DE112005003885B3 - Large core holey fibers, fiber amplifiers or fiber lasers - Google Patents

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Abstract

Optische Multimode-Faser zum Ausbreiten der fundamentalen Mode und einer Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung der optischen Multimode-Faser, aufweisend:einen Cladding-Bereich, der Cladding Features aufweist, die in einer Grundsubstanz angeordnet sind, wobei die Cladding Features einen im Wesentlichen konstanten Abstand Λ und eine durchschnittliche Größe d haben, und die Cladding Features im Wesentlichen in einer Mehrzahl von Reihen N und in einer einheitlichen hexagonalen Anordnung angeordnet sind;einen Kern-Bereich, der von dem Cladding-Bereich umgeben ist, wobei der Kern-Bereich anstelle eines zentralen Cladding Features und anstelle einer oder mehrerer innerer Reihen der Cladding Features der hexagonalen Anordnung in der Grundsubstanz ausgebildet ist, so dass die optische Multimode-Faser die Ausbreitung der Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung zulässt; undwobei der Cladding-Bereich und der Kern-Bereich einen effektiven Brechungsindex für die fundamentale Mode und die Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung bereitstellen;wobei ein effektiver Brechungsindexunterschied zwischen der fundamentalen Mode und den nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung so eingerichtet ist, dass der Modenabstand zwischen der fundamentalen Mode und der ersten nicht-fundamentalen Mode groß genug ist, um eine Modenkopplung in der optischen Multimode-Faser zu reduzieren, so dassein Einzelmoden-Eingangssignal in der fundamentalen Mode nach Ausbreitung entlang der optischen Multimode-Faser im Wesentlichen als Einzelmoden-Signal in der fundamentalen Mode ausgegeben wird.A multimode optical fiber for propagating the fundamental mode and a plurality of non-fundamental low-order modes of the multimode optical fiber, comprising:a cladding region having cladding features arranged in a matrix, the cladding features having an im have a substantially constant spacing Λ and an average size d, and the cladding features are arranged substantially in a plurality of rows N and in a uniform hexagonal array;a core region surrounded by the cladding region, the core region is formed in the matrix in place of a central cladding feature and in place of one or more inner rows of the cladding features of the hexagonal array such that the multimode optical fiber allows propagation of the plurality of non-fundamental low-order modes; andwherein the cladding region and the core region provide an effective refractive index for the fundamental mode and the plurality of low-order non-fundamental modes;wherein an effective refractive index difference between the fundamental mode and the low-order non-fundamental modes is established such that the mode spacing between the fundamental mode and the first non-fundamental mode is large enough to reduce mode coupling in the multimode optical fiber such that a single mode input signal in the fundamental mode is substantially single mode after propagation down the multimode optical fiber -signal is output in the fundamental mode.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Gebietarea

Die gegenwärtige Lehre bezieht sich auf optische Fasern im Allgemeinen und insbesondere auf löchrige Fasern für Einzelmoden und Multimoden, welche große Kernabmessungen haben und auf Geräte und Systeme, die solche Fasern verwenden wie Laser und Verstärker.The present teachings relate to optical fibers in general and, more particularly, to singlemode and multimode holey fibers having large core dimensions and to devices and systems using such fibers, such as lasers and amplifiers.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art

Eine löchrige Faser ist eine optische Faser, bei der optische Führung durch eine Anordnung von „Löchern“, welche um einen Kern angeordnet sind, bereitgestellt wird. Solche Löcher können einen Brechungsindex haben, der kleiner als der des Kerns ist, und bilden zusammen einen Cladding-Bereich (in der nachfolgenden Beschreibung wird durch die deutsche Übersetzung „Mantelbereich“ auf den Begriff Cladding-Bereich Bezug genommen), welcher einen effektiven Brechungsindex hat, der ebenfalls niedriger als jener des Kerns ist.A holey fiber is an optical fiber in which optical guidance is provided by an array of "holes" arranged around a core. Such holes can have a refractive index lower than that of the core and together form a cladding region (in the following description the term cladding region is referred to by the German translation "Mantelbereich"), which has an effective refractive index , which is also lower than that of the core.

Im Allgemeinen wird der Begriff löchrige Faser hier so benutzt, um eine Faser zu bezeichnen, die eine Vielzahl von Cladding Features (in der nachfolgenden Beschreibung wird durch die deutsche Übersetzung „Manteleigenschaften“ auf den Begriff Cladding Features Bezug genommen) aufweist, z.B. Löcher angeordnet in einer Grundsubstanz, wobei die Mantelmerkmale einen Brechungsindex haben können, der von jenem der Grundsubstanz verschieden ist. Demgemäß kann auf die Mantelmerkmale einfallendes Licht reflektiert werden oder davon gestreut werden.In general, the term holey fiber is used here to denote a fiber that has a large number of cladding features (in the following description the term cladding features is referred to by the German translation "Mantel properties"), e.g. holes arranged in a matrix, wherein the cladding features may have a refractive index different from that of the matrix. Accordingly, light incident on the cladding features may be reflected or scattered off.

Eine Photonische-Kristall-Faser (PCF) ist eine löchrige Faser, wobei die Löcher in einer regelmäßigen Weise angeordnet sind. In einer Anordnung kann der Mantelbereich durch Löcher gebildet werden, welche in einer hexagonalen dicht gepackten Art angeordnet sind und der Kern kann in dem zentralen Gebiet eines solchen hexagonal gemusterten Mantelbereichs geformt werden. Der Kern kann in dem zentralen Gebiet sein, wo sich ansonsten in der ausgedehnten Anordnung von Löchern ein zentrales Loch oder einer oder mehr innere „Ringe“ von Löchern befinden würden. PCFs, welche in der beschriebenen Art gebildet werden, haben demnach eine Kernausdehnung und eine Dicke des Mantelbereichs.A photonic crystal fiber (PCF) is a holey fiber with the holes arranged in a regular fashion. In one arrangement, the cladding region may be formed by holes arranged in a hexagonal close-packed fashion and the core may be formed in the central region of such a hexagonally patterned cladding region. The core may be in the central region where a central hole or one or more inner "rings" of holes would otherwise be in the extended array of holes. PCFs formed in the manner described thus have a core dimension and a cladding region thickness.

Wie bei traditionellen Fasern ist in vielen Anwendungen bei PCFs die Aufrechterhaltung einer Ausbreitung von nur einer Mode wünschenswert. Konventionelle PCFs, welche im Einzelmoden-Ausbreitungsregime betrieben werden, haben Kernabmessungen und Dicken des Mantelbereichs, welche jenen von traditionellen nicht-löcherigen Einzelmoden-Fasern ähneln. Eine Begrenzung von solchen Einzelmoden-Fasern und konventionellen PCFs ist, dass die Kerndimension auf einen relativ kleinen Wert beschränkt ist. Im solchen Fasern mit kleinem Kern resultieren hohe optische Leistungsniveaus bei Spitzenintensitäten, welche Nichtlinearitäten in den Eigenschaften von Kern und Faser induzieren. Anwendungen mit hoher Leistung von solchen Fasern sind deswegen entweder nicht praktisch oder nicht möglich.As with traditional fibers, maintaining single mode propagation is desirable in many PCF applications. Conventional PCFs operating in the single-mode propagation regime have core dimensions and cladding region thicknesses that are similar to those of traditional non-holey single-mode fibers. A limitation of such single-mode fibers and conventional PCFs is that the core dimension is limited to a relatively small value. In such small core fibers, high optical power levels result at peak intensities that induce nonlinearities in the core and fiber properties. High performance applications of such fibers are therefore either impractical or not possible.

Aus WO 0 239 159 A1 sind mikrostrukturierte optische Einzelmoden-Fasern bekannt, bei denen inneren Mantelmerkmale normierte Abmessungen im Bereich von 0,35 bis 0,50 und die äußeren Mantelmerkmale normierte Abmessungen im Bereich von 0,5 bis 0,9, haben, wobei der Normierungsfaktor ein typischer Merkmalsabstand ist. Die Faser ist ferner gekennzeichnet durch einen Merkmalsabstand des Innenmantels von mehr als 2,0 Mikrometer.the end WO 0 239 159 A1 Microstructured single-mode optical fibers are known in which inner cladding features have normalized dimensions in the range 0.35 to 0.50 and outer cladding features have normalized dimensions in the range 0.5 to 0.9, where the normalization factor is a typical feature spacing . The fiber is further characterized by an inner cladding feature spacing of greater than 2.0 microns.

Die WO 0 137 008 A2 betrifft einen faseroptischen Wellenleiter. Der faseroptische Wellenleiter umfasst einen Kernbereich und einen Mantelbereich, der den Kernbereich umgibt. Der Mantelbereich umfasst einen inneren Mantelbereich und einen äußeren Mantelbereich. Der innere Mantelbereich weist ein Gitter von Säulen mit großem Durchmesser auf. Das Gitter von Säulen mit großem Durchmesser hat ein Verhältnis von Durchmesser d zu Steigung LAMBDA, das durch die Beziehung d/LAMBDA definiert ist, größer oder gleich 0,3. In 6 ist ein faseroptische Wellenleiter dargestellt, bei dem die innersten sechs Säulen weggelassen sind.the WO 0 137 008 A2 relates to an optical fiber waveguide. The fiber optic waveguide includes a core region and a cladding region surrounding the core region. The cladding area includes an inner cladding area and an outer cladding area. The inner cladding region has a latticework of large diameter columns. The lattice of large diameter columns has a diameter d to pitch LAMBDA ratio, defined by the relationship d/LAMBDA, greater than or equal to 0.3. In 6 A fiber optic waveguide is shown with the innermost six columns omitted.

Die Veröffentlichung Koplov, J.P., Kliner, D.A.V., Goldberg, L.: Use of bend loss to obtain single-transverse mode operation of a multimode fiber amplifier. In: Conference on Lasers and Electro Optics (CLEO 2000). Technical Digest. Postconference Edition, TOPS Vol.39 (IEEE Cat. No.00CH37088), 2000, p. 286-287. - ISSN DOI: 10.1109/CLEO.2000.907021 betrifft das Herausfiltern von Moden höherer Ordnung über Faserbiegeverluste.The publication Koplov, JP, Kliner, DAV, Goldberg, L.: Use of bend loss to obtain single-transverse mode operation of a multimode fiber amplifier. In: Conference on Lasers and Electro Optics (CLEO 2000). Technical Digest. Postconference Edition, TOPS Vol.39 (IEEE Cat. No.00CH37088), 2000, p. 286-287. - ISSN DOI: 10.1109/CLEO.2000.907021 relates to higher order mode filtering via fiber bending losses.

Die Veröffentlichung Fermann, M.E.: Single-mode excitation of multimode fibers with ultrashort pulses. In: Optics Letters, Vol. 23, 01.01.1998, No. 1, p. 52-54 betrifft die Einzelmodenanregung von Stufenindexfasern, die mehrere Moden ausbreiten können.The publication Fermann, M.E.: Single-mode excitation of multimode fibers with ultrashort pulses. In: Optics Letters, Vol. 23, January 1, 1998, no. 1, p. 52-54 relates to single-mode excitation of step-index fibers that can propagate multiple modes.

US 2003/165313 A1 betrifft eine optische Faser, wobei die Faser mindestens einen Kern umfasst, der von einem ersten äußeren Mantelbereich umgeben ist, wobei der erste äußere Mantelbereich von einem zweiten äußeren Mantelbereich umgeben ist, wobei der erste äußere Mantelbereich im Querschnitt eine Anzahl von ersten äußere Mantelmerkmale mit einem niedrigeren Brechungsindex als jedes Material umfasst, das die ersten äußeren Mantelmerkmale umgibt, wobei für eine Vielzahl der ersten äußeren Mantelmerkmale der minimale Abstand zwischen zwei nächsten benachbarten ersten äußeren Mantelmerkmalen kleiner als 1,0 µm oder kleiner als eine optische Wellenlänge des Lichts ist, das im Gebrauch durch die Faser geleitet wird. U.S. 2003/165313 A1 relates to an optical fiber, the fiber comprising at least one core surrounded by a first outer cladding region, the first outer cladding region being surrounded by a second outer cladding region, the first outer cladding region having, in cross section, a number of first outer cladding features with a lower refractive index than any material surrounding the first outer cladding features, wherein for a plurality of the first outer cladding features the minimum distance between two nearest adjacent first outer cladding features is less than 1.0 µm or less than an optical wavelength of the light im Use is passed through the fiber.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die Erfindung ist dabei durch die Patentansprüche definiert.The invention is defined by the patent claims.

Figurenlistecharacter list

  • 1A und 1B zeigen schematisch eine beispielhafte hohle Faser, welche einen Mantelbereich hat, welcher durch eine Vielzahl von „Löchern“ oder Mantelmerkmalen definiert wird, die die Ausbreitung von nur einer einzelnen optischen Mode durch einen relativ großen Kern erleichtert; 1A and 1B Figure 12 shows schematically an exemplary hollow fiber having a cladding region defined by a plurality of "holes" or cladding features that facilitate the propagation of only a single optical mode through a relatively large core;
  • 2A und 2B zeigen schematisch eine Photonische-Kristall-Faser (PCF), welche eine Vielzahl von Löchern oder Mantelmerkmalen hat, welche in einer zweidimensionalen Darstellung einer beispielhaften einfachen kubischen Anordnung angeordnet sind, wobei die Abmessung der Löcher, der Abstand zwischen den Löchern und die Zahl der Schichten oder Reihen der Löcher und/oder die Zusammensetzung der Löcher variiert werden kann, um die Ausbreitung von nur einer einzelnen optischen Mode in einem relativ großen Kern zu erlauben; 2A and 2 B show schematically a photonic crystal fiber (PCF) having a plurality of holes or cladding features arranged in a two-dimensional representation of an exemplary simple cubic array, showing the size of the holes, the spacing between the holes, and the number of layers or rows of holes and/or composition of holes can be varied to allow propagation of only a single optical mode in a relatively large core;
  • 3A und 3B zeigen schematisch eine PCF, welche eine Vielzahl von Löchern oder Mantelmerkmalen hat, angeordnet in einer zweidimensionalen Darstellung einer beispielhaften hexagonal dicht gepackten Anordnung, wobei die Abmessung der Löcher, der Abstand zwischen den Löchern, die Zahl der Schichten oder Reihen von Löchern und/oder die Zusammensetzung der Löcher variiert werden kann, um die Ausbreitung von einer einzelnen optischen Mode durch einen relativ großen Kern zu erlauben; 3A and 3B show schematically a PCF having a plurality of holes or cladding features arranged in a two-dimensional representation of an exemplary hexagonal close-packed array, wherein the dimension of the holes, the distance between the holes, the number of layers or rows of holes and/or the Hole composition can be varied to allow propagation of a single optical mode through a relatively large core;
  • 4A-C zeigen schematisch verschiedene hexagonal dicht gepackten Anordnung der 3A und 3B, welche verschiedene Anzahlen von „Ringen“ (d.h. Reihen oder Schichten) von Löchern / Mantelmerkmalen haben, welche in einer Anordnung um einen relativ großen Kern verteilt sind, wobei die Zahl der Ringe verwendet werden kann, um die Leckverluste von verschiedenen optischen Moden eines optischen Signals zu beeinflussen; 4A-C show schematically various hexagonal close-packed arrangements of the 3A and 3B , which have various numbers of "rings" (i.e., rows or layers) of hole/cladding features distributed in an array around a relatively large core, where the number of rings can be used to estimate the leakage losses of different optical modes of an optical affect signal;
  • 5A-C zeigen schematisch, wie die Lochabmessung variiert werden kann, um die Leckverluste von verschiedenen Moden zu beeinflussen; 5A-C show schematically how the hole size can be varied to affect the leakage of different modes;
  • 6A-C zeigen schematisch, wie der Lochabstand variiert werden kann, um die Leckverluste von verschiedenen Moden zu beeinflussen; 6A-C show schematically how the hole spacing can be varied to affect the leakage of different modes;
  • 7 zeigt schematisch eine PCF, welche einen relativ großen Kern hat, der zum Unterstützen der Ausbreitung von nur einer einzelnen optischen Mode geeignet ist und weiterhin aufweisend einen äußeren Mantelbereich, welcher durch eine Vielzahl von Löchern zum Unterstützen vieler Moden gebildet wird; 7 Figure 12 shows schematically a PCF having a relatively large core suitable for supporting propagation of only a single optical mode and further comprising an outer cladding region formed by a plurality of holes for supporting multiple modes;
  • 8 zeigt schematisch eine PCF, welche eine relativ große dotierte Kernregion hat, die zur Ausbreitung einer einzelnen Mode geeignet ist; 8th Figure 12 shows schematically a PCF having a relatively large doped core region suitable for single mode propagation;
  • 9A-F zeigen schematisch verschiedene hohle Fasern, welche asymmetrische Löcher-Anordnungen haben, welche um einen relativ großen Kern verteilt sind, um polarisationserhaltende (PM) Einzelmodenausbreitung zu erleichtern; 9A-F Figure 12 shows schematically various hollow fibers having asymmetric hole arrangements distributed around a relatively large core to facilitate polarization-maintaining (PM) single-mode propagation;
  • 10A-D zeigen schematisch, wie erfindungsgemäß eine effektive Kernabmessung einer PCF geändert werden kann durch „Entfernen“ von einer verschiedenen Anzahl von inneren „Ringen“ oder Schichten, wobei eine solche Kernabmessung genutzt werden kann, um Ausbreitung von ausgewählten Moden durch einen relativ großen Kern zu erlauben; 10A-D show schematically how, according to the invention, an effective core dimension of a PCF can be changed by "removing" a different number of inner "rings" or layers ten, such a core dimension can be used to allow propagation of selected modes through a relatively large core;
  • 11 zeigt schematisch eine PCF, die einen dotierten Ring oder ringförmigen Abschnitt hat, welcher um einen hohlen Bereich des Kerns angeordnet ist, um Gain zu liefern; 11 Fig. 12 shows schematically a PCF having a doped ring or annular portion placed around a hollow region of the core to provide gain;
  • 12 zeigt Verlust als eine Funktion der Zahl der Schichten für die fundamentale und die Mode erster Ordnung; 12 shows loss as a function of the number of layers for the fundamental and first order modes;
  • 13 zeigt den Verlust als eine Funktion des inversen Biegeradius für fundamentale und die Mode erster Ordnung; 13 shows loss as a function of inverse bend radius for fundamental and first order modes;
  • 14 zeigt den effektiven modalen Index (modal index) als eine Funktion des inversen Biegeradius für fundamentale und Mode der ersten Ordnung; 14 Figure 12 shows effective modal index as a function of inverse bend radius for fundamental and first order modes;
  • 15 zeigt schematisch zwei beispielhafte Löcher oder Mantelmerkmale einer PCF, wobei eine Größe d den Durchmesser jedes Lochs darstellt und A den Abstand zwischen den Löchern darstellt; 15 Figure 12 shows schematically two exemplary holes or cladding features of a PCF, where a quantity d represents the diameter of each hole and A represents the distance between the holes;
  • 16A-C sind schematische Darstellungen, welche die Betriebscharakteristiken einer PCF zeigen, wobei in einem Plot von λ/Λ versus d/A Einzelmoden- und Multimoden-Ausbreitungsregimes durch Kurven getrennt werden, welche verschiedene Anzahlen von Schichten darstellen; 16A-C are schematic representations showing the operating characteristics of a PCF wherein in a plot of λ/Λ versus d/A singlemode and multimode propagation regimes are separated by curves representing different numbers of layers;
  • 17 zeigt schematisch zwei exemplarische Lochmerkmale, welche verschiedene Formen und Abmessungen haben und 17 FIG. 12 schematically shows two exemplary hole features having different shapes and dimensions, and
  • 18A und 18B sind schematische Darstellungen, welche die Betriebscharakteristik einer hohlen Faser zeigen, wobei in einem Plot von λ/Λavg versus davgavg Einzelmoden- und Multimoden-Regimes getrennt sind durch Kurven, welche eine verschiedene effektive Dicke für Mantelbereiche darstellen. 18A and 18B are schematic representations showing the operating characteristics of a hollow fiber, in a plot of λ/Λ avg versus d avgavg singlemode and multimode regimes are separated by curves representing different effective thickness for cladding regions.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF SOME EMBODIMENTS

