DE60004522T2

DE60004522T2 - Optische fasern mit löchern

Info

Publication number: DE60004522T2
Application number: DE60004522T
Authority: DE
Inventors: Gregory Neil Swaythling BRODERICK; Jonathan Peter Chelmsford BENNETT; Mary Tanya Bassett MONRO; John David Bitterne Park RICHARDSON
Original assignee: University of Southampton
Current assignee: University of Southampton
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: GB9911698D0; EP1181593B1; WO2000072067A1; DK1181593T3; US6577801B2; EP1181593A1; AU5083900A; ATE247287T1; DE60004522D1; US20020118937A1

Description

Die Erfindung betrifft Fasern mit Löchern und andere analoge wellenleitende Hohlraumstrukturen.
Eine Faser mit Löchern ist eine optische Faser, deren optischer Begrenzungsmechanismus und deren Eigenschaften von einer Anordnung von Luftlöchern, die durch Hohlräume, die längsseits entlang der Faser verlaufen, definiert werden, beeinflußt werden. Licht kann aufgrund von zwei verschiedenen Mechanismen innerhalb von löchrigen Fasern geleitet werden. Als erstes kann mit einer periodischen Anordnung von Luftlöchern eine Führung erzielt werden durch photonische Bandlükkeneffekte [1]. Als zweites kann Führung aufgrund von Durchschnittsvolumenbrechungsindexeffekten erzielt werden. Dieser zweite Führungsmechanismus beruht nicht auf der Periodizität der Luftlöcher [2].
Im allgemeinen hat eine löchrige Faser einen massiven Kern, der von einem Mantelbereich mit Löchern umgeben ist. Die Struktur wird durch Stapeln von Siliziumkapillaren in einer hexagonal dicht gepackten Anordnung und darauf folgendes Entfernen einer der Kapillaren und Ersetzen dieser durch eine feste Siliziumstange derselben äußeren Dimension hergestellt. Der Faserstapel wird dann in eine Bündelform in einem Ein- oder Zweistufenprozeß gezogen. Die Herstellung von Fasern mit Löchern wird detaillierter in der Literatur beschrieben [3] [4]. In der Literatur wird der Kern manchmal als „zentraler Indexdefekt" oder „defect for short" und die umgebende Umhüllung mit Löchern als Lochgitter bezeichnet.
Fasern mit Löchern werden im allgemeinen charakterisiert hinsichtlich der Lochgröße und des Lochabstandes. Aufgrund des Herstellungsverfahrens sind die Löcher üblicherweise periodisch beabstandet, wobei die Periode in der Literatur üblicherweise als „Pitch" A bezeichnet wird. Aufgrund des Herstellungsverfahrens sind die Löcher üblicherweise kreisförmig und werden somit durch einen Durchmesser d kategorisiert. Typische Abmessungen von bestehenden Fasern mit Löchern betragen zumindest 2 Mikrometer für den Pitch, obgleich einige kleinere Abstände in der Literatur erwähnt sind. Insbesondere die Referenz [2] beschreibt ein Pitch A = 0,925 μm mit Lochdurchmessern von d = 0,688 oder 0,833 μm. Darüber hinaus erörtert die Referenz [7] einen Siliziumkern des Durchmessers d = 0,962 μm, freihängend in Luft im Kontext einer theoretischen Studie, die die Verwendung von Fasern mit Löchern betrifft, um die Dispersion der Gruppengeschwindigkeit in üblichen Telekommunikationsfasern zu kompensieren.
Die WO 00/16141 beschreibt eine Faser, in der das Verhältnis des Lochdurchmessers zu dem Pitch innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,9 liegt, obgleich kein absoluter Wert des Pitches in Kombina tion mit diesem Bereich gelehrt wird. Dieses Dokument hat ein Prioritätsdatum, das vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung liegt, wurde jedoch nicht vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht, so daß es nur für die Bestimmung der Neuheit der hier angefügten Ansprüche relevant ist.
