ES2966910T3 - Una fuente de generación de supercontinuo óptico que comprende una fibra óptica microestructurada - Google Patents
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Abstract
La divulgación se refiere a una fibra óptica microestructurada (20) que comprende una región central (22) y una región de revestimiento (24) que rodea la región central. La región de revestimiento comprende una pluralidad de características de revestimiento (21, 26) dentro de un material de fondo de revestimiento, en donde la región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior (27) con al menos un anillo de características de revestimiento interior (21) y una región de revestimiento exterior (28) con al menos tres anillos de revestimiento exterior de elementos de revestimiento exterior (26). Los elementos de revestimiento interior tienen un primer diámetro característico y la región de revestimiento exterior comprende una pluralidad de elementos de revestimiento exterior que tienen un segundo diámetro característico. Cada anillo de características de revestimiento interior comprende puentes de material de fondo de revestimiento que tienen un ancho mínimo promedio W1 que separa las características de revestimiento, y cada anillo de características de revestimiento exterior comprende puentes de material de fondo de revestimiento que tiene un ancho mínimo promedio W2 que separa las características de revestimiento. El ancho mínimo promedio W2 es al menos aproximadamente un 10 % mayor que el ancho mínimo promedio W1 y la región del núcleo tiene un diámetro de al menos aproximadamente 2 μιη. La invención se refiere además a una fibra óptica en cascada con al menos una fibra según la invención así como a una fuente de generación óptica supercontinua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Una fuente de generación de supercontinuo óptico que comprende una fibra óptica microestructurada
La invención se refiere a una fuente de radiación óptica supercontinua que comprende una fibra óptica microestructurada.
Antecedentes de la invención
Las fibras ópticas microestructuradas son bien conocidas en la técnica e incluyen fibras que tienen un núcleo rodeado por un revestimiento que tiene una pluralidad de características de revestimiento dispuestas en un material de fondo, normalmente en una disposición ordenada regular. Las características pueden ser huecos llenos de aire, gas o líquido, o pueden ser un material sólido que tenga un índice de refracción más bajo que el material de fondo. Las fibras ópticas microestructuradas también se denominan "fibras perforadas" y "fibras de cristal fotónico". El revestimiento puede disponerse, por ejemplo, para tener un índice de refracción efectivo que sea menor que el índice de refracción del núcleo y, por tanto, permita la guía de la luz en el núcleo mediante una variación del mecanismo tradicional de reflexión interna total.
La fibra microestructurada puede estar hecha de vidrio de sílice. Se pueden añadir otros materiales al vidrio de sílice para alterar el índice de refracción del mismo o para proporcionar efectos, tales como amplificación de la luz, sensibilidad, etc.
La separación de centro a centro entre las características/orificios de revestimiento se define como el paso (A). Las fibras microestructuradas se caracterizan por el tamaño del núcleo y la relación del tamaño de las características de revestimiento respecto a su separación o paso (A). Al adaptar el tamaño y el paso de las características de revestimiento, la longitud de onda de dispersión cero (ZDW) de la fibra puede adaptarse. En fibras ópticas microestructuradas, por tanto, es posible cambiar la ZDW a longitudes de onda más cortas que la ZDW del material de fondo, normalmente vidrio de sílice; por ello, la ZDW puede adaptarse para permitir la generación de supercontinuo a partir de pulsos ópticos bombeados por un láser de bombeo de una longitud de onda predeterminada.
Cuando los pulsos ópticos se propagan a través de una fibra altamente no lineal, su evolución temporal así como espectral se ve afectada por una multitud de efectos no lineales, así como por las propiedades dispersivas de la fibra. Para pulsos suficientemente intensos, el espectro de pulso se amplía para convertirse en una luz supercontinua.
El documento WO2009/098519 describe una fibra óptica dispuesta para proporcionar generación de supercontinuo hasta longitudes de onda por debajo de 400 nm. La página 7, línea 29 a la página 8, línea 1 describe que una fibra óptica microestructurada 2o del documento WO2009/098519 comprende un núcleo sustancialmente de 4,7 pm de diámetro, un paso A de sustancialmente 3,7 pm y que la relación d/A es sustancialmente 0,77. La página 8, línea 14 22 describe que la fibra 20 es una fibra multimodo, y que el supercontinuo alcanza longitudes de onda de hasta 2550 nm. La longitud de onda de bombeo es de 1064 nm. Como se indica en la página 8, línea 14, la fibra 20 es multimodo a la longitud de onda de bombeo.
En el artículo "Very low zero-dispersion wavelength predicted for single-mode modified-total-internal-reflection crystal fibre" de Jacobsen et al, Journal of Optics A: Pure Appl. OPT 6 (2004) 604-607 se descubrió que para fibras ópticas microestructuradas con núcleo muy pequeño, la longitud de onda de dispersión cero podría estar por debajo de 700 nm mientras que la fibra es monomodo a la longitud de onda de dispersión cero al disponer orificios de aire relativamente grandes cerca del núcleo y orificios de aire más pequeños a una distancia del núcleo.
El documento US 2012/0288247 describe una fibra de cristal fotónico que comprende una primera región revestida y una segunda región revestida. Cada una de una primera región revestida (12) y una segunda región revestida (13) tiene orificios (12a, 13a) que tienen diámetros idénticos y se forman periódicamente de modo que la primera región revestida (12) y la segunda región revestida (13) tengan, cada una, un índice de refracción efectivo menor que un índice de refracción de una región de núcleo (11), siendo el índice de refracción efectivo de la primera región revestida (12) menor que el de la segunda región revestida (13).