Diese und andere Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der gegenwärtigen Lehre werden offensichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen haben ähnliche Elemente ähnliche Bezugszeichen.These and other aspects, advantages, and novel features of the present teachings will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings. In the drawings, similar elements have similar reference numbers.

Die gegenwärtige Lehre bezieht sich im Allgemeinen auf hohle Fasern, Photonische-Kristall-Fasern und photonische Bandlückenfasern. Zum Zwecke der hiesigen Beschreibung und im Einklang mit dem gegenwärtigen Gebrauch der Fachbegriffe ist eine hohle Faser eine optische Faser, bei der die optische Führung im Wesentlichen durch regulär oder irregulär angeordnete Mantelmerkmale oder „Löcher“ geliefert wird. Wie hier gebraucht, beziehen sich Löcher auf Merkmale, angeordnet in einem Grundgerüstmaterial, welche verschiedene optische Eigenschaften wie Brechungsindex im Vergleich zum Grundgerüstmaterial haben. Die Löcher können offen sein, evakuiert oder gefüllt mit Luft, Gas, Flüssigkeit oder können ein anderes Material, transparent oder nicht transparent, aufweisen wie zum Beispiel Glas, ein Polymer oder eine andere Substanz oder Material. Eine Photonische-Kristall-Faser (PCF) ist eine hohle Faser mit einer im Wesentlichen regelmäßigen Anordnung von Löchern. Eine photonische Bandlückenfaser (PBF) ist eine PCF mit angemessenem Abstand und Anordnung der Löcher oder Mantelmerkmale, welche die Bragg-Bedingung bei der Betriebswellenlänge erfüllt und im Wesentlichen optische Führung durch photonische Bandlückeneffekte liefert.The present teachings relate generally to hollow fibers, photonic crystal fibers, and photonic bandgap fibers. For purposes of description herein, and consistent with current usage of the terminology, a hollow fiber is an optical fiber in which optical guidance is provided essentially by regularly or irregularly arranged cladding features or "holes". As used herein, holes refer to features located in a backbone material that have different optical properties, such as index of refraction, compared to the backbone material. The holes may be open, evacuated, or filled with air, gas, liquid, or other material, transparent or non-transparent, such as glass, a polymer, or other substance or material. A photonic crystal fiber (PCF) is a hollow fiber with a substantially regular array of holes. A photonic bandgap fiber (PBF) is a PCF with appropriate hole spacing and arrangement or cladding features that satisfies the Bragg condition at the operating wavelength and essentially provides optical guidance through photonic bandgap effects.

1A zeigt ein Segment einer hohlen Faser 100, während 1B schematisch einen beispielhaften Querschnitt der hohlen Faser 100 entlang der Linie 1B-1B zeigt. Wie der Querschnitt zeigt, umfasst die hohle Faser 100 einen Mantelbereich 102, der als ein ringartiger oder kranzförmige Bereich definiert werden kann, welcher einen durchschnittlichen inneren Radius ρ und einen durchschnittlichen äußeren Radius R hat. Der Mantelbereich 102 umfasst eine Vielzahl von Löchern oder Mantelmerkmalen 110. 1A shows a segment of a hollow fiber 100 while 1B FIG. 1 schematically shows an exemplary cross-section of hollow fiber 100 along line 1B-1B. As shown in cross-section, the hollow fiber 100 includes a cladding region 102, which may be defined as an annular or annular region having an average inner radius ρ and an average outer radius R . The cladding region 102 includes a plurality of holes or cladding features 110.

Der innere Radius ρ definiert weiterhin einen Kern 106 der hohlen Faser 100. Der Kern 106 kann oder kann nicht aus demselben Material gebildet sein wie jenes des äußeren Bereichs 112 und/oder den Räumen zwischen den Löchern 110 (der Grundsubstanz, in der die Löcher gebildet werden). In verschiedenen Ausführungsformen sind der Kern 106, die Räume zwischen den Löchern 110 und der äußere Bereich 112 aus Glas gebildet, welches einen ersten Brechungsindex n1 hat.The inner radius ρ further defines a core 106 of the hollow fiber 100. The core 106 may or may not be formed of the same material as that of the outer region 112 and/or the spaces between the holes 110 (the matrix in which the holes are formed will). In various embodiments, the core 106, the spaces between the holes 110 and the outer region 112 are formed of glass having a first index of refraction n 1 .

In bestimmten Ausführungsformen können die Löcher 110 aus Materialien gebildet werden, die einen zweiten Brechungsindex n2 kleiner als n1 haben, einschließend aber nicht begrenzt auf das Vakuum, ein Gas, eine Mischung von Gasen, eine zweite Glasart oder anderes festes oder flüssiges Material. (Im Gegensatz dazu können verschiedene Ausführungsformen der photonischen Bandlückenfaser Löcher oder Mantelmerkmale 110 umfassen, die aus Materialien gebildet werden, die einen zweiten Brechungsindex n2 haben, der größer als der Brechungsindex des Kerns 106 oder der umgebenden Substanz ist.) Wie in 1B dargestellt, können die Löcher 110 verschiedene Abmessungen haben (beispielhaft dargestellt durch die Abmessung di). Weiterhin können die Abstände zwischen den Löchern 110 verschieden sein (beispielhaft dargestellt durch einen Abstand Λj). Darüber hinaus können auch nicht runde Löcher benutzt werden, obwohl die Löcher 110 als rund gezeichnet sind.In certain embodiments, the holes 110 may be formed from materials having a second index of refraction n 2 less than n 1 , including but not limited to vacuum, a gas, a mixture of gases, a second type of glass, or other solid or liquid material. (On the contrary As an alternative to this, various embodiments of the photonic bandgap fiber may include holes or cladding features 110 formed from materials having a second refractive index n 2 that is greater than the refractive index of the core 106 or the surrounding substance.) As in FIG 1B As illustrated, the holes 110 can have various dimensions (exemplified by dimension di). Furthermore, the distances between the holes 110 can be different (exemplified by a distance Λ j ). In addition, although the holes 110 are drawn as round, non-round holes can also be used.

Ein Aspekt der gegenwärtigen Lehre bezieht sich auf selektives Manipulieren eines Parameters oder einer Kombination von Parametern wie die effektive Dicke des Mantelbereichs (R-p), durchschnittliche Lochgröße (d), durchschnittlicher Lochabstand (A) und Lochanordnung. Wie oben beschrieben können die Löcher aus einem verschiedenen Material geformt werden. Zum Zwecke von Teilen dieser Beschreibung wird angenommen werden, dass die Löcher einen Brechungsindex, der kleiner als jener des Kerns ist, haben, obwohl die Löcher nicht darauf beschränkt sein müssen und auch einen größeren Brechungsindex haben können, wie oben beschrieben. Durch Manipulieren der genannten Eigenschaften einer hohlen Faser kann man selektiv die Leckverluste der verschiedenen Moden eines optischen Signals steuern, welches sich durch den Kern ausbreitet. Zum Beispiel wird in verschiedenen Ausführungsformen eine Mode mit einem wesentlich kleineren Leckverlust ausgebreitet, während sich im Wesentlichen alle anderen Moden mit wesentlich größeren Leckverlusten ausbreiten.One aspect of the present teachings relates to selectively manipulating a parameter or combination of parameters such as effective cladding region thickness (R-p), average hole size (d), average hole spacing (A), and hole placement. As described above, the holes can be formed from a different material. For purposes of portions of this specification, the holes will be assumed to have an index of refraction less than that of the core, although the holes need not be so limited and may have an index of refraction greater than that described above. By manipulating the above properties of a hollow fiber, one can selectively control the leakage of the different modes of an optical signal propagating through the core. For example, in various embodiments, one mode is propagated with significantly less leakage while substantially all other modes propagate with significantly greater leakage.

Wie hier benutzt werden Einzelmoden- und Multimodenfaser konsistent mit den Definitionen definiert, welche für traditionelle, nicht hohle Fasern genutzt werden. Für traditionelle Fasern werden Einzelmoden- und Multimodenfaser im Allgemeinen mit Hilfe der V-Zahl definiert, welche gleich ist mit π (numerische Apertur) (Kerndurchmesser) / Wellenlänge für Stufenindexfasern. Für Nicht-Stufenindexfasern können numerische Apertur und Kerndurchmesser mit den äquivalenten Werten für Stufenindexfasern berechnet werden [siehe z.B. Martinez, F., Husey, C.D., „(E)ESI Determination from mode-field diameter and refractive index profile measurements on single-mode fibres“ IEEE Proceedings V135, pp. 202-210, (1988)]. Für Fasern, die die Beziehung V < 2,4 erfüllen, ist die Leistung der fundamentalen Mode signifikant größer als die optische Leistung der nächsthöheren Mode. Alternativ kann für Fasern, bei denen V > 2,4, mindestens die nächste Mode über der fundamentalen Mode eine signifikante Leistung im Vergleich zur fundamentalen Mode haben. Einzelmoden- und Multimoden-traditionelle Fasern sind demnach spezifisch definiert durch die Beziehung V < 2,4 bzw. V > 2,4. V = 2,4 ist das Abschneiden der Ausbreitung von jeder anderen Mode als der Mode niedrigster Ordnung.As used herein, singlemode and multimode fiber are defined consistently with the definitions used for traditional non-hollow fiber. For traditional fibers, singlemode and multimode fibers are generally defined in terms of V number, which is equal to π (numerical aperture) (core diameter)/wavelength for step-index fibers. For non-step-index fibers, numerical aperture and core diameter can be calculated using the equivalent values for step-index fibers [see, e.g., Martinez, F., Husey, CD, “(E)ESI Determination from mode-field diameter and refractive index profile measurements on single-mode fibers “ IEEE Proceedings V135, pp. 202-210, (1988)]. For fibers that satisfy the relationship V < 2.4, the fundamental mode power is significantly greater than the optical power of the next higher mode. Alternatively, for fibers where V > 2.4, at least the next mode above the fundamental mode can have significant performance compared to the fundamental mode. Singlemode and multimode traditional fibers are thus specifically defined by the relationship V<2.4 and V>2.4, respectively. V = 2.4 is the truncation of propagation of any mode other than the lowest order mode.

In hohlen Fasern kann die numerische Apertur durch die Differenz im Brechungsindex zwischen Kern und Mantel ermittelt werden. Jedoch ist ein Kerndurchmesser, der ein äquivalenter Wert für Stufenindex-Fasern ist, schwierig zu berechnen. Verschiedene Referenzenen [siehe zum Beispiel (1) Knight et al, „Properties of photonic crystal fiber and the effective index model“ J. Opt. Soc. Am. A Vo. 15, pp. 748-752, (1998), und (2) Mortensen et al „Modal cutoff and the V parameter in photonic crystal fibers“ Opt. Lett. V. 28, pp. 1879-1881, (2003)] berichten, dass, wenn der Kerndurchmesser gleich gemacht wird zum Abstand zwischen den Löchern Λ, dann ist der V-Parameter für das Abschneiden der Ausbreitung von jeder anderen Mode als der Einzelmode gleich 2,5 (siehe zum Beispiel Knight et al) und π (siehe zum Beispiel Mortensen et al.). Für die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen ist es nicht kritisch, ob das Abschneide-V 2,405, 2,5 oder π ist. Verschiedene Ausführungsformen der hier beschriebenen hohlen Faser haben einen viel größeren Kernradius als es bei einer konventionellen optischen Faser möglich ist, die die Ausbreitung einer einzelnen optischen Mode unterstützt. Deswegen werden wir die aktuelle Forschung in diesem technischen Gebiet benutzen, bei der eine Multimodenfaser definiert ist, wenn V > π und der Kerndurchmesser ist gleich dem Abstand oder durchschnittlichen Abstand zu der Faser. Umgekehrt ist eine Einzelmodenfaser definiert als eine Faser, bei der V < π.In hollow fibers, the numerical aperture can be determined by the difference in refractive index between the core and cladding. However, a core diameter that is an equivalent value for step-index fibers is difficult to calculate. Various references [see for example (1) Knight et al, "Properties of photonic crystal fiber and the effective index model" J. Opt. Soc. At the. A Vo. 15, pp. 748-752, (1998), and (2) Mortensen et al "Modal cutoff and the V parameter in photonic crystal fibers" Opt. Lett. V. 28, pp. 1879-1881, (2003)] report that if the core diameter is made equal to the distance between the holes Λ, then the V parameter for cutting off the propagation of any mode other than the single mode is equal 2.5 (see, for example, Knight et al.) and π (see, for example, Mortensen et al.). For the various embodiments described herein, it is not critical whether the clipping V is 2.405, 2.5, or π. Various embodiments of the hollow fiber described herein have a much larger core radius than is possible with conventional optical fiber supporting propagation of a single optical mode. Therefore we will use the current research in this technical field, where a multimode fiber is defined when V > π and the core diameter equals the distance or average distance to the fiber. Conversely, a single mode fiber is defined as a fiber where V < π.

Wie oben beschrieben, kann eine hohle Faser konstruiert werden, um Verlust für spezifische Moden einzuführen. Die Lochgröße, Abstand und die Zahl der Löcher können zum Beispiel ausgewählt werden, um Verlust in der Ausbreitung von Moden höherer Ordnung in einer Multimoden-Faser, bei der V > π, zu induzieren. As described above, a hollow fiber can be designed to introduce loss for specific modes. For example, the hole size, spacing, and number of holes can be chosen to induce loss in the propagation of higher order modes in a multimode fiber where V > π.

Mit einem Verringern der Anzahl von Löchern kann Licht in den Moden höherer Ordnung nicht in den Kern eingesperrt werden und kann aus der Faser entweichen. Ein solcher Verlust, eingeführt in eine Multimoden-Faser (V > π), ist analog zu einer traditionellen, nicht löcherigen Multimoden-Faser, welche eine V-Zahl größer als π hat, was Modenfiltern einschließt, zum Beispiel geliefert durch das Biegen der Faser, um Verlust in der Ausbreitung von Moden höherer Ordnung einzuführen. (Modenfilter werden beschrieben zum Beispiel im US-Patent 5 818 630 , erteilt an Fermann et al. am 6. Oktober 1998 und betitelt „Single-mode Amplifier and Compressors Based on Multi-mode Fibers“, welches hier durch Bezug eingeschlossen ist.) Ausreichendes Biegen kann angewandt werden, um Verluste für jede der Moden zu induzieren, die höher als die fundamentale Mode ist, so dass die fundamentale Mode die einzige Mode ist, die sich durch die gebogene Multimoden-Faser ausbreitet. Ähnlich kann eine Multimoden-Hohlfaser, die eine V-Zahl größer als ungefähr π hat, ein Design haben, welches Verlust für Moden höherer Ordnung einführt, so dass die Ausbreitung dieser Moden höherer Ordnung gedämpft wird.With reducing the number of holes, light in the higher order modes cannot be trapped in the core and can escape from the fiber. Such a loss introduced in a multimode fiber (V > π) is analogous to a traditional non-holey multimode fiber having a V number greater than π, which includes modal filters, for example provided by bending the fiber to introduce loss in the propagation of higher order modes. (Mode filters are described for example in the US patent 5 818 630 , issued to Fermann et al. on October 6, 1998 and entitled "Single-mode Amplifier and Compressors Based on Multi-mode Fibers," which is incorporated herein by reference.) Sufficient bending can be applied to induce losses for any of the modes higher than the fundamental mode is such that the fundamental mode is the only mode propagating through the bent multimode fiber. Similarly, a multimode hollow fiber that has a V number greater than about π can have a design that introduces loss for higher order modes such that the propagation of these higher order modes is attenuated.