Weiterer allgemeiner Hintergrund betreffend die Theorien, die an Fasern mit Löchern anzuwenden sind, können in der Literatur gefunden werden [5] [6].
Eine Anwendung, die für Fasern mit Löchern vorgeschlagen wurde, ist das Erfassen bzw. Messen. Es wurde vorgeschlagen, daß ein Fluid, d.h. ein Gas oder eine Flüssigkeit, in den Faserhohlräumen präsent ist. Eine Eigenschaft des Fluids wird dann erfaßt durch dessen Effekt auf diesen Teil der optischen Mode, im allgemeinen ein Dämpfungswellenteil, der sich in dem Umhüllungsbereich mit Löchern ausbreitet.
Eine andere Anwendung, die für Fasern mit Löchern vorgeschlagen wurde, ist die Niedrigverlust-Telekommunikationsfaser. Im Prinzip könnte erwartet werden, daß Ausbreitungsverluste in einer Faser mit Löchern reduziert werden könnten aufgrund der geringeren Verluste, die mit den Löchern in Bezug auf die Glasregionen der Faser verknüpft sind. Grundlegender ausgedrückt, könnte eine Faser mit Löchern mit einer photonischen Bandlücke Verluste durch photonische Kristalleffekte reduzieren.
Diese Anwendungen setzen voraus, daß ein signifikanter Anteil der Modenleistung in dem Mantelbereich der Faser mit Löchern vorhanden ist. Fasern mit Löchern des Typs, der auf einem photonischen Bandlückenführungsmechanismus beruht, wurden kürzlich mit einem großen Prozentsatz der Modenleistung in den „aktiven" Löchern der Mantelregion hergestellt [14]. Dieser Typ von löchrigen Fasern erfordert jedoch eine Periodizität in der Lochstruktur und kann somit wahrscheinlich nur sehr schwer kommerziell hergestellt werden. Folglich sind löchrige Fasern des Typs, der auf dem Durchschnittsbrechungsindexführungsmechanismus beruht, im Prinzip attraktiver, da es keine äquivalente Anforderung der Lochperiodizität gibt. Beispiele dieses letzteren Typs von löchrigen Fasern, die zur Zeit hergestellt werden, haben jedoch nur einen sehr geringen Prozentsatz der Modenleistung in den „aktiven" Löchern des Ummantelungsbereiches. Diese Tatsache, die bislang nicht gewürdigt wurde, wurde durch ein theoretischen Modell, das von den Erfindern entwickelt wurde, bestimmt, wie in den Referenzen [8] und [9] beschrieben wird. Die vollständigen Inhalte der Referenzen [8] und [9] werden hier durch Bezugnahme aufgenommen.
Die Referenz [8] beschreibt ein skalares Orthogonalfunktionsverfahren für löchrige Fasern, das gültig ist, wenn die Löcher klein sind.
Die Referenz [9] erweitert das Modell auf den Vektorfall, was die Modellierung des gesamten Bereichs von löchrigen Fasern ermöglicht. Diese Technik beinhaltet die Zerlegung des modalen Feldes unter Verwendung von lokalisierten Funktionen. Der zentrale Indexdefekt und das Lochgitter werden unabhängig beschrieben unter Verwendung von lokalisierten Funktionen für den Defekt und die periodischen Funktionen für die Löcher. Dies kann effizient und genau sein, da die Größen durch Funktionen beschrieben werden, die sorgfältig ausgewählt wurden, damit sie passen.
Das Modell der Referenzen [8] und [9] erlaubt die Berechnung des Anteils der Modenleistung, die in den Löchern der Mantelregion einer löchrigen Faser vorhanden ist. Unter Verwendung dieses Modells wurde bestimmt, daß vorher hergestellte löchrige Fasern, die durch Durchschnittsbrechungsindexeffekte leiten, typischerweise nur um etwa 1% oder weniger ihrer Modenleistung in den Löchern haben.
