intensität eines Strahls, welcher unter einem Winkel größer dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf eine Grenzfläche von einem Medium mit hohem Brechungsindex zu einem Medium mit geringerem Brechungsindex trifft. Die Abszisse kennzeichnet dabei den Abstand r in radialer Richtung vom Zentrum der Faser 10; die Ordinate kennzeichnet die Feldstärke bzw. die Intensität I(r) der Welle in Abhängigkeit von der radialen Richtung. Das Licht propagiert zunächst in dem Cladding, insbesondere dem äußeren Fasermantel 3 der Faser 10. In der 3a ist der Brechungsindex des äußeren Fasermantels 3 mit n₃ gekennzeichnet. Hier ist die Feldstärke konstant und das Licht kann ungehindert propagieren. An der Grenzfläche zu der Zwischenschicht 4 kommt es zu einem Sprung des Brechungsindex von n₃ zu dem Brechungsindex n₄ der Zwischenschicht 4. Es gilt n₄ < n₃. In dem Medium der Zwischenschicht 4 kommt es zu einem exponentiellen Abfall der Feldstärke des Lichts, da hier unter Bedingungen der Totalreflexion auf Seiten des äußeren Fasermantels 3 keine Brechung in das optisch dünnere Medium und somit kein Übertritt des Lichts in dieses Medium erfolgt (evaneszente Welle).
Wird die Dicke der Zwischenschicht 4 in radialer Richtung r entsprechend dünn gewählt, so kann das elektrische Feld (die Welle) durch die Zwischenschicht 4 in die um die Zwischenschicht 4 gelagerte Umhüllung 5 der Faser 10 eindringen. In 3a ist der Brechungsindex der Umhüllung 5 mit n₅ gekennzeichnet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Brechungsindex n₅ > n₄, und es gilt vorzugsweise weiterhin n₅ ≥ n₃. Das elektrische Feld kann an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht 4 und der Umhüllung 5 in das Medium der Umhüllung 5 eintreten und sich in der Umhüllung 5 wiederum mit konstanter Intensität ausbreiten.
Dies ist auch in 3b dargestellt für den Fall einer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Fasermantel 3 und der Zwischenschicht 4. Hier kennzeichnen die Pfeile 7 die Ausbreitung eines Lichtstrahls bei der Totalreflexion in dem äußeren Fasermantel 3.
Wie weiter in 3b zu sehen ist, nimmt die Feldstärke, hier gezeigt durch drei skizzierte Intensitätsverteilungen mit abnehmender Energie, für drei in radialer Richtung nach außen vom Zentrum der Faser 10 skizzierte Entfernungen von dem Zentrum der Faser 10, sukzessive ab. Überbrückt die evaneszente Welle die Distanz zwischen dem äußeren Fasermantel und der Umhüllung 5 durch die Zwischenschicht 4, ist also die Eindringtiefe in die Zwischenschicht 4 groß genug, tritt die Strahlung 8 in die Umhüllung 5 ein und kann sich dort ausbreiten bzw. wird dort absorbiert.
Aufgrund der Nutzung der frustrierten Totalreflexion zum Auskoppeln von unerwünschten hohen Moden aus der Faser kann diese Ausbildung einer Faser auch als frustrierter Moden-Stripper bezeichnet werden.
Die Faser wird dazu gemäß dem oben beschriebenen Aufbau hergestellt. Abhängig von dem zu transportierenden Licht und dem Anteil an Streustrahlung, der aus der Faser ausgekoppelt werden soll, kann die Dicke der Zwischenschicht 4 und/oder das Verhältnis bzw. die Absolutwerte der Brechungsindizes variiert werden.
Zusammenfassend weist eine optische Transportfaser 10 zur Übertragung von Laserstrahlen einen Faserkern 1, mindestens einen Fasermantel 2, 3, der den Faserkern 1 umschließt, und eine Umhüllung 5, die den Fasermantel 2, 3 umschließt, auf, wobei zwischen dem Fasermantel 2, 3 und der Umhüllung 5 eine Zwischenschicht 4 vorgesehen ist. Ein entsprechendes Verfahren beschreibt die Herstellung einer derartigen Faser 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2379279 [0006]
US 7839901 [0007]

Claims

Optische Transportfaser (10) zur Übertragung von Laserstrahlung mit mindestens einem Faserkern (1), mindestens einem inneren Fasermantel (2), der den Faserkern (1) umschließt, und einer Umhüllung (5), die den inneren Fasermantel (2) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren Fasermantel (2) und der Umhüllung (5) eine Zwischenschicht (4) vorgesehen ist wobei die Zwischenschicht eine Transparenz nur für einen Teil der in dem Fasermantel geführten Strahlung aufweist.
Optische Faser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) Glas aufweist.
Optische Faser gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht (4) in der Größenordnung der Wellenlänge der Laserstrahlung liegt, insbesondere dünner als das fünffache der Wellenlänge der Laserstrahlung ist.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brechungsindex der Zwischenschicht (4) kleiner ist als ein Brechungsindex des inneren Fasermantels (2).
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Fasermantel (2) Quarz aufweist.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den inneren Fasermantel (2) ein äußerer Fasermantel (3) ausgebildet ist.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der Umhüllung (5) größer oder gleich dem Brechungsindex des an die Zwischenschicht angrenzenden Fasermantels (2, 3) ist.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) entlang der Faser (10) eine unterschiedliche Dicke aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser (10), das die Schritte aufweist: Ausbilden eines Faserkerns (1), Ausbilden mindestens eines Fasermantels (2, 3) um den Faserkern (1) sowie Ausbilden einer Umhüllung (5) um den Fasermantel (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fasermantel (2, 3) und der Umhüllung (5) eine Zwischenschicht (4) ausgebildet wird, die einen geringeren Brechungsindex aufweist als der angrenzende Fasermantel (2, 3) und die Umhüllung (5).
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (5) mit einem Brechungsindex ausgebildet wird, der mindestens so groß ist wie ein Brechungsindex des an der Zwischenschicht angrenzende Fasermantels (2, 3).