Die 2A und 2B und nachfolgende Figuren stellen verschiedene hohle Fasern dar, welche Löcher mit regelmäßigem Abstand in verschiedenen Konfigurationen haben. Demnach werden diese löchrigen Fasern nun als PCFs (Photonische-Kristall-Fasern) bezeichnet im Einklang mit der oben dargelegten Definition. Es wird sich verstehen, dass, wenn nicht anders gesagt, die Konzepte, welche mit Bezug auf verschiedene PCFs offenbart werden, auch auf eine aperiodische Struktur anwendbar sind, wie zum Beispiel die beispielhafte hohle Faser, die oben in Bezug auf 1A und 1B beschrieben wurde, wie auch auf asymmetrische und andere Strukturen, die verschiedene Grade von Ordnung haben. Ferner sind die verschiedenen geometrischen Anordnungen der Löcher in den PCFs hier beispielhaft und sollten nicht ausgelegt werden, um den Umfang der gegenwärtigen Lehre zu begrenzen, da ein großer Bereich von Variationen in Konfigurationen, Anordnungen und Merkmalscharakteristiken möglich ist. the 2A and 2 B and subsequent figures depict various hollow fibers having regularly spaced holes in various configurations. Accordingly, these holey fibers are now referred to as PCFs (Photonic Crystal Fibers), consistent with the definition set out above. It will be understood that, unless otherwise stated, the concepts disclosed with respect to various PCFs also apply to an aperiodic structure, such as the exemplary hollow fiber discussed above with respect to FIG 1A and 1B has been described, as well as asymmetric and other structures that have varying degrees of order. Furthermore, the various geometric arrangements of the holes in the PCFs herein are exemplary and should not be construed to limit the scope of the present teachings, as a wide range of variations in configurations, placement, and feature characteristics are possible.

2A und 2B zeigen eine beispielhafte PCF 120, welche eine Vielzahl von Löchern 130 hat, die in einer zweidimensionalen Darstellung einer einfachen kubischen Anordnung angeordnet sind. Ein Kern 126 kann durch einen Bereich definiert werden, der frei von Löchern ist, welcher durch die Abwesenheit eines zentralen Lochs (entfernt aus 2B) in einer einfachen kubischen Anordnung erzeugt wird. Dementsprechend ist 2p ein Maß der Kerngröße, welches zum Durchmesser des zentralen Lochs korrespondiert, welches in der Anordnung fehlt. Eine beispielhafter einschichtiger Mantelbereich 122 kann sich beispielsweise zwischen einem inneren Ring 124a (Radius p) und einem äußeren Ring 124b (Radius R) befinden, welcher die erste Schicht von Löchern 130 umgibt. Mehr Schicht(en) von Löchern können jenseits der ersten Schicht, die in 2B gezeigt ist, angeordnet werden. Weiterhin kann ein Kern verändert werden durch Entfernen von mehr als dem zentralen Loch (in welchem Fall die Zahl der Reihen oder Schichten in der Anordnung ansonsten größer als eins wäre). 2A and 2 B Figure 12 shows an exemplary PCF 120 having a plurality of holes 130 arranged in a two-dimensional representation of a simple cubic array. A core 126 can be defined by an area free of holes, which is indicated by the absence of a central hole (distant from 2 B ) is generated in a simple cubic arrangement. Accordingly, 2p is a measure of core size, which corresponds to the diameter of the central hole, which is absent from the assembly. An exemplary single-layer cladding region 122 may be located between an inner ring 124a (radius p) and an outer ring 124b (radius R) surrounding the first layer of holes 130, for example. More layer(s) of holes can be found beyond the first layer that is in 2 B shown can be arranged. Furthermore, a core can be altered by removing more than the central hole (in which case the number of rows or layers in the array would otherwise be greater than one).

Der beispielhafte Mantelbereich 122 liefert den Kern 126, dessen Durchmesser 2p vergleichbar mit der Lochabmessung d und dem Lochabstand A ist. Durch Auswählen einer relativ großen Lochabmessung und demnach eines relativ großen Lochabstands kann der entsprechende Kerndurchmesser relativ groß sein. Ausbreitung von nur einer einzelnen optischen Mode kann erreicht werden durch selektives Anpassen der Werte von d, A und/oder der Zahl von Schichten.The exemplary cladding region 122 provides the core 126 whose diameter 2p is comparable to hole dimension d and hole spacing A . By selecting a relatively large hole dimension, and hence a relatively large hole spacing, the corresponding core diameter can be relatively large. Propagation of only a single optical mode can be achieved by selectively adjusting the values of d, A and/or the number of layers.

3A und 3B zeigen eine beispielhafte PCF 140, welche eine Vielzahl von Löchern 150 hat, die in einer zweidimensionalen Darstellung einer beispielhaften hexagonalen dicht gepackten Anordnung angeordnet sind. Ein Kern 146 kann einen Bereich aufweisen, der mit einem abwesenden zentralen Loch überlappt, welches in 3B und aus der hexagonalen Anordnung entfernt wurde. Eine erste Schicht 142 umfasst sechs Löcher 150, die in einer hexagonalen Art angeordnet sind und definiert den Kern 146, der einen Radius ρ hat. Wie unten beschrieben, können mehr Schicht(en) oder Reihen von Löchern jenseits der ersten Schicht 142 angeordnet werden, die in 3B gezeigt wird. Weiterhin kann ein Kern definiert werden durch Entfernen von mehr als dem zentralen Loch (in welchem Fall die Zahl der Schichten oder Reihen in der Anordnung sonst größer als eins wäre). 3A and 3B FIG. 14 shows an exemplary PCF 140 having a plurality of holes 150 arranged in a two-dimensional representation of an exemplary hexagonal close-packed array. A core 146 may have a region that overlaps with an absent central hole formed in 3B and removed from the hexagonal array. A first layer 142 includes six holes 150 arranged in a hexagonal fashion and defines the core 146 which has a radius ρ. As described below, more layer(s) or rows of holes can be placed beyond the first layer 142, which is in 3B will be shown. Furthermore, a core can be defined by removing more than the central hole (in which case the number of layers or rows in the array would otherwise be greater than one).

Der beispielhafte Mantelbereich 142 stellt den Kern 146 bereit, dessen Durchmesser 2p im Allgemeinen vergleichbar mit der Lochabmessung d und dem Lochabstand A ist. Durch Auswählen einer relativ großen Lochabmessung und damit eines relativ großen Lochabstands kann der entsprechende Kerndurchmesser relativ groß sein. Einzelmoden-Ausbreitung, d. h. Ausbreitung von nur einer einzigen optischen Mode unter Ausschluss eines Aufrechterhaltens der Ausbreitung von Moden höherer Ordnung, kann erreicht werden durch selektives Anpassen der Werte von d, A und/oder der Zahl der Schichten.The example cladding region 142 provides the core 146 whose diameter 2p is generally comparable to the hole dimension d and hole spacing A. By choosing a relatively large hole dimension, and hence a relatively large hole spacing, the corresponding core diameter can be relatively large. Single mode propagation, i. H. Propagation of only a single optical mode to the exclusion of sustaining the propagation of higher order modes can be achieved by selectively adjusting the values of d, A and/or the number of layers.

Die beispielhafte Faser, die in 3B gezeigt wird, und andere hier offenbarte hohle Fasern können zum Beispiel gebildet werden durch Stapeln von Glaskapillaren, um eine Vorform (preform) zu konstruieren. Eine oder mehr Kapillare im Zentrum können durch einen Glasstab / -drähte ersetzt werden, um den Kern zu bilden. In einigen Ausführungsformen wie unten beschrieben kann / können der / die den Kern bildende(n) Draht/Drähte mit Seltenerd-Ionen dotiert werden, um ein Gain-Medium zu liefern. Die Vorform (preform) kann dann in einem konventionellen Faserzugturm (fiber-drawing-tower) in Fasern mit ähnlichem Querschnitt gezogen werden. Andere Verfahren der Bildung von hohlen Fasern können auch angewandt werden.The example fiber used in 3B and other hollow fibers disclosed herein can be formed, for example, by stacking glass capillaries to construct a preform. One or more capillaries in the center can be replaced with a glass rod/wires to form the core. In some embodiments, as described below, the wire(s) forming the core may be doped with rare earth ions to provide a gain medium. The preform can then be drawn into similar cross-section fibers in a conventional fiber drawing tower. Other methods of forming hollow fibers can also be used.

In einer Ausführungsform hat das Design eines großen Kerns, welches hier offenbart ist, eine im Wesentlichen gleichförmigen Brechungsindexverteilung, besonders über den Kern, vorzugsweise über den Querschnitt der Faser (im Mantelbereich, Lückenbereiche zwischen den Löchern). Wenn der Kerndurchmesser im Bereich von ungefähr 40 bis 100 µm ist (so wie jene, die hier offenbart sind), wird diese Gleichförmigkeit zunehmend wichtig, um im Wesentlichen jeden lokalen Wellenleitereffekt innerhalb des Kerns der Faser auszuschalten.In one embodiment, the large core design disclosed herein has a substantially uniform refractive index distribution, particularly across the core, preferably across the cross-section of the fiber (in the cladding region, gap regions between holes). When the core diameter is in the range of about 40 to 100 µm (such as those disclosed herein), this uniformity becomes increasingly important to essentially eliminate any local waveguide effect within the core of the fiber.

4A-C zeigen nun verschiedene Ausführungsformen einer PCF, welche Mantelbereiche haben, die durch hexagonal angeordnete Löcher oder Mantelmerkmale gebildet werden. In den beispielhaften PCFs, die in den 4A-C gezeigt sind, sind die Kernabmessungen vergleichbar mit den Lochabständen und den Lochabmessungen. Demnach kann durch Auswählen von einer relativ großen Lochgröße und -abstand eine relativ große Kernabmessung erreicht werden. 4A-C now show various embodiments of a PCF having cladding regions formed by hexagonally arranged holes or cladding features. In the example PCFs provided in the 4A-C are shown, core dimensions are comparable to hole spacing and hole dimensions. Thus, by selecting a relatively large hole size and spacing, a relatively large core size can be achieved.

Eine Art, um einen solchen relativ großen Kern auszulegen, ist es, mit dem Bestimmen der gewünschten Abmessung des Kerns zu beginnen. Dann kann eine hexagonal dicht gepackte Anordnung von Löchern oder Mantelmerkmalen angeordnet werden, wobei der Lochdurchmesser d im Wesentlichen gleich dem Lochabstand A ist. Um ein Loch zu erzeugen, kann das zentrale Loch (und möglicherweise mehr Löcher um das zentrale Loch) entfernt werden. Der resultierende „Mantel“-Bereich umfasst einen oder mehrere Ringe oder Reihen von dicht gepackten Löchern, wobei benachbarte Löcher im wesentlichen nah oder sich berührend sind. Da solches dichtes Packen das Lecken von Moden höherer Ordnung reduzieren kann, können Leck-„Pfade“ bereitgestellt werden und Lecken vergrößert werden durch Verringern der Lochabmessung, Vergrößern des Lochabstands oder eine Kombination davon, so dass zum Beispiel die benachbarten Löcher sich nicht mehr berühren oder so nahe beieinander sind.One way to design such a relatively large core is to begin by determining the desired size of the core. A hexagonal close-packed array of holes or cladding features can then be arranged, where the hole diameter d is substantially equal to the hole spacing A. To create a hole, the center hole (and possibly more holes around the center hole) can be removed. The resulting "shell" region comprises one or more rings or rows of closely packed holes, with adjacent holes being substantially close or touching. Since such dense packing can reduce higher order mode leakage, leakage "paths" can be provided and leakage can be increased by reducing hole size, increasing hole spacing, or a combination thereof so that, for example, the adjacent holes no longer touch or are so close together.

4A zeigt eine PCF 160, welche einen Mantelbereich 162 hat, der durch eine Schicht oder Reihe (N=1) von Löchern 170 gebildet wird. Ein innerer Teil 164a des Mantelbereichs 162 definiert im Allgemeinen einen Kern 166, der einen Radius ρ hat, und ein äußerer Teil 164b des Mantelbereichs 162 hat einen äußeren Durchmesser R. In der PCF 160, die in 4A dargestellt ist, ist der Lochdurchmesser d kleiner als der Lochabstand A. In einer Ausführungsform einer N=1-PCF ist der Lochdurchmesser d ungefähr 75 µm und der Lochabstand A ist ungefähr 80 µm, was in einem Kerndurchmesser 2p (=2A-d) resultiert, der ungefähr 85 µm ist. 4A FIG. 12 shows a PCF 160 having a cladding region 162 formed by a layer or row (N=1) of holes 170. FIG. An inner portion 164a of cladding region 162 generally defines a core 166 having a radius ρ and an outer portion 164b of cladding region 162 has an outer diameter R. In the PCF 160 shown in FIG 4A As shown, the hole diameter d is smaller than the hole spacing A. In one embodiment of an N=1 PCF, the hole diameter d is about 75 µm and the hole spacing A is about 80 µm, resulting in a core diameter 2p (=2A-d). , which is about 85 µm.

4B zeigt eine PCF 180, welche einen Mantelbereich 182 hat, welcher durch zwei Schichten oder Reihen (N=2) von Löchern 170 gebildet wird. Ein innerer Bereich 184 des Mantelbereichs 182 definiert im Allgemeinen einen Kern 186, welcher einen Radius von ρ hat und ein äußerer Teil 184b des Mantelbereichs 182 hat einen äußeren Durchmesser R. In der PCF 180, welche in 4b dargestellt ist, ist der Lochdurchmesser d kleiner als der Lochabstand A. In einer Ausführungsform einer N=2-PCF ist der Lochdurchmesser d ungefähr 35 µm und der Lochabstand ungefähr 40 µm, woraus ein Kerndurchmesser 2p (=2A-d) resultiert, der ungefähr 45 µm ist. 4B FIG. 12 shows a PCF 180 having a cladding region 182 formed by two layers or rows (N=2) of holes 170. FIG. An inner portion 184 of cladding portion 182 generally defines a core 186 having a radius ρ and an outer portion 184b of cladding portion 182 has an outer diameter R. In PCF 180, shown in FIG 4b is shown, the hole diameter d is smaller than the hole spacing A. In one embodiment of an N=2-PCF, the hole diameter d is approximately 35 µm and the hole spacing is approximately 40 µm, resulting in a core diameter 2p (=2A-d) that is approximately is 45 µm.

4C zeigt eine PCF 200, welche einen Mantelbereich 202 hat, der durch drei Schichten (N=3) von Löchern 210 gebildet wird. Ein innerer Bereich 204a des Mantelbereichs 202 definiert im Allgemeinen einen Kern 206, welcher ein Radius ρ hat, und ein äußerer Teil 204b des Mantelbereichs 202 hat einen äußeren Durchmesser R. In der PCF 200, welche in 4C dargestellt ist, ist der Lochdurchmesser d kleiner als der Lochabstand A. In einer Ausführungsform einer N=3-PCF ist der Lochdurchmesser d ungefähr 15 µm und der Lochabstand A ist ungefähr 20 µm, was in einem Kerndurchmesser 2p (=2A-d) resultiert, der ungefähr 25 µm ist. 4C FIG. 12 shows a PCF 200 having a cladding region 202 formed by three layers (N=3) of holes 210. FIG. An inner portion 204a of cladding portion 202 generally defines a core 206 having a radius ρ and an outer portion 204b of cladding portion 202 has an outer diameter R. In the PCF 200 shown in FIG 4C As shown, the hole diameter d is smaller than the hole spacing A. In one embodiment of an N=3 PCF, the hole diameter d is about 15 µm and the hole spacing A is about 20 µm, resulting in a core diameter 2p (=2A-d). , which is about 25 µm.