Es ist klar, daß dies nicht gut für irgendeines der vorgeschlagenen Lochfasergeräte ist, deren Effizienz von der Modenleistung in den Löchern abhängt.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Faser mit Löchern bereitzustellen, basierend auf den Durchschnittsbrechungsindexführungseffekten, die einen relativ hohen Anteil der Modenleistung in den Löchern hat, d.h. einen relativ großen Dämpfungsüberlapp des Modenfeldes mit den Faserhohlräumen.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine optische Faser bereitgestellt mit einem Kern und einer Umhüllung, wobei die Umhüllung Löcher enthält, die durch Kavitäten bzw. Hohlräume definiert werden, die in Längsrichtung entlang der optischen Faser verlaufen und die entlang der optischen Faser benachbart zu dem Kern verteilt sind, um einen Abstand zu definieren, wobei der Abstand zwischen 0,1 und 0,9 μm beträgt, wobei die Löcher einer charakteristische Lochgröße haben und das Verhältnis von Lochgröße zu Abstand größer oder gleich näherungsweise 0,6 ist. Der Abstand bzw. der Pitch liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,9 Mikrometern. Das Verhältnis der Lochgröße zu dem Abstand bzw. dem Pitch beträgt vorzugsweise zwischen näherungsweise 0,6 und 0,8.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Führen von Licht entlang einer optischen Faser durch den Durchschnittsbrechungsindexeffekt zur Verfügung gestellt, wobei die optische Faser einen Kern und eine Umhüllung hat, wobei die Umhüllung Löcher aufweist, die durch Kavitäten definiert werden, die in Längsrichtung entlang der optischen Faser verlaufen und die entlang der optischen Faser verteilt sind, um einen Abstand bzw. einen Pitch von zwischen 0,1 und 0,9 Mikrometer zu definieren, wobei die Wellenlänge des Lichts zumindest näherungsweise 2,2 mal dem Abstand der Löcher beträgt und wobei die Löcher eine charakteristische Lochgröße haben und das Verhältnis der Lochgröße zu dem Abstand größer oder gleich näherungsweise 0,6 ist. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Löcher näherungsweise kreisförmig und das Verhältnis des Lochdurchmessers zu dem Abstand beträgt zwischen 0,6 und 0,8.
Mit diesen Aspekten der Erfindung ist es möglich, eine massive Verbesserung der Modenleistung, die in den Löchern vorhanden ist, zu erzielen, ohne photonische Bandlückeneffekte. Der prozentuale Anteil der Leistung der Grundmode, die in den Löchern lokalisiert ist, wird als Gütefaktor bzw. Leistungszahl verwendet. In den löchrigen Fasern des Standes der Technik, die Durchschnittsbrechungsindexführungseffekte verwenden, liegt dieser im allgemeinen unter 1%, häufig weit darunter. Mit der Erfindung ist es möglich, löchrige Fasern, basierend auf Durchschnittsbrechungsindexführungseffekten zu realisieren, die 10 – 40% oder mehr der Grundmodenleistung in den Löchern haben. In manchen Ausführungsformen kann die löchrige Faser eine hochperiodische Lochstruktur haben und kann somit signifikante Photonenbandlückeneffekte besitzen.
Die Konstruktionsregeln, die oben spezifiziert wurden, erlauben somit einen großen Dämpfungsüberlapp des Modenfeldes mit Luft, einem anderen Fluid oder Vakuum, das in den Faserlöchern vorhanden ist. Die Löcher sollten neben dem Kern angeordnet sein, so daß sie signifikant mit der optischen Mode, die von dem Kern geführt wird, Wechselwirken. Zusätzlich zu den Löchern mit kleinem Abstand, die um den Kern angeordnet sind, kann es eine weitere Gruppe von Löchern geben, die radial außerhalb der Löcher mit kleinem Abstand liegen, beispielsweise größere Löcher für die vereinfachte Herstellung. Auf der anderen Seite können sich die Löcher mit kleinem Abstand über den gesamten Mantelbereich erstrecken und die einzige Gruppe von Löchern in dem Mantelbereich bilden.
Die vorgeschlagenen Fasern mit Löchern beinhalten im allgemeinen relativ große Mengen an Luft innerhalb der Struktur, typischerweise mit einem Raum-(Luft)-Füllfaktor in der Ummantelung von mehr als 40%. Darüber hinaus sollte der Lochabstand, d.h. der Pitch, vorzugsweise klein oder vergleichbar mit der optischen Wellenlänge der interessierenden Mode sein.
Die Erfindung wird von potentiellem Interesse sein bei allen Anwendungen, die eine optische Wechselwirkung mit einer Flüssigkeit, einem Gas oder einem Vakuumfeld durch Dämpfungsfeldeffekte erfordern. Beispielsweise könnte die Konzentration von Schadstoffen in einem Gas durch Messen der Absorption bestimmt werden, die auftritt, wenn sich Licht durch das Gas für einen Bereich von Wellenlängen ausbreitet [10]. Besondere Anwendungen von Interesse sind:
1. Der Transport von optischen Hochleistungsstrahlen (niedrige optisch nicht-lineare Faser),
2. Niedrigverlustfaser für Übertragungssysteme,
3. optische Sensoren (Gasdetektion, Flüssigkeitszusammensetzung, medizinisch),
4. Atomoptik,
5. optische Manipulation von mikroskopischen Teilchen,
6. Teilchentrennung (durch Masse, induzierte Polarisierbarkeit, elektrisches Dipolmoment),
7. Ramanlaser,
8. nicht-lineare optische Einrichtungen,
9. Referenzieren eines Lasers auf bestimmte Gasabsorptionslinien,
10. Metrologie und
11. Dispersionskompensation in Übertragungssystemen (Faser mit Löchern, die die Erfindung verkörpert, kann hergestellt werden, so daß sie hohe Dispersion zeigt).
Kurze Beschreibung der Figuren
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 eine Aufnahme eines Abtastelektronenmikroskops (SEM) ist, die eine typische Faser mit Löchern des Standes der Technik mit näherungsweisen Dimensionen: Lochdurchmesser d = 1,9 Mikrometer und Lochabstand A = 3,2 Mikrometer (d/A = 0,6) zeigt und
3 ein Graph ist, der den prozentualen Anteil der Grundmodenleistung zeigt, die in den Löchern von unterschiedlichen Fasern mit Löchern (PF_holes) als eine Funktion der Wellenlänge in Mikrometern der Fundamentalmode (λ) lokalisiert ist.
Detaillierte Beschreibung
Um die Eignung von Fasern mit Löchern für Dämpfungsfeldeinrichtungen abzuschätzen, ist es wesentlich, die Größe des Überlapps des Modalfeldes mit den Löchern zu wissen. Dies wurde bislang nicht angesprochen. Die vorliegende Erfindung und ihre Ausführungsform basieren auf den Untersuchungen, die als die ersten Untersuchungen der Größe des Überlapps des Modalfeldes mit den Löchern in den Fasern mit Löchern angesehen werden.
Der Parameter PF_hole wird definiert als der Anteil der Leistung der Fundamentalmode, die von der Lochfaser-Wellenleiter-Struktur geführt wird, die in den Löchern lokalisiert ist.
Um PF_holes zu berechnen, wird als erstes das Modenprofil für eine gegebene Wellenlänge unter Verwendung des Vektormodells, das in der Referenz [9] beschrieben wird, berechnet. Es ist dann einfach, PF_holes bei dieser Wellenlänge numerisch zu berechnen. Der Wert des Parameters PF_hole wurde für einen Bereich von unterschiedlichen Fasern mit Löchern und Wellenlängen berechnet. Die experimentellen und theoretischen Ergebnisse werden nun unter Bezug auf die 1 und die 2 erörtert.