Tabelle 1, wie unten gezeigt, fasst verschiedene Eigenschaften der oben mit Bezug auf 4A bis 4C beschriebenen PCFs zusammen im Vergleich mit verschiedenen konventionellen PCFs, die beschrieben werden in Philip Russell: „Photonic crystal fibers“, Science, Band 299, Seiten 358-62, 2003, Bouwmans et al.: „High-power Er: Yb fiber laser with very high numerical aperture pump-cladding waveguide“, Applied Physics Letters, Band 83, Seiten 817-18, 2003, Furusawa et al.: „Cladding pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding“, Optics Express, Band 9, Seiten 714-20, 2001, und Wadsworth et al.: „High power air clad photonic crystal fiber laser,“ Optics Express, Band 11, Seiten 48-53, 2003. In dieser Tabelle sind die „ausgebreiteten Moden“ entweder eine Einzelmode (SM) oder Multimode (MM), je nachdem ob nur Ausbreitung einer einzelnen optischen Mode unterstützt wird oder ob viele optische Moden durch die Faser ausgebreitet werden, N entspricht der Zahl der Ringe oder Reihen (Schichten), d ist der Lochdurchmesser, A ist der Lochabstand, 2p ist ein Maß des Kerndurchmessers, welches ungefähr gleich 2A-d ist in Fällen, bei denen der Kern einem einzigen entfernten zentralen Loch einer hexagonal dicht gepackten Anordnung entspricht, λ ist die Vakuumwellenlänge des Betriebs, Δn ist der modale Abstand (modal spacing) (sowohl gemessen als auch berechnet), NA ist die numerische Apertur (gemessen und berechnet), und V ist der normalisierte Frequenzparameter, der als (2ρ)(NA)π/λ. ausgedrückt werden kann. Referenz [1] entspricht Philip Russell: „Photonic crystal fibers“, Science, Band 299, Seiten 358-62, 2003; Referenz [2] entspricht Bouwmans et al.: „High-power Er: Yb fiber laser with very high numerical aperture pump-cladding waveguide“, Applied Physics Letters, Band 83, Seiten 817-18, 2003; Referenz [4] entspricht Furusawa et al.: „Cladding pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding“, Optics Express, Band 9, Seiten 714-20, 2001; und Referenz [5] entspricht Wadsworth et al.: „High power air clad photonic crystal fiber laser,“ Optics Express, Band 11, Seiten 48-53, 2003, wobei jede davon hierin durch Bezug in ihrer Gänze eingeschlossen ist.Table 1, as shown below, summarizes various properties of those referred to above 4A until 4C described PCFs together in comparison with various conventional PCFs described in Philip Russell: "Photonic crystal fibers", Science, Vol. 299, pages 358-62, 2003, Bouwmans et al.: "High-power Er: Yb fiber laser with very high numerical aperture pump-cladding waveguide”, Applied Physics Letters, Vol. 83, pp. 817-18, 2003, Furusawa et al.: “Cladding pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding”, Optics Express, Vol. 9 , pp. 714-20, 2001, and Wadsworth et al.: "High power air clad photonic crystal fiber laser," Optics Express, Vol. 11, pp. 48-53, 2003. In this table, the "propagated modes" are either a single mode (SM) or multimode (MM), depending on whether only a single optical mode propagation is supported or whether many optical modes are propagated through the fiber, N corresponds to the number of rings or rows (layers), d is the hole diameter, A is the hole spacing, 2p is a measure of the core diameter, which is approximately equal to 2A-d in cases where the core corresponds to a single distant central hole of a hexagonal close-packed array, λ is the operating vacuum wavelength, Δn is the modal spacing (both measured and calculated), NA is the numerical aperture (measured and calculated), and V is the normalized frequency parameter given as (2ρ)(NA)π/λ. can be expressed. Reference [1] corresponds to Philip Russell: "Photonic crystal fibers", Science, Vol. 299, pages 358-62, 2003; Reference [2] corresponds to Bouwmans et al.: "High-power Er: Yb fiber laser with very high numerical aperture pump-cladding waveguide", Applied Physics Letters, vol. 83, pp. 817-18, 2003; Reference [4] corresponds to Furusawa et al.: "Cladding pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding", Optics Express, Vol. 9, pp. 714-20, 2001; and reference [5] corresponds to Wadsworth et al.: "High power air clad photonic crystal fiber laser," Optics Express, Vol. 11, pages 48-53, 2003, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

In Tabelle 1 kann man sehen, dass die konventionellen Einzelmoden-PCFs einen relativ kleinen Wert von d/A haben, welcher zu einer relativ kleinen Kerngröße korrespondiert. Weiterhin enthält ihr Mantelbereich eine relativ große Zahl von Reihen oder Schichten von Löchern. Demnach ähnelt der Mantelbereich in diesen konventionellen PCFs, die eine einzelne optische Mode ausbreiten, im Allgemeinen dem Mantel (zum Beispiel einem Glas mit leicht niedrigerem Brechungsindex) einer traditionellem, nicht löchrigen Einzelmoden-Faser.In Table 1 one can see that the conventional single-mode PCFs have a relatively small value of d/A, which corresponds to a relatively small core size. Furthermore, their cladding region contains a relatively large number of rows or layers of holes. Thus, in these conventional PCFs that propagate a single optical mode, the cladding region generally resembles the cladding (e.g., a slightly lower refractive index glass) of a traditional non-holey single-mode fiber.

Tabelle 1 zeigt weiterhin Details von zwei beispielhaften PCFs mit großem Kern, die nur eine einzelne optische Mode ausbreiten, bezeichnet als „4B“ und „4A“ in der Bezugsspalte. Diese zwei PCFs beinhalten verschiedene Designs und Techniken, die hier beschrieben werden. Einige weiter unten beschriebene Techniken wurden gebraucht, um die numerische Simulation für diese beiden beispielhaften PCFs zu erhalten.Table 1 further shows details of two exemplary large-core PCFs that propagate only a single optical mode, denoted as " 4B " and " 4A ' in the reference column. These two PCFs involve different designs and techniques, which are described here. Some techniques described below were used to obtain the numerical simulation for these two example PCFs.

Die gemessene Indexdifferenz Δnmeas kann aus der gemessenen numerischen Apertur (NA) des Faser-Outputs erhalten werden. Die Präzision einer solchen Messung kann geringer als ideal sein. Da dieser Wert ein nützlicher Parameter für einen Vergleich ist, wurde für jeden Fall die Indexdifferenz aus den gegebenen d und A berechnet. Diese berechneten Werte können genauer sein als jene, die durch direkte Messung erhalten wurden.The measured index difference Δn meas can be obtained from the measured numerical aperture (NA) of the fiber output. The precision of such a measurement may be less than ideal. Since this value is a useful parameter for comparison, the index difference was calculated for each case from the given d and A. These calculated values can be more accurate than those obtained by direct measurement.

Das berechnete Ancal kann dadurch erhalten werden, dass zuerst der äquivalente Mantelindex berechnet wird, welcher der effektive Index der fundamentalen Mode von einer Struktur ist, welche die grundlegende Einheitszelle des Mantels hat, die sich unendlich in alle Richtungen erstreckt. Diese Berechnung wurde für jeden Fall mit einem Finite-Elemente-Modell mit ausreichender Auflösung durchgeführt. Der Wert von Ancal wird dann bestimmt durch Berechnen der Differenz des Glas-Brechungsindex und des äquivalenten Mantelindex.The calculated An cal can be obtained by first calculating the equivalent cladding index, which is the effective index of the fundamental mode of a structure having the basic cladding unit cell extending infinitely in all directions. For each case, this calculation was performed using a finite element model with sufficient resolution. The value of An cal is then determined by calculating the difference in the glass refractive index and the equivalent cladding index.

Wie oben gesagt, ist 2p ist das Maß eines äquivalenten Kerndurchmessers und wird als 2A-d genommen, wobei ein einzelnes Loch (zum Beispiel ein entfernter Draht) den Kern bildet. In Fällen, bei denen drei abwesende Drähte oder drei Löcher den Kern bilden, kann der Wert des Kerndurchmessers zum Beispiel erhalten werden, aus Mortensen et al.: „Improved large-mode-area endlessly single-mode photonic crystal fibers“, Optics Letters, Band 28, Seiten 393-395, 2003. Tabelle 1 Ref. Ausgebreitete Moden N d (µm) Λ (µm) d/Λ (µm) 2ρ (µm) λ (µm) Δnmeas (Δncal) NAmeas (NAcal) Vmeas (Vcal) [1] SM 5 2.7 9.7 0.3 16.7 1.06 0.0008 (0.00088) 0.048 (0.0505) 2.38 (2.50) [2] SM 4 2.65 8.8 0.3 15 1 0.0042 (0.001) 0.11 (0.054) 5.2 (2.58) [2] MM 4 5.7 10.4 0.55 15 1 N/A (0.0021) 0.056 (0.078) N/A (3.67) [4] SM 6 2 11.5 0.18 28 1.07 0.00086 (0.00042) 0.05 (0.035) 4.1 (2.87) [5] MM: 3-4 9 12 0.75 17 1.06 0.0017 (0.0051) 0.07 (0.12) 3.5 (6.13) 4C SM 3 15 20 0.75 25 - - - - 4B SM 2 35 40 0.87 5 45 1.55 N/A (0.0025) N/A (0.0854) N/A (7.8) 4A SM 1 75 80 0.93 8 85 1.55 N/A (0.001106) N/A (0.0566) N/A (9.75) As stated above, 2p is the measure of an equivalent core diameter and is taken as 2A-d with a single hole (e.g. a removed wire) forming the core. In cases where three absent wires or three holes form the core, the value of the core diameter can be obtained, for example, from Mortensen et al.: "Improved large-mode-area endlessly single-mode photonic crystal fibers", Optics Letters, Volume 28, pages 393-395, 2003. Table 1 ref Spread Fashions N d (µm) Λ (µm) d/Λ (µm) 2ρ (µm) λ (µm) Δn meas (Δn cal ) NA meas (NA cal ) V meas (V cal ) [1] SM 5 2.7 9.7 0.3 16.7 1.06 0.0008 (0.00088) 0.048 (0.0505) 2.38 (2.50) [2] SM 4 2.65 8.8 0.3 15 1 0.0042 (0.001) 0.11 (0.054) 5.2 (2.58) [2] mm 4 5.7 10.4 0.55 15 1 N/A (0.0021) 0.056 (0.078) N/A (3.67) [4] SM 6 2 11.5 0.18 28 1.07 0.00086 (0.00042) 0.05 (0.035) 4.1 (2.87) [5] MM: 3-4 9 12 0.75 17 1.06 0.0017 (0.0051) 0.07 (0.12) 3.5 (6.13) 4C SM 3 15 20 0.75 25 - - - - 4B SM 2 35 40 0.87 5 45 1.55 N/A (0.0025) N/A (0.0854) N/A (7.8) 4A SM 1 75 80 0.93 8 85 1.55 N/A (0.001106) N/A (0.0566) N/A (9.75)

Wie oben mit Bezug auf Tabelle 1 gesagt, ist der V-Parameter der normalisierte Frequenzparameter (auch als V-Zahl bezeichnet), der angenähert werden kann durch (2ρ)(NA)π/λ. Vmeas und Vcal korrespondieren zu gemessenen bzw. zu berechneten V-Werten. In einer traditionellen Faser entspricht V<2,405 dem Bereich einer Einzelmodenfaser. Wie in Tabelle 1 zu sehen, sind für alle PCFs in den ersten fünf Reihen, die nur Einzelmodenausbreitung unterstützen, die berechneten V-Zahlen kleiner als 2,405 (Vcal<2,405) oder sehr nahe daran. Im Vergleich dazu sind die berechneten V-Zahlen für N=2 (4B) und N=1 ( 4A), die auf den hier beschriebenen Designs und Techniken basieren und wobei Ausbreitung von nur einer einzelnen optischen Mode unterstützt wird, 7,8 bzw. 9,75. Solche großen V-Werte würden bei einer traditionellen, nicht hohlen optischen Faser zu einer Multimoden-Faser gehören wie auch zu einer Multimoden-Ausbreitung in konventionellen PCFs.As stated above with reference to Table 1, the V parameter is the normalized frequency parameter (also referred to as the V number), which can be approximated by (2ρ)(NA)π/λ. V meas and V cal correspond to measured and calculated V values, respectively. In a traditional fiber, V<2.405 corresponds to the range of a single mode fiber. As can be seen in Table 1, for all of the PCFs in the first five rows that only support single mode propagation, the calculated V numbers are less than 2.405 (V cal <2.405) or very close to it. In comparison, the calculated V numbers for N=2 ( 4B ) and N=1 ( 4A ) based on the designs and techniques described here and supporting propagation of only a single optical mode, 7.8 and 9.75, respectively. Such large V values would be associated with multimode fiber in traditional non-hollow optical fiber as well as multimode propagation in conventional PCFs.

In allen der Einzelmoden-PCFs in den ersten fünf Reihen von Tabelle 1 ist d/A<0,6, wogegen die N=2- und N1=1-Ausführungsformen der PCFs, die auf hier beschriebenen Designs und Techniken basieren, d/A>0,6 haben. Der relative Lochdurchmesser dieser hier beschriebenen PCFs ist demnach viel größer als jener von konventionellen PCFs. In einigen Ausführungsformen enthält die Faser ein großes A für einen große Kerndurchmesser und λ/Λ<0,3. Die Lochgröße d in einem solchen Bereich von Interesse kann außerdem sehr groß sein im Vergleich zur Wellenlänge λ und zu den Lücken (zum Beispiel Glasgrundsubstanz-Bereich) zwischen Löchern und Streumerkmalen.In all of the single-mode PCFs in the first five rows of Table 1, d/A<0.6, whereas the N=2 and N1=1 embodiments of the PCFs based on designs and techniques described herein have d/A have >0.6. The relative hole diameter of the PCFs described here is therefore much larger than that of conventional PCFs. In some embodiments, the fiber contains a capital A for a large core diameter and λ/Λ<0.3. The hole size d in such a region of interest can also be very large compared to the wavelength λ and the gaps (e.g. glass matrix region) between holes and scattering features.

In einem möglichen Betriebsbereich, wie oben beschrieben, kann Einzelmodenbetrieb erreicht werden (wobei nur eine einzelne optische Mode unterstützt wird und Moden höherer Ordnung unterdrückt werden). Hoher Leckverlust wird bereitgestellt für Moden höherer Ordnung, während der Leckverlust der fundamentalen Mode sehr niedrig gehalten wird. Eine PCF kann ausgelegt werden, um einen substantiellen Leistungsverlust für die Moden höherer Ordnung über die Gerätlänge zu erlauben, während ein akzeptabel niedriger Übertragungsverlust für die fundamentale Mode aufrechterhalten wird. Einige mögliche Arten, den Leckverlust durch Anpassen der Zahl der Schichten von Löchern (N) und der Locheigenschaften zu optimieren, werden unten detaillierter beschrieben.In one possible operating range, as described above, single-mode operation can be achieved (supporting only a single optical mode and suppressing higher-order modes). High leakage is provided for higher order modes while the fundamental mode leakage is kept very low. A PCF can be designed to allow substantial power loss for the higher order modes over the device length while maintaining an acceptably low transmission loss for the fundamental mode. Some possible ways to optimize the leakage by adjusting the number of layers of holes (N) and the hole properties are described in more detail below.

Für die Einzelmoden-PCF mit großem Kern, welche die hier beschriebenen Designs und Techniken verkörpern, ist ein bevorzugter Betriebsbereich d/Λ ≥ 0,35 mit N ≤ 3. Bevorzugter d/ Λ ≥ 0,4 oder d/ Λ ≥ 0,6. Noch bevorzugter d/ Λ ≥ 0,75. Die Kerngrößen können zwischen 20 bis 300 Mikrometern sein oder bevorzugter zwischen ungefähr 30 bis 150 Mikrometern. In einigen beispielhaften Ausführungsformen einer hohlen Faser oder PCF d/ Λ > 0,6, N < 4 und λ/ Λ < 0,3. In anderen Ausführungsformen einer hohlen Faser oder PCF z.B. d/ Λ > 0,75, N ≤ 2 und λ / Λ < 0,3. Der Bereich von verschiedenen Faserdesigns sollte jedoch nicht begrenzt auf diese Parameter sein, da eine große Variation möglich ist.For the large-core single-mode PCF embodying the designs and techniques described herein, a preferred operating range is d/Λ ≥ 0.35 with N ≤ 3. More preferred d/ Λ ≥ 0.4 or d/ Λ ≥ 0.6 . Even more preferably d/Λ ≥ 0.75. The core sizes can be between 20 to 300 microns, or more preferably between about 30 to 150 microns. In some exemplary embodiments of a hollow fiber or PCF d/Λ>0.6, N<4 and λ/Λ<0.3. In other embodiments of a hollow fiber or PCF e.g. d/ Λ > 0.75, N ≤ 2 and λ / Λ < 0.3. The range of different fiber designs should not be limited to these parameters, however, as wide variation is possible.

5 und 6 zeigen nun, wie für eine gegebene Zahl von Schichten oder Löchern Leckverlust geändert werden kann durch Anpassen der Lochgröße und des Lochabstandes. Während eine N=2-Anordnung zum Beschreiben von 5 und 6 genutzt wird, versteht es sich, dass das Konzept auch für andere Konfigurationen von N gültig ist. 5 and 6 now show how, for a given number of layers or holes, leakage can be changed by adjusting hole size and hole spacing. While an N=2 array for describing 5 and 6 is used, it goes without saying that the concept is also valid for other configurations of N.

5A-C zeigen drei beispielhafte PCFs 240, 250, 260, welche einen im Wesentlichen konstanten Lochabstand A haben. Wie in 5A gezeigt, umfasst ein erster beispielhafter Mantelbereich 244 zwei Schichten von Löchern 242, die einen ersten Durchmesser d1 aufweisen, die mit einem Lochabstand A angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem ersten Kern 246, welcher einen ersten Kerndurchmesser von 2ρ1 hat und eine erste Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ-d1. 5A-C show three exemplary PCFs 240, 250, 260, which have a substantially constant hole spacing A. As in 5A As shown, a first exemplary cladding region 244 includes two layers of holes 242 having a first diameter d 1 given a hole spacing A are arranged. Such a configuration results in a first core 246 having a first core diameter of 2ρ 1 and a first gap dimension (between two adjacent holes) of Λ-d 1 .

Wie in 5B gezeigt, umfasst ein zweiter beispielhafter Mantelbereich 254 zwei Schichten von Löchern 252 mit einem zweiten Durchmesser d2, die mit Lochabstand A angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem zweiten Kern 256, der einen zweiten Kerndurchmesser von 2ρ2 hat und eine zweite Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ-d2.As in 5B As shown, a second exemplary cladding region 254 includes two layers of holes 252 having a second diameter d 2 and spaced A apart. Such a configuration results in a second core 256 having a second core diameter of 2ρ 2 and a second gap dimension (between two adjacent holes) of Λ-d 2 .

Wie in 5C gezeigt, umfasst ein dritter beispielhafter Mantelbereich 264 zwei Schichten von Löchern 262 mit einem dritten Durchmesser d3, die mit einem Lochabstand A angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem dritten Kern 266, welcher einen dritten Kerndurchmesser 2ρ3 hat und eine dritte Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ-d3.As in 5C As shown, a third exemplary cladding region 264 includes two layers of holes 262 having a third diameter d 3 and spaced A apart. Such a configuration results in a third core 266 having a third core diameter 2ρ 3 and a third gap dimension (between two adjacent holes) of Λ-d 3 .

In den 5A-C kann man sehen, dass wenn der Lochdurchmesser abnimmt (d1 > d2 > d3), die Lücke zwischen den Löchern zunimmt (Λ-d1 < Λ-d2< Λ-d3), wodurch größere Leckverluste möglich sind. Man kann auch sehen, dass die Kerngröße zunimmt (ρ1 < ρ2< ρ3), wenn der Lochdurchmesser abnimmt. Demnach kann man eine gewünschte Lücke auswählen (und möglicherweise ihre korrespondierende Kerngröße) durch Auswählen einer Lochgröße bei einem gegebenen Lochabstand.In the 5A-C it can be seen that as the hole diameter decreases (d 1 > d 2 > d 3 ), the gap between the holes increases (Λ-d 1 < Λ-d 2 < Λ-d 3 ), allowing larger leakage losses. One can also see that the core size increases (ρ 1 < ρ 2 < ρ 3 ) as the hole diameter decreases. Thus, one can choose a desired gap (and possibly its corresponding core size) by choosing a hole size given a hole spacing.

6A-C zeigen nun drei beispielhafte PFCs 270, 280, 290, die eine im Wesentlichen konstante Lochabmessung d haben. Wie in 6A gezeigt, umfasst ein erster beispielhafter Mantelbereich 274 zwei Schichten von Löchern 272 mit Durchmesser d, welche mit einem ersten Lochabstand Λ1 angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem ersten Kern 276, der einen ersten Kerndurchmesser 2 ρ1 hat und eine erste Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ1-d. 6A-C 12 now show three example PFCs 270, 280, 290 that have a substantially constant hole dimension d. As in 6A As shown, a first exemplary cladding region 274 includes two layers of holes 272 of diameter d, spaced at a first hole spacing Λ 1 . Such a configuration results in a first core 276 having a first core diameter 2ρ 1 and a first gap dimension (between two adjacent holes) of Λ 1 -d.

Wie in 6B gezeigt, umfasst ein zweiter beispielhafter Mantelbereich 284 zwei Schichten von Löchern 282 mit Durchmesser d, die mit einem zweiten Lochabstand Λ2 angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem zweiten Kern 286, welcher einen zweiten Kerndurchmesser von 2ρ2 hat und eine zweite Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ2-d.As in 6B As shown, a second exemplary cladding region 284 includes two layers of holes 282 of diameter d spaced at a second hole spacing Λ 2 . Such a configuration results in a second core 286 having a second core diameter of 2ρ 2 and a second gap dimension (between two adjacent holes) of Λ 2 -d.

Wie in 6C gezeigt, umfasst ein dritter beispielhafter Mantelbereich 294 zwei Schichten von Löchern 292 mit Durchmesser d, welche mit einem dritten Lochabstand Λ3 angeordnet sind. Solch eine Konfiguration resultiert in einem dritten Kern 296, welcher einen dritten Kerndurchmesser 2ρ3 hat und eine dritte Lückenabmessung (zwischen zwei benachbarten Löchern) von Λ3-d.As in 6C As shown, a third exemplary cladding region 294 includes two layers of holes 292 of diameter d spaced at a third hole spacing Λ 3 . Such a configuration results in a third core 296 having a third core diameter 2ρ 3 and a third gap dimension (between two adjacent holes) of Λ 3 -d.

Aus den 6A-C kann man sehen, dass wenn der Lochabstand zunimmt (Λ1 < Λ2 < Λ3), die Lücke zwischen den Löchern ebenfalls zunimmt (Λ-d1 < Λ-d2< Λd3), wodurch größere Leckverluste erlaubt sind. Man kann auch sehen, dass die Kerngröße zunimmt (ρ1 < ρ2 < ρ3), wenn der Lochabstand zunimmt. Demnach kann man eine gewünschte Lücke (und möglicherweise ihre korrespondierende Kerngröße) auswählen durch Auswählen eines Lochabstands bei einer gegebenen Lochabmessung.From the 6A-C it can be seen that as hole spacing increases (Λ 1 < Λ 2 < Λ 3 ), the gap between holes also increases (Λ-d 1 < Λ-d 2 < Λd 3 ), allowing larger leakage losses. One can also see that the core size increases (ρ 1 < ρ 2 < ρ 3 ) as hole spacing increases. Thus, one can select a desired gap (and possibly its corresponding core size) by choosing a hole spacing given a hole dimension.

Die oben mit Bezug auf 5 und 6 beschriebenen Anpassungen der Leckverluste werden durch unabhängiges Anpassen von Lochgröße und Lochabstand durchgeführt. Man kann auch den Leckverlust anpassen durch Anpassen von Lochgröße und Lochabstand in einer Kombination, um eine gewünschte Leckverlust-Eigenschaft zu erreichen. Weiterhin können die Lochgröße und -abstand sich möglicherweise von Schicht zu Schicht ändern, um ein gewünschtes Resultat zu erreichen.The above with reference to 5 and 6 Leakage adjustments described above are made by independently adjusting hole size and hole spacing. One can also adjust leakage by adjusting hole size and hole spacing in combination to achieve a desired leakage property. Furthermore, hole size and spacing may vary from layer to layer to achieve a desired result.

7-9 zeigen nun verschiedene PCFs, die relativ große Kerne enthalten und geeignet sind für Einzelmodenausbreitung, bei der nur eine einzelne Mode ausgebreitet wird und Ausbreitung von Moden höherer Ordnung unterdrückt wird. 7 zeigt eine beispielhafte PCF 300, welche einen Mantelbereich 302 hat, der Einzelmodenausbreitung durch einen relativ großen Kern 304 erlaubt. Die PCF 300 umfasst weiterhin einen äußeren Mantel 306, der in einem äußeren Teil 312 der PCF 300 angeordnet ist. Der beispielhafte äußere Mantel 306 umfasst eine Vielzahl von Löchern 310, die in einer hexagonalen Gestalt angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist die hexagonale Gestalt des äußeren Mantels 306 im Wesentlichen konzentrisch mit der hexagonalen Gestalt des Mantelbereichs 302. 7-9 now show various PCFs containing relatively large cores and suitable for single mode propagation in which only a single mode is propagated and propagation of higher order modes is suppressed. 7 12 shows an exemplary PCF 300 having a cladding region 302 that allows single-mode propagation through a relatively large core 304. FIG. The PCF 300 further includes an outer jacket 306 disposed within an outer portion 312 of the PCF 300 . The exemplary outer shell 306 includes a plurality of holes 310 arranged in a hexagonal shape. In one embodiment, the hexagonal shape of outer shell 306 is substantially concentric with the hexagonal shape of shell region 302.

Solch eine „Doppelmantel“-Faser kann z.B. in Faserverstärkern, Lasern, Dauerstrich- und gepulsten Lichtquellen oder in anderen Geräten und Systemen, bei denen die Faser gepumpt wird, benutzt werden. Ein äußerer Mantel, der aus Löchern gebildet ist, kann eine Anzahl von vorteilhaften Merkmalen gegenüber konventionellen Doppelmantel-Fasern liefern. Ein möglicher Vorteil ist, dass eine Polymerschicht mit niedrigem Index der konventionellen Doppelmantel-Faser eliminiert werden kann. Polymerschichten mit niedrigem Index können relativ leicht durch Hitze und hohe optische Leistung beschädigt werden, wodurch sie potentiell Zuverlässigkeits- und Stabilitätsprobleme für Hochleistungsanwendungen darstellen. Ein anderer möglicher Vorteil ist, dass im Vergleich zu konventionellen Doppelmantel-Fasern eine relativ hohe numerische Apertur erreicht werden kann. Dieses Merkmal erlaubt einen kleineren Pump-Wellenleiter und folglich verbesserten Überlapp von Pump- und Laserlicht, was möglicherweise zu einer kürzeren Gerätelänge führt. Ein kürzeres Gerät reduziert zusätzlich dazu, dass es kompakter und ökonomischer ist, auch nichtlineare Effekte, die die Spitzenleistung von Lasern und Verstärkern begrenzen.Such a "double clad" fiber can be used, for example, in fiber amplifiers, lasers, continuous wave and pulsed light sources, or in other devices and systems where the fiber is pumped. An outer cladding formed of holes can provide a number of advantageous features over conventional double-clad fibers. A possible advantage is that a polymer layer with low index of the conventional double-clad fiber can be eliminated. Low-index polymer layers are relatively easily damaged by heat and high optical power, potentially posing reliability and stability issues for high-performance applications. Another possible advantage is that a relatively high numerical aperture can be achieved compared to conventional double-clad fibers. This feature allows for a smaller pump waveguide and consequently improved overlap of pump and laser light, potentially resulting in shorter device length. A shorter device, in addition to being more compact and economical, also reduces non-linear effects that limit the peak power of lasers and amplifiers.

8 zeigt eine andere PCF 320, welche einen Mantelbereich 22 hat, der Einzelmodenausbreitung durch einen relativ großen Kernbereich erlaubt. Die PCF 320 enthält weiterhin einen dotierten Kern 324, welcher im Kernbereich angeordnet ist. Solch eine PCF mit dotiertem Kern kann einen äußeren Mantel einschließen, welcher durch eine Vielzahl von Löchern gebildet wird, welche in einem äußeren Bereich 326 um den Mantelbereich 322 angeordnet sind. In einer Ausführungsform umfasst der dotierte Kern 324 einen Seltenerd-dotierten Kern, der es der PCF 320 erlaubt, als Gain-Medium gebraucht zu werden wie zum Beispiel in einem Faser-Laser oder einem Faser-Verstärker. 8th FIG. 12 shows another PCF 320 having a cladding region 22 that allows single-mode propagation through a relatively large core region. The PCF 320 further includes a doped core 324 located in the core region. Such a doped core PCF may include an outer cladding formed by a plurality of holes disposed in an outer region 326 around the cladding region 322 . In one embodiment, the doped core 324 comprises a rare earth-doped core that allows the PCF 320 to be used as a gain medium, such as in a fiber laser or a fiber amplifier.

9A-D zeigen verschiedene PCFs, welche Mantelbereiche haben, die Einzelmodenausbreitung durch relativ große Kernflächen erlauben. Die Mantelbereiche schließen Asymmetrien ein, die Polarisationserhaltung von optischen Signalen bestehend aus einer polarisierten Einzelmode erleichtern, welche sich durch die entsprechenden Kerne ausbreiten. 9A-D show various PCFs that have cladding regions that allow single-mode propagation through relatively large core areas. The cladding regions include asymmetries that facilitate polarization maintenance of single polarized mode optical signals propagating through the respective cores.

9A zeigt eine beispielhafte PCF 330, die einen Mantelbereich 332 hat, der Einzelmodenausbreitung durch eine relativ große Kernfläche erlaubt. In der exemplarischen PCF 330 ist die Kernfläche besetzt mit einem dotierten Kern 340, um ein Gain-Medium bereitzustellen. Der Mantelbereich 322 umfasst eine Vielzahl von ersten Löchern 334, die eine oder mehr Schichten bilden. Der Mantelbereich 332 schließt eine Asymmetrie ein, welche durch zweite Löcher 336 eingeführt wird, die verschieden von den ersten Löcher 334 sind. In einer Ausführungsform sind die zweiten Löcher 336 kleiner als die ersten Löcher 334 und sind auf gegenüberliegenden Seiten der Kernfläche angeordnet, wodurch sie einer Vorzugsrichtung des elektrischen Feldes des optischen Signals erlauben. 9A FIG. 3 shows an example PCF 330 having a cladding region 332 that allows single-mode propagation through a relatively large core area. In the exemplary PCF 330, the core area is populated with a doped core 340 to provide a gain medium. The cladding region 322 includes a plurality of first holes 334 forming one or more layers. The cladding region 332 includes an asymmetry introduced through second holes 336 that are distinct from the first holes 334 . In one embodiment, the second holes 336 are smaller than the first holes 334 and are located on opposite sides of the core surface, thereby allowing a preferential direction of the electric field of the optical signal.

9B zeigt eine beispielhafte PCF 350, welche einen Mantelbereich 332 hat (ähnlich zu 9A), der Einzelmodenausbreitung durch einen relativ großen Kern 360 erlaubt. Der Mantelbereich 332 und die Asymmetrie darin erlaubten polarisationserhaltende Einzelmodenausbreitung durch den Kern 360. 9B 12 shows an exemplary PCF 350 having a cladding region 332 (similar to FIG 9A ), allowing single-mode propagation through a relatively large core 360. The cladding region 332 and the asymmetry therein allowed polarization-preserving single-mode propagation through the core 360.

9C zeigt eine beispielhafte PCF 370, welche einen Mantelbereich 372 hat, der Einzelmodenausbreitung durch eine relativ große Kernfläche erlaubt. Ähnlich zu der PCF 330 aus 9A, hat die beispielhafte PCF 370 einen dotierten Kern 380, um eine Gain-Medium bereitzustellen. Eine Asymmetrie des Mantelbereichs 372 wird erreicht durch kleinere Löcher 376 (kleiner als die Löcher 374), welche um den Kern 380 angeordnet sind, wodurch sie eine Vorzugsrichtung des elektrischen Feld des optischen Signals erlauben. 9C FIG. 3 shows an exemplary PCF 370 having a cladding region 372 that allows single-mode propagation through a relatively large core area. Similar to the PCF 330 out 9A , the exemplary PCF 370 has a doped core 380 to provide a gain medium. Asymmetry of the cladding region 372 is achieved by smaller holes 376 (smaller than holes 374) arranged around the core 380, thereby allowing a preferential direction of the electric field of the optical signal.

9D zeigt eine beispielhafte PCF 390, welche einen Mantelbereich 372 hat (ähnlich zu 9C), der Einzelmodenausbreitung durch einen relativ großen Kern 400 erlaubt. Der Mantelbereich 372 und die Asymmetrie darin erlauben polarisationserhaltende Einzelmodenausbreitung durch den Kern 400. 9D 12 shows an exemplary PCF 390 having a cladding region 372 (similar to FIG 9C ), allowing single-mode propagation through a relatively large core 400. The cladding region 372 and the asymmetry therein allow polarization-preserving single-mode propagation through the core 400.

Wie in 9E und 9F gezeigt, kann die Position der ersten größeren Menge von Löchern 334 und die Position der zweiten kleineren Menge von Löchern 336 ausgewählt werden, so dass die Entfernung (s1) der größeren Löcher 334 ungefähr gleich der Entfernung (s2) der kleineren Löcher 336 ist (s1≈ s2). (Diese Entfernungen s1, s2 und allgemein die Position der Löcher 334, 336 können zum Beispiel vom Zentrum der Löcher 334, 336 gemessen werden.) Diese Konfiguration liefert eine kreisförmigere fundamentale Mode, was in vielen Anwendungen wünschenswert ist. In verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen befinden sich die Positionen dieser Löcher 334, 336 an Gitterpunkten, welche einem Gitter (zum Beispiel einem im Allgemeinen hexagonalen Gitter) entsprechen, welches wie oben beschrieben einen durchschnittlichen Abstand A hat. Alternativ können die kleinen Löcher 336 näher sein (siehe die gestrichelten Löcher in 9E), oder die großen Löcher 334 (siehe das gestrichelte Loch in 9F) können weiter entfernt sein. 9E zeigt die kleinen Löcher 336 verschoben mit Bezug auf die Gitterpositionen und insbesondere zum Zentrum der Faser hin. Im Gegensatz dazu zeigt 9F die großen Löcher 334 verschoben mit Bezug auf die Gitterpositionen und insbesondere weg vom Zentrum der Faser. Andere Konfigurationen sind auch möglich.As in 9E and 9F As shown, the location of the first larger set of holes 334 and the location of the second smaller set of holes 336 can be selected such that the distance (s 1 ) of the larger holes 334 is approximately equal to the distance (s 2 ) of the smaller holes 336 ( s1s2 ). (These distances s 1 , s 2 and generally the position of the holes 334, 336 can be measured, for example, from the center of the holes 334, 336.) This configuration provides a more circular fundamental mode, which is desirable in many applications. In various preferred embodiments, the positions of these holes 334, 336 are at lattice points corresponding to a lattice (e.g., a generally hexagonal lattice) having an average spacing A, as described above. Alternatively, the small holes 336 may be closer (see the dashed holes in Fig 9E ), or the large holes 334 (see the dashed hole in 9F ) may be further away. 9E Figure 12 shows the pinholes 336 shifted with respect to the grating positions and particularly towards the center of the fiber. In contrast, shows 9F the large holes 334 shifted with respect to the grating positions and in particular away from the center of the fiber. Other configurations are also possible.

Die verschiedenen PCFs, die oben mit Bezug auf 2-9 beschrieben worden sind, haben Kerne, die Flächen besetzen, wo ansonsten sich die entsprechenden zentralen Löcher befinden würden. Es versteht sich, dass ein relativ großer Kern auch Fläche(n) in anderen Bereichen einschließen kann. Zum Beispiel können zwei benachbarte Löcher der ersten Schicht entfernt werden, um einen dreieckig geformten Kern zu ergeben, der leicht exzentrisch bezüglich des geometrischen Zentrums des hexagonal geformten Mantelbereichs ist. In einem anderen Beispiel kann die gesamte erste Schicht entfernt werden, um einen größeren Kern zu liefern, dessen Abmessung ähnlich zum äußeren Rand der ersten Schicht ist.The various PCFs referred to above 2-9 have cores that occupy areas where the corresponding central holes would otherwise be located. It is understood that a relatively large core can also include surface(s) in other areas. For example, two adjacent holes of the first layer can be removed to yield a triangular shaped core that is slightly eccentric to the geometric center of the hexagonally shaped cladding region. In another example, the entire first layer can be removed to provide a larger core that is similar in dimension to the outer edge of the first layer.