1 ist eine Abtastelektronenmikroskopaufnahme (SEM), die eine typischer Faser mit Löchern des Standes der Technik darstellt mit näherungsweisen Abmessungen des Lochdurchmessers d = 1,9 μm und des Lochabstandes A = 3,2 μm (d/A = 0,6). Fasern mit Löchern, die die Erfindung verkörpern, können dieselben allgemeinen strukturellen Merkmale haben, haben jedoch eine unterschiedliche absolute und/oder relative Dimensionierung, wie im folgenden beschrieben wird. In alternativen Ausführungsformen kann der massive Kern der löchrigen Faser von 1 mit einer weiteren Lochfaseranordnung ersetzt werden, die durch kleinere Merkmalsgrößen als die Umhüllung charakterisiert ist. Beispielsweise mit einem kleineren charakteristischen Loch-Pitch und Lochdurchmesser als die Werte der Ummantelung. Diese allgemeine Struktur wird in der Referenz [13] beschrieben, die Inhalte von dieser Referenz werden hier durch Bezugnahme aufgenommen, insbesondere die Ausführungsform von 4 dieses Dokuments.
2 ist ein Graph, der den prozentualen Anteil der Grundmodenleistung zeigt, die in den Löchern von unterschiedlichen löchrigen Fasern (PF_holes) als eine Funktion der Wellenlänge in Mikrometern der Fundamentalmode (λ) zeigt.
Eigenschaften von zwei Gruppen von löchrigen Fasern werden gezeigt. Die obere Gruppe von drei Kurven zeigt Ausführungsformen der Erfindung mit A = 0,75 μm und d/A = 0,6, 0,7 & 0,8. Die untere Gruppe aus drei Kurven, die sich beinahe gegenseitig überdecken, zeigen Eigenschaften von löchrigen Fasern, die den Stand der Technik repräsentieren mit A = 3,2 μm und d/A = 0, 6; 0,7 bzw. 0,8.
Für die Faser von 1, die repräsentativ für löchrige Fasern des Standes der Technik ist, beträgt PF_holes überraschenderweise nur 0,6% bei λ = 1,5 μm. Allgemeiner ausgedrückt, haben die Fasern mit Löchern des Standes der Technik typischerweise ein Pitch (d.h. einen Lochabstand) im Bereich von A = 2 – 3,5 μm. Mit unserer Theorie findet man, daß PF_holes über den Wellenlängenbereich λ = 0,5 – 2 μm für solche Fasern mit Löchern geringfügig ist. Beispielsweise entspricht die untere Gruppe von Kurven in 2 löchrigen Fasern mit A = 3,2 μm und relativen Lochdurchmessern d/A = 0,6; 0,7 bzw. 0,8.
Aus dem Modell der Erfinder der Referenz [9] fällt sofort ins Auge, daß die Feldverteilung stark von dem Größenmerkmal in der Faser mit Löchern in Bezug zu der Wellenlänge des geführten Lichts abhängt. Folglich kann PF_holes durch eine geeignete Wahl der Größenmerkmale der löchrigen Faser maßgeschneidert werden. Dies wurde im Stand der Technik nicht gewürdigt.