Ob solche vergrößerten Kerne Einzelmodenausbreitung unterstützen können, hängt vom Ausmaß des Leckverlustes der nicht fundamentalen (höherer Ordnung) Moden bezüglich des Verlusts der fundamentalen Moden für eine gegebene Länge der PCF ab. Verschiedene oben beschriebene Eigenschaften des hohlen Mantels (wie Lochgröße, Lochabstand, Zahl der Schichten, Lochzusammensetzung etc.) können angepasst werden, um Einzelmodenausbreitung durch den vergrößerten Kern zu erreichen. Alternativ können verschiedene Eigenschaften des hohlen Mantels ausgewählt werden, um Ausbreitung einiger ausgewählten Moden eines optischen Signals zu erlauben.Whether such enlarged cores can support single-mode propagation depends on the extent of leakage of the non-fundamental (higher order) modes relative to the loss of the fundamental modes for a given length of the PCF. Various properties of the hollow cladding described above (such as hole size, hole spacing, number of layers, hole composition, etc.) can be adjusted to achieve single mode propagation through the enlarged core. Alternatively, different properties of the hollow cladding can be selected to allow propagation of some selected modes of an optical signal.

Wie hier benutzt, bezieht sich „optisches Signal“ allgemein auf ausgebreitete optische Energie oder Leistung und ist nicht begrenzt auf einen optischen Träger für Stimme, Daten oder Information. Zum Beispiel kann das optische Signal zu dem Licht, welches sich durch einen optischen Faserverstärker ausbreitet, oder dem Output eines faseroptischen Lasers oder einer anderen Lichtquelle korrespondieren.As used herein, "optical signal" refers generally to propagated optical energy or power and is not limited to an optical carrier of voice, data, or information. For example, the optical signal may correspond to light propagating through an optical fiber amplifier or the output of a fiber optic laser or other light source.

Die beanspruchte Erfindung bezieht sich auf das Ausbreiten eines Einzelmodensignals durch eine Faser, die viele Moden unterstützt. Da die „Moden-Auswahl“ in hohlen Fasern von den relativen Leckverlusten der verschiedenen Moden abhängt, kann die hohle Faser so konfiguriert werden, dass sie die Ausbreitung von verschiedenen nicht-fundamentalen Moden erlaubt, wenn der Mantelbereich so konfiguriert ist, um diese Moden höherer Ordnung „einzuschließen“ (d.h. nicht einen wesentlichen Verlust durch Lecken zu erlauben). Solch eine hohle Faser zum Ausbreiten von vielen Moden (z.B. ungefähr 20 Moden oder mehr) oder „wenigen“ Moden können zum Beispiel gemacht werden durch Entfernen von einer oder mehr inneren Schichten, wie in 10A und B gezeigt.The claimed invention relates to the propagation of a single-mode signal through a multi-mode supporting fiber. Since "mode selection" in hollow fiber depends on the relative leakage losses of the different modes, the hollow fiber can be configured to allow the propagation of different non-fundamental modes if the cladding region is configured to accommodate those modes higher To "trap" order (ie not to allow substantial loss through leakage). Such a hollow fiber for propagating many modes (e.g. about 20 modes or more) or "few" modes can be made, for example, by removing one or more inner layers, as in 10A and B shown.

In 10A umfasst eine erfindungsgemäße PCF 410 einen Mantelbereich 412, der durch eine hexagonale Anordnung von Löchern 414 gebildet wird. In 10A a PCF 410 according to the invention comprises a cladding region 412 which is formed by a hexagonal arrangement of holes 414 .

Erfindungsgemäß wird ein Kern 420 in einer Fläche gebildet, wo sich ansonsten in der Anordnung das zentrale Loch und die erste Schicht von Löchern (nicht gezeigt) befinden würden. Die PCF 410 kann weiterhin einen äußeren Mantel einschließen, welcher in einem äußeren Bereich 416 angeordnet ist.In accordance with the invention, a core 420 is formed in an area where the center hole and first layer of holes (not shown) would otherwise be in the array. The PCF 410 may further include an outer jacket disposed in an outer region 416 .

In 10B umfasst eine beispielhafte PCF 430 eine Mantelbereich 432, welcher durch eine hexagonale Anordnung von Löchern 434 gebildet wird. In einer Ausführungsform wird ein Kern 440 durch zusätzliches Entfernen einer zweiten Schicht von Löchern gebildet. Die beispielhafte PCF 430 kann weiter einen äußeren Mantel enthalten, der in einem äußeren Bereich 416 angeordnet ist. Demnach kann man sehen, dass der resultierende Kern 440 (und der Kern 420 aus 10A) relativ groß sein kann, um Handhabung von optischen Signalen mit hoher Leistung zu erlauben, ohne dass übermäßige Intensitätsniveaus erreicht werden, die optische nicht-lineare Effekte verursachen, welche den Betrieb beeinträchtigen könnten.In 10B An example PCF 430 includes a cladding region 432 formed by a hexagonal array of holes 434 . In one embodiment, a core 440 is formed by additionally removing a second layer of holes. The example PCF 430 may further include an outer jacket disposed in an outer region 416 . Thus, one can see that the resulting core 440 (and the core 420 from 10A ) can be relatively large to allow handling of high power optical signals without reaching excessive intensity levels causing optical non-linear effects that could impair operation.

10C und 10D zeigen nun, wie ein Einzelmodensignal über eine gegebene Länge einer PCF ausgebreitet werden kann, die wenige optische Moden unterstützt. In 10C umfasst eine Ausführungsform einer PCF 450, welche „wenige“ Moden unterstützt, zwei (beispielhafte) Schichten 454A, 454B von Löchern, welche einen Mantelbereich 452 um einen relativ großen Kern 460 bilden. Obwohl ein äußerer Mantel 456 in 10C gezeigt wird, kann ein solches Merkmal in einigen Ausführungsformen nicht gewünscht sein. 10C and 10D now show how a single-mode signal can be propagated over a given length of a PCF that supports few optical modes. In 10C For example, one embodiment of a PCF 450 that supports "few" modes includes two (exemplary) layers 454A, 454B of holes forming a cladding region 452 around a relatively large core 460. FIG. Although an outer mantle 456 in 10C is shown, such a feature may not be desired in some embodiments.

Wie in 10C gezeigt, wird ein Einzelmoden-Signal 464 ohne Moden höherer Ordnung von einer Signalquelle 462 in den Kern 460 der PCF 450 eingeführt. Das Einzelmodensignal 464 wird gezeigt, dass es im Wesentlichen die Länge L der PCF 450 überlebt, um als ein Einzelmodensignal 466 aufzutauchen. Das Überleben des Einzelmodensignals kann durch ein relativ großen modalen Abstand (model spacing) der PCF erleichtert werden. PCFs, welche viele optische Moden unterstützen, können entworfen werden, um einen großen modalen Abstand zwischen der fundamentalen Mode und der nächst höheren Mode zu haben, größer als ungefähr 0,001, während sie gleichzeitig einen großen Kern (mit einem Durchmesser von potenziell Hunderten Mikrometern) haben. Der große modale Abstand (model spacing) reduziert Kopplung zwischen den Moden. Demnach wird von einem Signal einer fundamentalen Mode (464 in 10C), welches in die PCF eingeführt wird, welche die Ausbreitung von vielen Moden unterstützt, erwartet, dass es über eine gegebene Länge der PCF robust in dieser einzelnen Mode geführt wird.As in 10C As shown, a single-mode signal 464 with no higher-order modes is introduced from a signal source 462 into the core 460 of the PCF 450 . The single mode signal 464 is shown to survive substantially the length L of the PCF 450 to emerge as a single mode signal 466 . Single-mode signal survival can be facilitated by relatively large PCF model spacing. PCFs supporting many optical modes can be designed to have a large modal spacing between the fundamental mode and the next higher mode, greater than about 0.001, while at the same time having a large core (potentially hundreds of microns in diameter). . The large modal spacing (model spacing) reduces coupling between the fashions. Accordingly, from a signal of a fundamental mode (464 in 10C ) introduced into the PCF, which supports propagation of many modes, expects to be robustly guided in that single mode over a given length of the PCF.

Eine Vielzahl von Techniken kann angewendet werden, um eine Einzelmode in die Faser einzuführen, welche viele optische Moden unterstützt. Zum Beispiel kann ein optischer Koppler mit Bezug auf den Kernbereich angeordnet werden, um Licht in den Kernbereich einzukoppeln. Der optische Koppler kann so konfiguriert werden, um Licht auszugeben, welches eine optische Verteilung hat, die im Wesentlichen dem Modenprofil der fundamentalen Mode entspricht. Mehr des Lichts ist dadurch im Wesentlichen in die Signalmode gekoppelt als in die Moden höherer Ordnung. Der optische Koppler kann zum Beispiel eine Linse oder andere Optik aufweisen, welche geeignete Charakteristiken hat (zum Beispiel optische Leistung, numerische Apertur etc) und die so bezüglich des Kernbereichs angeordnet ist, um Licht zu einer Größe herunter zu fokussieren, welche der Größe des Modenprofils der fundamentalen Mode entspricht. Alternativ kann der optische Koppler einen Wellenleiter (waveguide) umfassen, der Licht ausgibt, welches eine Verteilung hat, die dem Modenprofil der fundamentalen Mode entspricht. Andere Techniken können auch verwendet werden.A variety of techniques can be used to introduce a single mode into fiber that supports multiple optical modes. For example, an optical coupler can be placed with respect to the core region to couple light into the core region. The optical coupler can be configured to output light having an optical distribution that substantially matches the modal profile of the fundamental mode. More of the light is thereby essentially coupled into the signal mode than into the higher order modes. The optical coupler may, for example, comprise a lens or other optics having appropriate characteristics (e.g. optical power, numerical aperture, etc.) positioned with respect to the core region to focus light down to an extent equal to the size of the mode profile corresponds to the fundamental mode. Alternatively, the optical coupler may include a waveguide that outputs light having a distribution that conforms to the mode profile of the fundamental mode. Other techniques can also be used.

10D zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 470 zum Ausbreiten eines optischen Signals, welches ein Multimodensignal 472 mit hoher Leistung mit zum Beispiel 20 oder mehr optischen Moden auf ein Einzelmodensignal 486 reduziert. Ein oder mehr Segmente einer PCF werden verwendet, welche „wenige“ optische Moden unterstützt, wie oben mit Bezug auf 10A-C beschrieben. Das beispielhafte Signal 472, welches viele Moden hat, wird gezeigt, wie es in eine erste PCF 474 eingeführt wird, welche eine erste Länge L1 hat, welche wenige optische Moden unterstützt. Nach dem Durchlaufen der ersten Länge L1 wird das Multimodensignal 472 auf ein Wenigmodensignal 476 reduziert, da andere Moden als die wenigen Moden durch Lecken verloren werden. Das „Wenig“moden-Signal 476 wird dann gezeigt, wie es durch einen Filter 480 läuft, der nicht fundamentale Moden aus den Wenigmoden-Signal 476 herausfiltert. Der Filter 480 kann so konfiguriert werden, dass er im Wesentlichen die Leistung in den Mode(n) höherer Ordnung eliminiert, während er das Durchlaufen der fundamentalen Mode erlaubt. Solches Modenfiltern kann implementiert werden durch Geräte und/oder Techniken, wie Verjüngungen (tapers), Biegungen, Gitter (grating) wie Gitter mit langer Periode, um Moden höherer Ordnung in leckende Moden zu koppeln und Gain/Loss-Profilierung. Modenfilter werden im US Patent 5 818 630 beschrieben, erteilt an Fermann et al am 06. Oktober 1998 und betitelt „Single-mode Amplifier and Compressors Based on Multi-mode Fibers“ (Attorney Docket IM-59), welches hier durch Bezug eingeschlossen ist. 10D FIG. 4 shows a block diagram of a system 470 for propagating an optical signal that reduces a high power multimode signal 472 having, for example, 20 or more optical modes to a single mode signal 486. FIG. One or more segments of a PCF are used that support "few" optical modes, as referred to above 10A-C described. The exemplary signal 472, which has many modes, is shown entering a first PCF 474, which has a first length L 1 , which supports few optical modes. After traversing the first length L 1 , the multimode signal 472 is reduced to a sparse mode signal 476 as modes other than the sparse modes are lost through leakage. The "low" mode signal 476 is then shown passing through a filter 480 that filters out non-fundamental modes from the low mode signal 476 . The filter 480 can be configured to substantially eliminate power in the higher order mode(s) while allowing the fundamental mode to pass. Such mode filtering can be implemented by devices and/or techniques such as tapers, bends, gratings such as long period gratings to couple higher order modes into leaky modes, and gain/loss profiling. Mode filters are described in US patent 5 818 630 issued to Fermann et al on October 6, 1998 and entitled "Single-mode Amplifier and Compressors Based on Multi-mode Fibers" (Attorney Docket IM-59), which is incorporated herein by reference.

Wie weiter in 10D gezeigt wird, taucht ein Einzelmodensignal 482 aus dem Filter 480 auf. Das Einzelmodensignal 482 kann dann durch eine zweite PCF 484 (Länge L2) geleitet werden, die Wenigmoden-Ausbreitung unterstützt, um im Output-Einzelmodensignal 486 zu resultieren.How further in 10D As shown, a single mode signal 482 emerges from the filter 480. FIG. The single-mode signal 482 can then be passed through a second PCF 484 (length L 2 ) that supports few-mode propagation to result in the output single-mode signal 486 .

Ein anderer Aspekt der gegenwärtigen Lehre bezieht sich auf eine PCF, welche eine Vielzahl von Löchern hat, die in einer Anordnung oder Gitter, welches die Bragg-Bedingung für eine gegebene Signalwellenlänge erfüllt, angeordnet sind. In Einklang mit der oben vorgestellten Beschreibung wird eine solche PCF als eine PBF (photonische Bandlückenfaser) bezeichnet. 11 zeigt eine beispielhafte PBF 490, die eine Anordnung 492 von Löchern 494 hat, die auf einem Fasermaterial 476 angeordnet sind. Die Anordnung 492 definiert eine Kernfläche 500, durch welche sich das Signal ausbreitet.Another aspect of the present teaching relates to a PCF having a plurality of holes arranged in an array or grating that satisfies the Bragg condition for a given signal wavelength. In accordance with the description presented above, such a PCF is referred to as a PBF (photonic bandgap fiber). 11 FIG. 4 shows an exemplary PBF 490 having an array 492 of holes 494 disposed on a fibrous material 476. FIG. The array 492 defines a core area 500 through which the signal propagates.

Da eine PBF auf Bragg-Reflexion oder Streuung statt auf einer durchschnittlichen Brechungsindex-Differenz beruht, kann der Kern einen niedrigen Brechungsindex haben. Folglich kann der Kern evakuiert werden oder mit Luft oder anderen Gasen oder einem Medium gefüllt werden, die sehr kleine nichtlineare Effekte haben. Solch ein vorteilhaftes Merkmal kann zu einer signifikanten Verringerung eines nichtlinearen Effekts führen, und folglich kann sich sehr hohe optische Leistung in diesen PBFs ausbreiten, ohne an einer nichtlinearen Störung zu leiden.Because a PBF relies on Bragg reflection or scattering rather than an average refractive index difference, the core can have a low refractive index. Consequently, the core can be evacuated or filled with air or other gases or media that have very small non-linear effects. Such an advantageous feature can lead to a significant reduction in nonlinear effect, and consequently very high optical power can be propagated in these PBFs without suffering from nonlinear distortion.

In einem Beispiel umfasst der Kern 500 weiterhin einen dotierten ringförmigen oder kranzförmigen Bereich 502, der um das Zentrum des Kerns angeordnet ist. Da 11 eine Querschnittsansicht der Faser ist, kann der dotierte Bereich 502 einen dotierten Teil haben, welcher die Gestalt eines hohlen, regelmäßigen und kreisförmigen Zylinders hat. Demnach kann ein offener innerer Bereich 504 des dotierten Rings 502 mit Luft oder anderen Gasen gefüllt werden, um den nichtlinearen Effekt der PBF zu verringern. Verschiedene andere Konfigurationen sind möglich. Zum Beispiel kann der dotierte Bereich geradlinig sein und einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, wenn er aus dem Blickwinkel, der in 11 präsentiert wird, betrachtet wird. Alternativ kann die Querschnittsansicht des dotierten Bereichs dreieckig, pentagonal, hexagonal, oktogonal sein oder irgendeine große Vielfalt von regulären oder irregulären Formen haben. Dieser Bereich muss auch nicht zusammenhängend sein und kann Lappen oder segmentierte Teile umfassen. Zum Beispiel kann der dotierte Bereich zwei oder mehr Teile umfassen, welche sich bzgl. des hohlen Kerns gegenüberliegend befinden. Noch andere Variationen sind möglich. In verschiedenen Ausführungsformen jedoch kann der dotierte Bereich 502 im PBF-Kern Gain für Laser und Verstärker liefern, und solche Laser und Verstärker können sehr hohe Outputs haben.In one example, the core 500 further includes a doped annular or annular region 502 disposed about the center of the core. There 11 Figure 12 is a cross-sectional view of the fiber, doped region 502 may have a doped portion that is in the shape of a hollow, regular, and circular cylinder. Accordingly, an open interior region 504 of the doped ring 502 can be filled with air or other gases to reduce the non-linear effect of the PBF. Various other configurations are possible. For example, the doped region may be linear and have a square or rectangular cross-section when viewed from the angle described in 11 is presented, is viewed. Alternatively, the cross-sectional view of the doped region may be triangular, pentagonal, hexagonal, octagonal, or any of a wide variety of regular or irregular shapes. This area also need not be contiguous and may include lobes or segmented portions. For example, the doped region may comprise two or more parts that are opposite each other with respect to the hollow core. Still other variations are possible. However, in various embodiments, the doped region 502 in the PBF core can provide gain for lasers and amplifiers, and such lasers and amplifiers can have very high outputs.