Um zu verstehen, wie die Größenmerkmale ausgewählt werden sollten, betrachten wir eine feste Siliziumstange mit einem Durchmesser von 1,25 A, die frei in Luft hängt, wobei A der Pitch einer äquivalenten Faser mit Löchern ist. Obgleich diese hängende Struktur eindeutig nicht praktikabel ist, sollte sie eine gute Näherung für große luftgefüllte Fasern mit Löchern sein. Ein Wert von 1,25 A wird ausgewählt, was eine gute Übereinstimmung in der Stufenindexfaseranalogie gibt (7]. Die Moden dieser einfachen Struktur können exakt gefunden werden [11]. Es wird gefunden, daß ein signifikanter Anteil der Fundamentalmode außerhalb des Kerns liegt, wenn V < 2, wobei V der Faserparameter ist. Dies führt zu der Anforderung, daß λ größer als näherungsweise 2,2 A sein sollte, damit PF_holes signifikant ist. Bei Telekommunikationswellenlängen, d.h. 1,3 und 1,5 μm, wird diese Bedingung nur erfüllt für relativ kleine Abstände A, was zu sehr kleinen Modenbereichen von weniger als näherungsweise 1 μm² führt. Folglich sollten solche Fasern ebenso mögliche Anwendungen in nichtlinearen Experimenten haben.
Die oberen Kurven in 2 zeigen PF_holes für einen Bereich von Fasern mit Löchern mit A = 0,75 μm. Die obige Bedingung, daß A größer als oder näherungsweise gleich 2,2 A ist, wurde verwendet, um die Auswahl des Abstandes A zu führen (für das 1,3 μm Telekommunikationsfenster wird diese Bedingung durch einen Abstand von näherungsweise 0,6 μm oder geringer erfüllt. Für das 1,5 μm Telekommunikationsfenster wird diese Bedingung für einen Abstand bzw. einen Pitch von weniger als näherungsweise 0,75 μm erfüllt).
Aus 2 wird deutlich, daß PF_holes dramatisch erhöht wird durch Verwendung des kleineren Abstandes von 0,75 μm. Beispielsweise beträgt PF_holes näherungsweise 30% bei 1,5 μm für eine Faser mit Löchern mit Lochabständen d/A = 0,8. Bislang haben wir Fasern mit Löchern mit d/A bis 0,7 hergestellt [7]. Wir erwarten somit, daß es praktikabel sein sollte, solche Fasern herzustellen. Es sollte nicht schwieriger sein, kleine Abstände zu erhalten. Der hohe Grad des Überlapps zwischen der Fundamentalmode und der Löcher, der in 2 evident ist, impliziert, daß Fasern mit Löchern hergestellt werden können, die nützlich sind als Dämpfungsfeldeinrichtungen, was nicht für typische Lochfaserstrukturen des Standes der Technik gesagt werden kann, wie sie durch die unteren Kurven von 2 beispielhaft dargestellt werden.
Um die Möglichkeiten für die Verwendung von Lochfasern in Dämpfungsfeldeinrichtungen zu demonstrieren, wird nun die oben diskutierte Faser mit Löchern mit A = 0,75 μm und d/A = 0,8 betrachtet. Es ist unter Verwendung von 1,67 μm Licht möglich, die Methankonzentration zu messen [12]. Für diese Faser sagt 2 bei dieser Wellenlänge ein PF_holes von 35% voraus. Somit wird weniger als 3 Meter dieser Faser mit Löchern benötigt, um eine äquivalente Freiraumpfadlänge von 1 Meter zu erhalten. Somit können durch Wickeln der Faser extrem lange Pfadlängen kompakt erreicht werden. Ein anderer Vorteil dieser Geometrie ist der, daß nur winzige Gasvolumina erforderlich sind. Drei Meter dieser gefüllten Faser mit Löchern, die nur 30 nL von Gas verwendet, wäre erforderlich. Es wird daher bemerkt, daß wenn der Abstand zu klein gemacht wird, es schwierig wird, die Löcher mit Gas in einer akzeptablen Zeit zu befüllen.
Da Faserverluste niedrig sein können, könnte man Fasern mit Löchern ins Auge fassen mit extrem langen äquivalenten Freiraumpfadlängen. Ebenso stellt die Kombination der Begrenzung, die von der Faser bereitgestellt wird, und der endlose Einfachmodenbetrieb, der mit Fasern mit Löchern möglich ist, einen guten Modellüberlapp zwischen sehr unterschiedlichen Wellenlängen über lange Distanzen sicher. Dies ist ein Vorteil für die Messung, da die Absorptionssignaturen von unterschiedlichen Schadstoffen bei sehr ungleichen Wellenlängen liegen können. Somit haben Fasern mit Löchern das Potential, eine ideale Umgebung für Dämpfungsfeldeinrichtungen bereitzustellen. Eine weitere Optimierung der Lochfasergeometrie wird wahrscheinlich dieses Potential signifikant erhöhen.
Ein anderer Typ von luftummantelten Fasern wurde von dem Artikel von Kaiser et al. [6] vorgeschlagen, wobei der vollständige Inhalt hiervon hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. In der Kaiserstruktur wird der Kern durch eine dünne speichenartige Membran gehalten. Solch eine Struktur kann eine Einzelmode sein. Diese Faser ist eng mit dem oben beschriebenen aufgehängten Stabmodell verknüpft. Kaiser et al. betrachteten jedoch nur Strukturen, wo die Membrandicke ,f' viel größer als die Wellenlänge ist, für die der Großteil des Lichts im Glas lokalisiert ist. Durch Reduzieren der Skala dieser Struktur, was analog zu der Reduktion des Pitches in einer Lochfaser ist, könnte der Überlapp der Mode mit Luft erhöht werden. Diese alternative Einzelmaterialfaserkonstruktion könnte ebenso verwendet werden, um kompakte Dämpfungsfeldeinrichtungen zu erzeugen. Dieses Recht wird reserviert, um solche Strukturen in der vorliegenden Anmeldung, oder in einer Teilanmeldung oder in einer Continuation oder Continuation-in-part Anmeldung hiervon ausdrücklich zu beanspruchen.
Zusammenfassend wurde der Überlapp der fundamentalen optischen Mode mit den Luftlöchern in einer Faser mit Löchern studiert, was zum ersten Mal erfolgte. Dies wurde unter Verwendung eines neu entwickelten Vektormodells durchgeführt. Es wurde gezeigt, daß ein signifikanter Anteil der modalen Leistung in Überlapp mit den Löchern gebracht werden kann durch sorgfältige Auswahl der strukturellen Merkmalsgrößen unter Verwendung von nur Durchschnittsbrechungsindexeffekten, d.h. ohne Rückgriff auf photonische Bandlückeneffekte.
Weiterhin wurde gezeigt, daß die strukturellen Merkmalsgrößen von typischen Fasern mit Löchern des Standes der Technik, basierend auf Durchschnittsbrechungsindexeffekten schlichtweg versagt haben, um eine signifikanten Modenleistung in den Löchern bereitzustellen, so daß solche Fasern mit Löchern des Standes der Technik niemals effizient Dämpfungsfeldeinrichtungen bereitstellen könnten. Die meisten, wenn nicht alle dieses Typs von Fasern mit Löchern des Standes der Technik wären somit ungeeignet für Dämpfungsfeldeinrichtungsanwendungen, ohne daß dies realisiert wurde.
Die dargestellten Ergebnisse zeigen, daß Fasern mit Löchern und analoge Strukturen tatsächlich nützlich für zukünftige kommerzielle Dämpfungsfeldeinrichtungen werden können. Genauer gesagt, sollten die vorgeschlagenen Fasern mit Löchern tolerant gegenüber Variationen in dem Abstand entlang der Faser sein. Im Gegensatz dazu wird für Fasern mit Löchern, basierend auf der Führung durch photonische Bandlückeneffekte, eine strikte Einhaltung eines konstanten Abstandes erforderlich. Obgleich die vorgeschlagenen Fasern mit Löchern eine im allgemeinen periodische Lochstruktur haben können (wenn auch nur als Artefakt des Fabrikationsprozesses ), wird sich hierauf für die Grundfunktion der Einrichtung nicht verlassen und es könnte darauf verzichtet werden. Die Definitionen der vorgeschlagenen Faser mit Löchern in Abhängigkeit ihres Pitchwertes und der Lochgröße in dem oben ausgeführten und in den folgenden Ansprüchen werden somit als Bedeutung eines Gesamtabstandes und Lochgröße interpretiert, möglicherweise mit einer großen Varianz entlang der Faser.