12-14 zeigen verschiedene Eigenschaften von hohlen Fasern und Resultaten von Computersimulationen, die die fundamentale Mode und die Mode erster Ordnung charakterisieren. 12 zeigt ein Verlustprofil 510 für die fundamentale Mode und die Mode erster Ordnung einer PCF als eine Funktion der Zahl der Schichten von Löchern. Bei dieser Simulation waren die Lochabmessung und der Lochabstand d=35 µm bzw. L=40 µm (demnach hatte sie einen Kerndurchmesser von ca. 45 µm). Der N=2-Datenpunkt entspricht der Konfiguration des Mantelbereichs, welche oben mit Bezug auf 4B beschrieben wird, und der N=1-Datenpunkt gehört zu dem Mantelbereich, bei dem die zweite Schicht entfernt ist. 12-14 show various properties of hollow fibers and computer simulation results characterizing the fundamental and first-order modes. 12 Figure 5 shows a loss profile 510 for the fundamental and first order modes of a PCF as a function of the number of layers of holes. In this simulation, the hole dimension and the hole spacing were d=35 µm and L=40 µm (accordingly, it had a core diameter of approx. 45 µm). The N=2 data point corresponds to the cladding region configuration discussed above with reference to FIG 4B and the N=1 data point belongs to the cladding region with the second layer removed.

Man kann sehen, dass der Leckverlust stark von der Zahl der Schichten abhängt. Wie erwartet resultiert eine Verringerung von N (N=2 zu N=1) in einer Erhöhung des Leistungsverlusts für beide Moden. Für die fundamentale Mode verursacht die Verringerung in N (2 zu 1) einen Leckanstieg um mehr als drei Größenordnungen. Für die Mode erster Ordnung verursacht dieselbe Verringerung in N einen Leckanstieg um ungefähr zwei Größenordnungen.It can be seen that the leakage strongly depends on the number of layers. As expected, decreasing N (N=2 to N=1) results in an increase in power dissipation for both modes. For the fundamental mode, the reduction in N (2 to 1) causes a leakage increase of more than three orders of magnitude. For the first order mode, the same reduction in N causes about a two orders of magnitude increase in leakage.

Aufgrund einer solch starken Abhängigkeit von N ist es eine Vorgehensweise des Entwerfens einer PCF für eine bestimmte Anwendung, dass man zuerst den Leckverlust durch Auswahl einer Zahl von Schichten oder Reihen N grob einstellt. Sobald der Leckverlust im gewünschten allgemeinen oder ausgedehnten Bereich ist, kann ein Feineinstellen des Leckverlusts durch ein Variieren der Lochgröße durchgeführt werden. Wie erwartet und wie oben in Bezug auf 5A-C beschrieben, führen kleinere Löcher im Allgemeinen zu einem größeren Leistungsverlust.Because of such a strong dependence on N, one way of designing a PCF for a particular application is to first roughly tune the leakage by choosing a number of layers or rows N . Once the leakage is in the desired general or broad range, fine tuning of the leakage can be made by varying the hole size. As expected and as related to above 5A-C described, smaller holes generally result in greater power loss.

Im Allgemeinen sind für Moden höherer Ordnung die Anstiege im Leistungsverlust wesentlich größer bei verschiedenen Werten von N wie auch für kleinere Löcher. Um ein PCF zu entwerfen, das nur eine einzelne optische Mode ausbreitet, stellt das Auswählen des Werts von N und der Lochgröße, um im Wesentlichen die Mode erster Ordnung über eine gegebene Länge zu eliminieren, sicher, dass auch höhere Moden im Wesentlichen eliminiert werden.In general, for higher order modes, the increases in power loss are much larger at different values of N as well as for smaller holes. To design a PCF that only propagates a single optical mode, choosing the value of N and the hole size to essentially eliminate the first order mode over a given length ensures that higher modes are also essentially eliminated.

In verschiedenen Anwendungen von PCFs, wie Faserlasern, Verstärkern und Lieferfasern (delivery fibers) ist die Faserlänge in der Ordnung von einigen Metern oder weniger. In solchen Anwendungen kann N ≤ 3 einen EinzelmodenBetrieb für d/Λ ≥ 0,6 erreichen. Vorzugsweise d/Λ ≥ 0,75.In various applications of PCFs such as fiber lasers, amplifiers and delivery fibers, the fiber length is on the order of a few meters or less. In such applications, N ≤ 3 can achieve single-mode operation for d/Λ ≥ 0.6. Preferably d/Λ ≥ 0.75.

13 zeigt ein Verlustprofil 520 als eine Funktion des Biegens einer beispielhaften PCF, die zwei Schichten von luftgefüllten Löchern hat, mit d=35 µm und Λ=40 µm (demnach mit einem Kerndurchmesser von ungefähr 45 µm). Die fundamentale Mode ist im Großen und Ganzen eingesperrt durch die Luft/Loch-Grenze. Diese Eigenschaft führt zu einem nützlichen niedrigen Biegeverlust, welcher aus der Tatsache folgt, dass die Mode im Biegebereich als Resultat des starken Einsperrens der Luft/Loch-Grenze wesentlich verringert ist. Bei sehr kleinen Biegedurchmessern, zum Beispiel ungefähr 25 mm (der inverse Biegeradius ist ungefähr 0,04 mm-1) kann der Verlust der fundamentalen Mode an einer Biegung groß sein, während der Verlust der Mode erster Ordnung an der Biegung durch den Modenreduktions-Effekt, welcher unter beschrieben wird, wesentlich reduziert werden kann. 13 FIG. 5 shows a loss profile 520 as a function of bending of an exemplary PCF having two layers of air-filled holes, with d=35 μm and Λ=40 μm (thus having a core diameter of approximately 45 μm). The fundamental mode is largely confined by the air/hole boundary. This property leads to a useful low bend loss, which follows from the fact that the mode in the bend region is significantly reduced as a result of the strong confinement of the air/hole boundary. At very small bend diameters, for example about 25 mm (the inverse bend radius is about 0.04 mm -1 ), the fundamental mode loss at a bend can be large, while the first-order mode loss at the bend due to the mode reduction effect , which is described under, can be significantly reduced.

Der Biegeverlust wird gewöhnlich als Ausbreitungsverlust bezeichnet, welcher zur Ausbreitung durch Biegungen gehört. Um die in 13 gezeigten Resultate zu erhalten, wurde der Modenübergangsverlust (mode transition loss) von Moden für gerade Fasern zu Moden für gebogene Fasern im Modell nicht berücksichtigt. Ein solcher Übergangsverlust hängt von der Natur des Übergangs ab und kann bei einem langsamen adiabatischen Übergang vernachlässigbar sein.Bend loss is commonly referred to as propagation loss, which pertains to propagation through bends. To the in 13 To obtain the results shown, the mode transition loss from straight fiber modes to bent fiber modes was not considered in the model. Such a transient loss depends on the nature of the transient and may be negligible for a slow adiabatic transient.

Man kann sehen, dass man den Betrag des Biegens einer PCF nutzen kann, um zu bestimmen, wieviel Leistung in der fundamentalen und in der Mode erster Ordnung wegen des Biegens verloren wird. Um beim Entwerfen des biegeinduziertem Verlusts zu helfen, können einige der Eigenschaften von Biegeverlust in PCFs, die unten beschrieben sind, nützlich sein.It can be seen that the amount of flexing of a PCF can be used to determine how much power in the fundamental and first order modes is lost due to flexing. To help design the bend-induced loss, some of the properties of bend-loss in PCFs described below may be useful.

Die Biegeempfindlichkeit von diesen Arten von Fasern (zum Beispiel PCFs mit großen Löchern) ist sehr gering. Dieses Resultat ist der Tatsache geschuldet, dass die modale Fläche (modal area) mit verringertem Durchmesser der Biegungen fortschreitend reduziert wird, was aus der Tatsache folgt, dass das modale Feld eingeschränkt wird für das Eindringen in die großen, nahe gelegenen Luftlöcher. Diese Charakteristik ist signifikant verschieden von traditionellen Fasern und konventionellen PCFs, bei denen das modale Feld aus dem Zentrum verschoben ist, mit einem viel kleineren Niveau von Feldstörung bei einer Biegung. Als eine Folge bewegt sich das modale Feld jenseits der Kern-Mantel-Grenze und produziert großen Biegeverlust bei traditionellen nicht hohlen Fasern und konventionellen PCFs. Dieser Effekt ist besonders wichtig für Designs mit großen Kernen bei traditionellen Fasern und konventionellen PCFs.The bending sensitivity of these types of fibers (e.g. PCFs with large holes) is very low. This result is due to the fact that the modal area is progressively reduced as the diameter of the bends is reduced, which follows from the fact that the modal field is restricted for penetration into the large nearby air holes. This characteristic is significantly different from traditional fibers and conventional PCFs, in which the modal field is off-center, with a much lower level of field perturbation upon bending. As a result, the modal field moves beyond the core-cladding boundary and produces large bending loss in traditional non-hollow fibers and conventional PCFs. This effect is particularly important for large core designs in traditional fibers and conventional PCFs.

14 zeigt, wie die effektiven modalen Indizes der fundamentalen und der Mode erster Ordnung für das beispielhafte PCF mit großem Kern aus 13 (mit zwei Schichten von Löchern, N=2, d=35 µm und Λ=40 µm, Kerndurchmesser von 45 µm) sich ändert als eine Funktion des inversen Biegeradius. Die Differenz zwischen der Kurve für die fundamentale Mode und der Kurve für die Mode erster Ordnung entspricht dem modalen Abstand (modal spacing) zwischen der fundamentalen Mode und der Mode erster Ordnung. Man kann sehen, dass in dem gemessenen Bereich von Biegungen der modale Abstand größer als ungefähr 0,005 ist. Ein solcher modaler Abstand (0,005) ist viel größer als jener von konventionellen PCFs und traditionellen Fasern. Der große modale Abstand ist indikativ für eine sehr geringe Kopplung zwischen den Moden und ist auch ein Indikator eines robusten Einzelmoden-Betriebs. Als ein Resultat des hohen modalen Abstands (ungefähr 0,005) wird eine Störung mit Sub-Millimeter-Periode für ein ausreichendes Phasen-Matching (phase matching) gebraucht, um eine wesentliche Kopplung zwischen den Moden zu erlauben, zum Beispiel in der beispielhaften N=2-PCF. 14 shows how the effective modal indices of the fundamental and first-order modes look like for the exemplary large-core PCF 13 (with two layers of holes, N=2, d=35 µm and Λ=40 µm, core diameter of 45 µm) varies as a function of inverse bend radius. The difference between the fundamental mode curve and the first-order mode curve corresponds to the modal spacing between the fundamental mode and the first-order mode. It can be seen that in the measured range of bends the modal spacing is greater than about 0.005. Such a modal spacing (0.005) is much larger than that of conventional PCFs and traditional fibers. The large modal spacing is indicative of very low coupling between the modes and is also an indicator of robust single-mode operation. As a result of the high modal spacing (about 0.005), a sub-millimeter period perturbation is needed for sufficient phase matching to allow substantial coupling between the modes, for example in the exemplary N=2 -PCF.

Hoher modaler Abstand erstreckt sich sogar über größere Kerndurchmesser. Für Fasern, deren Kerndurchmesser von der Ordnung von ungefähr 100 µm ist (wie die N=1-PCF mit großem Kern aus 4A), ist der modale Abstand zwischen fundamentaler und nächst höherer Mode signifikant größer als jener von traditionellen nicht hohlen Fasern und konventionellen PCFs. Wieder produziert dieses Merkmal relativ geringe Kopplung zwischen den Moden.High modal spacing extends even over larger core diameters. For fibers whose core diameter is on the order of about 100 µm (such as the N=1 large-core PCF from 4A ), the modal distance between fundamental and next higher mode is significantly larger than that of traditional non-hollow fibers and conventional PCFs. Again, this feature produces relatively little coupling between the modes.

Wenn die Kerngröße weiter erhöht wird, nimmt der modale Abstand im Allgemeinen ab. Diese Tendenz kann zusammen mit einem vergrößernden Biegeverlust schließlich eine obere Grenze für den maximalen Kerndurchmesser setzen. Trotzdem kann eine Vergrößerung des Kerndurchmessers von einer Größenordnung gegenüber der größten konventionellen PCF, die Einzelmodenausbreitung unterstützt (siehe zum Beispiel Referenz [4] in Tabelle 1 mit einem Kerndurchmesser von 28 µm), mit den hier beschriebenen Techniken und Designs möglich sein.In general, as the core size is further increased, the modal spacing decreases. This trend, along with increasing bend loss, can eventually place an upper limit on the maximum core diameter. Nevertheless, an order of magnitude increase in core diameter over the largest conventional PCF supporting single-mode propagation (see, for example, reference [4] in Table 1 with a core diameter of 28 µm) may be possible with the techniques and designs described here.

15-16 zeigen ein Verfahren zum Charakterisieren von verschiedenen PCFs zum Ausbreiten von nur einer einzigen Mode, die auch große Kerne haben. 15 zeigt ein beispielhaftes Paar von Löchern oder Mantelmerkmalen 550, die den Lochdurchmesser d und den Lochabstand A zeigen. Solche Löcher, die, wie oben beschrieben, in einer hexagonalen Weise angeordnet sind, können zu verschiedenen Beziehungen zwischen λ/Λ und d/Λ führen, wie in den 16A-C dargestellt. Andere Konfigurationen sind auch möglich. 15-16 show a method for characterizing different single-mode propagating PCFs that also have large cores. 15 12 shows an exemplary pair of holes or cladding features 550 showing hole diameter d and hole spacing A. FIG. Such holes, arranged in a hexagonal fashion as described above, can lead to different relationships between λ/Λ and d/Λ, as shown in FIGS 16A-C shown. Other configurations are also possible.

16A stellt eine Kurve 562 in einem Plot von λ/Λ versus d/Δ für PCFs dar, die ein Einzelmoden-(SM)-Ausbreitungsregime, bei dem nur eine einzelne optische Mode ausgebreitet wird, von einem Multimoden-(MM)-Ausbreitungsregime, bei dem viele optische Moden ausgebreitet werden, trennt. Konventionelle PCFs, die im SM-Ausbreitungsregime arbeiten, haben eine relative kleine Kerngröße wie auch eine relativ große Zahl von Lochschichten (N≥4), so dass das gesamte Querschnittsprofil im Allgemeinen ähnlich zu dem von traditionellen Fasern ist. Für eine solche Faser ist der Wert von d/A ungefähr 0,35 in dem Grenzfall, wenn λ/Λ den Wert Null erreicht. Demnach verursacht ein Bereich rechts von der Kurve 562 in 16A (d. h. ansteigende Lochgröße relativ zum Abstand, d/A), bei dem d/Λ ≥ 0,4, die PCF, eine MM-Faser zu werden, wodurch er die mögliche Kerngröße für SM-Betrieb begrenzt. 16A FIG. 5 depicts a curve 562 in a plot of λ/Λ versus d/Δ for PCFs, substituting a single-mode (SM) propagation regime, in which only a single optical mode is propagated, from a multi-mode (MM) propagation regime which many optical modes are propagated. Conventional PCFs operating in the SM propagation regime have a relatively small core size as well as a relatively large number of hole layers (N≥4), so the overall cross-sectional profile is generally similar to that of traditional fibers. For such a fiber the value of d/A is about 0.35 in the limit when λ/Λ approaches zero. Accordingly, an area to the right of the curve causes 562 in 16A (ie increasing hole size relative to spacing, d/A), at which d/Λ ≥ 0.4, the PCF becomes an MM fiber, thereby limiting the possible core size for SM operation.

16B zeigt eine Gruppe 582 für die N=2-Ausführungsform, die oben mit Bezug auf 4B und Tabelle 1 beschrieben wird. In jener Ausführungsform ist der Wert von (d/Λ)2 ungefähr 0,88, wenn λ/Λ ungefähr gleich 0,1 ist (für 10 Meter Faser, während dieser Wert für eine längere Faser größer wäre). Demnach kann man sehen, dass ein benutzbares SM-Ausbreitungsregime vorteilhafterweise ausgedehnt wird von der Kurve 562 zu der Kurve 582, wie durch einen Pfeil 584 angedeutet. Eine größere Lochgröße relativ zum Abstand kann benutzt werden, während SM-Betrieb aufrechterhalten wird. Durch das Auswählen einer großen Lochgröße kann ein entsprechender Lochabstand eine ähnlich große Kerngröße ergeben, wie oben gesehen mit Bezug auf Tabelle 1. 16B 12 shows a group 582 for the N=2 embodiment referred to above with reference to FIG 4B and Table 1. In that embodiment, the value of (d/Λ) 2 is approximately 0.88 when λ/Λ is approximately equal to 0.1 (for 10 meters of fiber, while for a longer fiber this value would be larger). Thus, one can see that a useful SM propagation regime is advantageously extended from curve 562 to curve 582 as indicated by arrow 584. FIG. A larger hole size relative to pitch can be used while maintaining SM operation. By selecting a large Depending on the hole size, a corresponding hole spacing can result in a similarly large core size, as seen above with reference to Table 1.

16C zeigt eine Kurve 592 für die N=1-Ausführungsform, die oben mit Bezug auf 4A und Tabelle 1 beschrieben wird. In jener Ausführungsform ist der Wert von (d/Λ)1 ungefähr 0,94, wenn λ/Λ gleich 0,1 ist (für 10 Meter Faser, während dieser Wert für eine längere Faser größer wäre). Demnach kann man sehen, dass ein benutzbares SM-Ausbreitungsregime vorteilhaft vergrößert wird, sogar weiter von der Kurve 562 bis zu der Kurve 592, wie durch einen Pfeil 594 angedeutet, wodurch eine größere Kerngröße für SM-Betrieb geliefert wird. 16C FIG. 5 shows a curve 592 for the N=1 embodiment referred to above in FIG 4A and Table 1. In that embodiment, the value of (d/Λ) 1 is about 0.94 when λ/Λ equals 0.1 (for 10 meters of fiber, while for a longer fiber this value would be larger). Thus, it can be seen that a usable SM propagation regime is advantageously increased even further from curve 562 to curve 592 as indicated by arrow 594, thereby providing a larger core size for SM operation.