Referenzen
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3. P. J. Bennett et al.: Optics Letters, Band 24, Seiten 1203 – 1205 (1999)
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6. Kaiser & Astle: The Bell System Technical Journal, Band 53, Seiten 1021 – 1039 (1974)
7. T. A. Birks et al.: OFC '99, Papier FG2 (1999)
8. T. M: Monro et al.: J Lightwave Technology, Band 17, Seiten 1093 – 1102 (1999)
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11. A. Snyder & J. Love: "Optical Waveguide Theory", Chapman & Hall (1995), Kapitel 14
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13. US 5,155,792 : Vali & Chang: Hughes Aircraft Company
14. R. F. Cregan et al.: Science, Band 285, Seiten 1537 – 1539 (1999)

Claims

Optische Faser mit einem Kern und einer Umhüllung, wobei die Umhüllung Löcher enthält, die durch Kavitäten bzw. Mulden definiert werden, die in Längsrichtung entlang der optischen Faser verlaufen und die entlang der optischen Faser benachbart zu dem Kern verteilt sind, um einen Abstand zu definieren, wobei der Abstand zwischen 0,1 und 0,9 μm beträgt, wobei die Löcher eine charakteristische Lochgröße haben und das Verhältnis von Lochgröße zu Abstand größer oder gleich näherungsweise 0,6 ist.
Optische Faser gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen 0,5 und 0,9 μm beträgt.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verhältnis der Lochgröße zu dem Abstand näherungsweise zwischen 0,6 und 0,8 beträgt.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand gleich oder kleiner als näherungsweise 0,75, 0,7 oder 0,6 μm beträgt.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern zumindest ein Loch enthält.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern massiv ist.
Optische Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optische Faser eine Hauptausdehnungsachse hat und die Löcher länglich sind und sich entlang der Hauptausdehnungsachse erstrecken.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Löcher derart angeordnet sind, so daß die optische Faser durch Durchschnittsvolumen-Brechungsindexeffekte leitet.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Löcher derart periodisch angeordnet sind, so daß die Führung bzw. Leitung durch photonische Bandlückeneffekte bewirkt wird.
Verfahren zum Leiten von Licht entlang einer optischen Faser durch mittlere Brechungsindexeffekte, wobei die optische Faser einen Kern und eine Umhüllung hat, wobei die Umhüllung Löcher aufweist, die durch Mulden bzw. Kavitäten definiert werden, die in Längsrichtung entlang der optischen Faser verlaufen und die entlang der optischen Faser verteilt sind, um einen Abstand von zwischen 0,1 und 0,9 μm zu definieren, wobei die Wellenlänge des Lichts zumindest näherungsweise 2,2 mal dem Abstand der Löcher beträgt und wobei die Löcher eine charakteristische Lochgröße haben und das Verhältnis der Lochgröße zu dem Abstand größer oder gleich näherungsweise 0,6 ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Abstand zwischen 0,5 und 0,9 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Verhältnis der Lochgröße zu dem Abstand zwischen näherungsweise 0,6 und 0,8 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Abstand kleiner oder gleich näherungsweise 0,75, 0,7 oder 0,6 μm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die optische Faser eine Hauptausdehnungsachse hat und die Löcher länglich sind und sich entlang der Hauptausdehnungsachse erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Löcher derart angeordnet sind, so daß die optische Faser durch Durchschnittsvolumen-Brechungsindexeffekte leitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Löcher periodisch angeordnet sind, so daß die Führung durch photonische Bandlückeneffekte erhalten wird.