17-18 zeigen ein verallgemeinertes Konzept der Vergrößerung des SM-Ausbreitungsregimes, wie oben beschrieben in 15-16 im Kontext mit hohlen Fasern. Wie in 17 gezeigt und oben beschrieben mit Bezug auf die 1A und 1B, kann eine hohle Faser, die einen vorteilhaften großen Kern hat, der für SM geeignet ist, eine mindestens teilweise irreguläre oder ungeordnete Anordnung von Löchern haben. Weiterhin müssen die Löcher nicht notwendigerweise eine gleichmäßige Größe oder Form haben. Solch eine Ungleichmäßigkeit von Löchern wird in 17 dargestellt, wo zwei beispielhafte Löcher 600 und 602 kreisförmige bzw. quadratische Form haben. Weiterhin wird das kreisförmige Loch 600 gezeigt, wie es eine Abmessung von di hat, und das quadratische Loch 602 wird gezeigt, wie es eine Abmessung von dj hat. Ein beispielhafter Abstand zwischen den beiden beispielhaften Löchern 600 und 602 wird mit Λk, bezeichnet. 17-18 show a generalized concept of augmentation of the SM propagation regime as described above in 15-16 in the context of hollow fibers. As in 17 shown and described above with reference to FIG 1A and 1B , a hollow fiber having an advantageously large core suitable for SM may have an at least partially irregular or disordered arrangement of holes. Furthermore, the holes do not necessarily have to be of uniform size or shape. Such unevenness of holes becomes in 17 shown where two exemplary holes 600 and 602 are circular and square shaped, respectively. Furthermore, the circular hole 600 is shown as having a dimension of d i and the square hole 602 is shown as having a dimension of d j . An example distance between the two example holes 600 and 602 is denoted by Λ k .

Für hohle Fasern, deren Mantelbereich durch solche nicht gleichförmigen Löcher gebildet wird, kann der Lochabstandsparameter und der Lochabmessungsparameter als durch Durchschnittswerte davg und Λavg ausgedrückt werden. Unter Benutzung von solchen Durchschnittsparametern kann eine ähnliches λ/Λ- versus d/A-Beziehung (wie jene aus 16) ausgedrückt werden. 18A zeigt eine Kurve 612, die das SM-Ausbreitungsregime von dem MM-Ausbreitungsregime in dem λ/Λavg - davgavg-Raum trennt. Der Wert (davgavg)min repräsentiert den Wert von davgavg in dem Grenzfall, wenn λ/Λavg den Wert Null erreicht. Ähnlich zu dem Schwellenwert von d/A, der ungefähr 0,35 für konventionelle PCFs ist, kann (davg/Λavg)min einen Schwellenwert für konventionelle hohle Fasern darstellen, die einen Mantelbereich haben, der eine relativ dicke durchschnittliche Dicke um einen Kern hat, welcher eine relativ kleine durchschnittliche Abmessung hat.For hollow fibers whose cladding region is formed by such non-uniform holes, the hole spacing parameter and the hole size parameter can be expressed as average values d avg and Λ avg . Using such average parameters, a similar λ/Λ versus d/A relationship (like those in 16 ) are expressed. 18A Figure 6 shows a curve 612 separating the SM propagation regime from the MM propagation regime in λ/Λ avg - d avgavg space. The value (d avgavg ) min represents the value of d avgavg in the limit when λ/Λ avg reaches zero. Similar to the threshold of d/A, which is approximately 0.35 for conventional PCFs, (d avg / Λ avg ) min may represent a threshold for conventional hollow fibers having a cladding region that is a relatively thick average thickness around a core which has a relatively small average dimension.

18B zeigt ein Konzept zum Ausweiten des SM-Ausbreitungsregimes in einer Weise, die ähnlich zu jener mit Bezug auf 16B-C oben beschriebenen ist. Ein brauchbares SM-Ausbreitungsregime wird vorteilhaft ausdehnt von der Kurve 612 zu einer Kurve 622, wie durch einen Pfeil 624 angezeigt, wodurch eine größere durchschnittliche Kerngröße für SM-Betrieb geliefert wird. Durch Auswählen einer großen durchschnittlichen Lochgröße kann ein entsprechender durchschnittlicher Lochabstand eine ähnlich große durchschnittliche Kerngröße liefern. 18B shows a concept for extending the SM propagation regime in a manner similar to that related to FIG 16B-C is described above. A useful SM propagation regime is advantageously extended from curve 612 to curve 622 as indicated by arrow 624, thereby providing a larger average core size for SM operation. By choosing a large average hole size, a corresponding average hole spacing can provide a similarly large average core size.

Die verschiedenen hier offenbarten Fasern können zum Beispiel in Gain-Fasern, Verstärkern und Lasern sowie in Faserverstärkern und Faserlasern und auch in anderen Systemen benutzt werden. Zum Beispiel können diese Fasern angewandt werden, um gepulste Lasersysteme und Dauerstrich-Lasersysteme oder Lichtquellen mit hoher Leistung zu konstruieren. Diese Systeme können Pumpen umfassen, eine Strecke von Faser, um ein Gain-Medium zu liefern und ein Paar von Spiegeln an beiden Enden der Faser, um einen Resonator zu bilden. Polarisierende Komponenten können hinzugefügt werden, um einen Modenbetrieb mit einer einzigen Polarisation zu erreichen, bei dem nur eine Mode mit einer einzigen Polarisation ausgebreitet wird. Dispersionselemente (dispersing elements) können auch hinzugefügt werden für Dispersionsteuerung innerhalb des Resonators (intra-cavity dispersion control). Die hier offenbarten Fasern können auch Teile des Gain-Mediums in gepulsten oder Dauerstrich-Optische-Verstärkern bilden, die eine oder mehr optische Pumpen, Pumpkoppler und möglicherweise Isolatoren umfassen. Die hier offenbarten Fasern können gebraucht werden, um einen Teil eines Faser-Liefersystems (fiber delivery system) zu bilden, bei dem der Output eines Lasers in die Faser durch ein Fokussierelement oder eine Spleißung eingeführt wird, während der Output der Faser durch zusätzliche Optik auf ein Ziel gelenkt wird. Andere Konfigurationen und Benutzungen sind möglich.For example, the various fibers disclosed herein can be used in gain fibers, amplifiers and lasers, as well as in fiber amplifiers and fiber lasers, and in other systems as well. For example, these fibers can be applied to construct pulsed laser systems and continuous wave laser systems or high power light sources. These systems may include pumps, a length of fiber to provide a gain medium, and a pair of mirrors at either end of the fiber to form a resonator. Polarizing components can be added to achieve single polarization mode operation where only a single polarization mode is propagated. Dispersing elements can also be added for intra-cavity dispersion control. The fibers disclosed herein can also form part of the gain medium in pulsed or cw optical amplifiers, comprising one or more optical pumps, pump couplers and possibly isolators. The fibers disclosed herein can be used to form part of a fiber delivery system, in which the output of a laser is introduced into the fiber through a focusing element or splice, while the output of the fiber is fed through additional optics a goal is directed. Other configurations and uses are possible.

Die hier offenbarten Fasern können auch in Telekommunikationsanwendungen benutzt werden, um MM-Telekom-Fasern für Kurzstrecken-Datenübertragung zu ersetzen, bei der eine große Kerngröße zu niedrigen Kosten und robusten Verbindungen führt, während die Einzelmoden-Natur der Faser die Bandbreite des Übertragungssystems verbessern kann. In solchen Anwendungen kann ein zweites Glas statt der Löcher genutzt werden. Noch andere Anwendungen sind möglich.The fibers disclosed herein can also be used in telecommunications applications to replace MM telecom fibers for short-distance data transmission, where large core size leads to low cost and robust connections, while the single-mode nature of the fiber can improve the bandwidth of the transmission system . In such applications, a second glass can be used in place of the holes. Still other applications are possible.

Obwohl die oben offenbarten Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung die fundamentalen neuen Merkmale der Erfindung, angewandt auf die oben offenbarten Ausführungsformen, gezeigt, beschrieben und verdeutlicht haben, sollte es sich verstehen, dass verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Veränderungen in der Form des Details der Geräte, Systeme und/oder der gezeigten Verfahren von Fachleuten gemacht werden können, ohne von dem Umfang der gegenwärtigen Erfindung abzuweichen. Folglich sollte der Umfang der Erfindung nicht auf die vorhergehende Beschreibung begrenzt sein, sondern sollte durch die angehängten Ansprüche definiert werden.Although the above-disclosed embodiments of the present invention have shown, described and clarified the fundamental novel features of the invention applied to the above-disclosed embodiments, it should be understood that various omissions, substitutions and changes in form of detail of the devices, systems and/or the methods shown can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the foregoing description, but should be defined by the appended claims.

Claims (16)

Optische Multimode-Faser zum Ausbreiten der fundamentalen Mode und einer Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung der optischen Multimode-Faser, aufweisend: einen Cladding-Bereich, der Cladding Features aufweist, die in einer Grundsubstanz angeordnet sind, wobei die Cladding Features einen im Wesentlichen konstanten Abstand Λ und eine durchschnittliche Größe d haben, und die Cladding Features im Wesentlichen in einer Mehrzahl von Reihen N und in einer einheitlichen hexagonalen Anordnung angeordnet sind; einen Kern-Bereich, der von dem Cladding-Bereich umgeben ist, wobei der Kern-Bereich anstelle eines zentralen Cladding Features und anstelle einer oder mehrerer innerer Reihen der Cladding Features der hexagonalen Anordnung in der Grundsubstanz ausgebildet ist, so dass die optische Multimode-Faser die Ausbreitung der Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung zulässt; und wobei der Cladding-Bereich und der Kern-Bereich einen effektiven Brechungsindex für die fundamentale Mode und die Mehrzahl von nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung bereitstellen; wobei ein effektiver Brechungsindexunterschied zwischen der fundamentalen Mode und den nicht-fundamentalen Moden niedriger Ordnung so eingerichtet ist, dass der Modenabstand zwischen der fundamentalen Mode und der ersten nicht-fundamentalen Mode groß genug ist, um eine Modenkopplung in der optischen Multimode-Faser zu reduzieren, so dass ein Einzelmoden-Eingangssignal in der fundamentalen Mode nach Ausbreitung entlang der optischen Multimode-Faser im Wesentlichen als Einzelmoden-Signal in der fundamentalen Mode ausgegeben wird. A multimode optical fiber for propagating the fundamental mode and a plurality of non-fundamental low-order modes of the multimode optical fiber, comprising: a cladding region having cladding features arranged in a matrix, the cladding features having a substantially constant spacing Λ and an average size d, and the cladding features substantially in a plurality of rows N and in a uniform hexagonal arrangement arranged; a core region surrounded by the cladding region, the core region being formed in the matrix in place of a central cladding feature and in place of one or more inner rows of the cladding features of the hexagonal array, so that the multimode optical fiber allows the propagation of the plurality of non-fundamental low-order modes; and wherein the cladding region and the core region provide an effective index of refraction for the fundamental mode and the plurality of low-order non-fundamental modes; wherein an effective refractive index difference between the fundamental mode and the low-order non-fundamental modes is established such that the mode spacing between the fundamental mode and the first non-fundamental mode is large enough to reduce mode coupling in the multimode optical fiber, so that a single-mode input signal in the fundamental mode, after propagation along the multimode optical fiber, is output as a substantially single-mode signal in the fundamental mode. Optische Multimode-Faser gemäß Anspruch 1, wobei λ/Λ kleiner oder gleich 0,3 ist.Multimode optical fiber according to claim 1 , where λ/Λ is less than or equal to 0.3. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei die Cladding Features ein Gas, eine Mischung von Gasen oder ein Glas aufweisen.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 2 , where the cladding features comprise a gas, a mixture of gases, or a glass. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei der Kernbereich einen Brechungsindex aufweist, der, gemessen über einen lateralen Querschnitt, der senkrecht zur longitudinalen Richtung der Faserlänge ist, bis zu innerhalb 0,001 uniform ist.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 3 wherein the core region has a refractive index that is uniform to within 0.001 as measured across a lateral cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the fiber length. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die V-Zahl größer als 2,4 ist.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 4 , where the V number is greater than 2.4. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-5, weiterhin aufweisend Dotiermittel, die Verstärkung bereitstellen.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 5 , further comprising dopants that provide gain. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei der Kern-Bereich einen dotierten Bereich aufweist, und wobei die optische Multimode-Faser einen äußeren Mantel mit einer Mehrzahl von Löchern aufweist.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 6 wherein the core region has a doped region, and wherein the multimode optical fiber has an outer cladding with a plurality of holes. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei der Cladding-Bereich einen ersten und einen zweiten Satz von Cladding Features aufweist, wobei der erste Satz von Cladding Features so eingerichtet ist, dass er die Ausbreitung der fundamentalen Mode unterstützt, und wobei der zweite Satz von Cladding Features so eingerichtet ist, dass er die Ausbreitung von mehreren Moden zur Ausbreitung von Pumplicht unterstützt.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 7 , wherein the cladding region comprises a first and a second set of cladding features, the first set of cladding features being arranged to support the propagation of the fundamental mode, and the second set of cladding features being arranged to it supports the propagation of multiple modes for propagating pump light. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei die Anordnung der Cladding Features asymmetrisch ist.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 8th , where the arrangement of the cladding features is asymmetrical. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-9, wobei die Anordnung der Cladding Features eine zweifache Symmetrie aufweist, um die Polarisation von Licht zu erhalten, das sich durch den Kern-Bereich ausbreitet.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 9 , where the arrangement of the cladding features has a two-fold symmetry to preserve the polarization of light propagating through the core region. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-10, wobei die Grundsubstanz ein erstes Material mit einem ersten Brechungsindex aufweist, und wobei zumindest ein Teil der Cladding Features ein zweites Material mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, der geringer ist als der erste Brechungsindex.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 10 wherein the matrix comprises a first material having a first index of refraction, and wherein at least a portion of the cladding features comprises a second material having a second index of refraction less than the first index of refraction. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-11, wobei die Cladding Features eine erste Mehrzahl von Cladding Features mit größerer Größe aufweisen, die voneinander in einem Abstand s1 angeordnet sind, und eine zweite Mehrzahl von Cladding Features mit kleinerer Größe aufweisen, die voneinander in einem Abstand s2 angeordnet sind.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 11 , wherein the cladding features comprise a first plurality of larger sized cladding features spaced apart a distance s1 and a second plurality of smaller sized cladding features spaced apart a distance s2. Optische Multimode-Faser gemäß Anspruch 12, wobei s1 und s2 im Wesentlichen identisch sind.Multimode optical fiber according to claim 12 , where s1 and s2 are essentially identical. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-13, wobei die effektive Kerngröße zumindest 30 Mikrometer und weniger als 150 Mikrometer beträgt.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 13 , wherein the effective core size is at least 30 microns and less than 150 microns. Optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-14, wobei d/Λ größer als 0,35 ist.Optical multimode fiber according to any one of Claims 1 - 14 , where d/Λ is greater than 0.35. Ein mantelgepumpter Faserverstärker oder Faserlaser, aufweisend: die optische Multimode-Faser gemäß einem der Ansprüche 1-15; und eine mit der optischen Faser optisch verbundene Pumpquelle.A cladding-pumped fiber amplifier or fiber laser, comprising: the multimode optical fiber according to any one of Claims 1 - 15 ; and a pump source optically connected to the optical fiber.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115291319A (en) * 2022-08-12 2022-11-04 西安邮电大学 Photonic crystal fiber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818630A (en) 1997-06-25 1998-10-06 Imra America, Inc. Single-mode amplifiers and compressors based on multi-mode fibers
WO2001037008A2 (en) 1999-11-15 2001-05-25 Corning Incorporated Photonic crystal fibers with high resistance to bend loss
WO2002039159A1 (en) 2000-11-10 2002-05-16 Crystal Fibre A/S Optical fibres with special bending and dispersion properties
US20030165313A1 (en) 2001-08-30 2003-09-04 Jes Broeng Optical fibre with high numerical aperture, method of its production, and use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818630A (en) 1997-06-25 1998-10-06 Imra America, Inc. Single-mode amplifiers and compressors based on multi-mode fibers
WO2001037008A2 (en) 1999-11-15 2001-05-25 Corning Incorporated Photonic crystal fibers with high resistance to bend loss
WO2002039159A1 (en) 2000-11-10 2002-05-16 Crystal Fibre A/S Optical fibres with special bending and dispersion properties
US20030165313A1 (en) 2001-08-30 2003-09-04 Jes Broeng Optical fibre with high numerical aperture, method of its production, and use thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FERMANN, M.E.: Single-mode excitation of multimode fibers with ultrashort pulses. In: Optics Letters, Vol. 23, 01.01.1998, No. 1, p. 52-54. - ISSN 0146-9592
KOPLOV, J.P., KLINER, D.A.V., GOLDBERG, L.: Use of bend loss to obtain single-transverse-mode operation of a multimode fiber amplifier. In: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2000). Technical Digest. Postconference Edition, TOPS Vol.39 (IEEE Cat. No.00CH37088) , 2000, p. 286-287. - ISSN DOI: 10.1109/CLEO.2000.907021

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115291319A (en) * 2022-08-12 2022-11-04 西安邮电大学 Photonic crystal fiber
CN115291319B (en) * 2022-08-12 2024-03-26 西安邮电大学 Photonic crystal fiber

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