El documento US 2005/0069269 describe una fibra óptica para transmitir luz, teniendo dicha fibra óptica una dirección axial y una sección transversal perpendicular a dicha dirección axial, comprendiendo dicha fibra óptica: (1) una primera región de núcleo que comprende un primer material de núcleo que tiene un índice de refracción Nco, 1; (2) una primera región de revestimiento microestructurada que rodea la primera región de núcleo, comprendiendo dicha primera región de revestimiento un primer material de revestimiento y una pluralidad de primeras características o elementos de revestimiento separados que están alargados en la dirección axial de la fibra y dispuestos en el primer material de revestimiento, teniendo dicho primer material de revestimiento un índice de refracción Ncl, 1 y teniendo cada dicha primera característica o elemento de revestimiento un índice de refracción inferior a Ncl, 1 (3) una segunda región de núcleo que rodea dicha primera región de revestimiento, comprendiendo dicha segunda región de núcleo un segundo material de núcleo que tiene un índice de refracción Nco,2, y (4) una segunda región de revestimiento que rodea la segunda región de núcleo, comprendiendo dicha segunda región de revestimiento un segundo material de revestimiento que tiene un índice de refracción Ncl,2, en donde el primer material de núcleo, el primer material de revestimiento y las primeras características de revestimiento, el segundo material de núcleo y el segundo material de revestimiento se seleccionan y disponen de modo que Nco, 1 >Nge,cl, 1, Nco,2>Nge,cl, 1 y Nco,2>Ncl,2.
El documento US 2004/0114897 describe una fibra óptica que comprende una región de núcleo que se extiende a lo largo de un eje X predeterminado, y una región de revestimiento que rodea la región de núcleo. La región de revestimiento 14 comprende regiones primera a (N+ 1 )-ésima de modo que la primera región rodea la región de núcleo, y la región (k+ 1 )-ésima rodea la k-ésima región (k=1, 2... N). Al menos una de las regiones primera a (N+ 1 )-ésima incluye, en un medio principal que tiene un índice de refracción predeterminado, una subregión hecha de un medio auxiliar que tiene un índice de refracción diferente al del medio principal.
El documento CN 102967981 A divulga un ejemplo de fibra de cristal fotónico (PCF) que tiene una región de núcleo, una región de revestimiento interior y regiones de revestimiento exterior.
El documento XP001506667 (Haiet al.: "A novel Defected Elliptical Pore Photonic Crystal Fiber with Ultra-flattened Dispersion and Low Confinement Losses", IEICE Trans. Electron., Vol. E90-C, N.° 8, 8 de agosto de 2007, páginas 1627-1633) divulga, con referencia a la figura 1, PCF con poros elípticos más pequeños en el primer anillo, y con orificios de aire elípticos más grandes en el segundo y tercer anillos.
Descripción de la invención
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una fuente de generación de supercontinuo óptico que comprende una fibra óptica microestructurada como se define en la reivindicación 1 adecuada para generar un supercontinuo monomodo estable que se extiende a longitudes de onda azules, mientras que al mismo tiempo tiene una alta resistencia contra la degradación debido a la luz de alta potencia máxima requerida para generar supercontinuo.
Una fibra microestructurada está dispuesta para proporcionar una salida estable, cuando se lanza luz al interior de un extremo de entrada de la fibra.
En una realización de la presente invención, una fibra óptica microestructurada tiene un núcleo relativamente grande pero sigue siendo una fibra monomodo.
En una realización de la presente invención, una fibra óptica microestructurada puede guiar la luz con un ancho de banda relativamente amplio, por ejemplo, más de aproximadamente 100 nm, por ejemplo, en un espectro de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 1700 nm.
En una realización de la presente invención, el espectro óptico de la fuente se genera de forma sustancialmente exclusiva en el modo fundamental de la fibra.
En una realización de la presente invención, una fuente de luz supercontinua es adecuada para usar en endoscopia, microscopía quirúrgica, microscopía confocal, tomografía de coherencia óptica (OTC), iluminación multimodal, autofluorescencia, mediciones de formación de imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), formación de imágenes moleculares, optogenética, pantallas, caracterización de componentes difusos, caracterización de células solares, caracterización de puntos cuánticos, plasmónica, espectroscopia de transformada de Fourier dispersiva y/o aplicaciones de atrapamiento atómico.
Estos y otros objetivos han sido resueltos por la invención como se define en las reivindicaciones.
Se ha descubierto que la invención o realizaciones de la misma tienen un número de ventajas adicionales que serán claras para el experto en la materia a partir de la siguiente descripción.
A menos que se especifique lo contrario, el término "sustancialmente" debe entenderse en el presente documento que significa que se comprenden variaciones y tolerancias de producto ordinarias.
Todos los detalles estructurales de la fibra óptica, tales como el tamaño del núcleo, diámetros de característica, anchuras de puente y similares se dan en relación con una vista en sección transversal de la fibra a menos que se especifique lo contrario. La fibra óptica microestructurada de la invención tiene una longitud y un eje longitudinal a lo largo de su longitud y comprende una región de núcleo que es capaz de guiar luz a lo largo del eje longitudinal de la fibra óptica. La fibra óptica microestructurada comprende además una región de revestimiento que rodea la región de núcleo. La región de revestimiento comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento dentro del material de fondo de revestimiento. Las características de revestimiento están dispuestas alrededor de la región de núcleo.
En al menos una sección de longitud de doble revestimiento de la fibra, el revestimiento comprende una región de revestimiento interior que comprende al menos un anillo interior de características de revestimiento interior y una región de revestimiento exterior que comprende al menos tres anillos de revestimiento exteriores de características de revestimiento exterior. La región de revestimiento interior es adyacente a la región de núcleo y la región de revestimiento exterior es adyacente a la región de revestimiento interior. Las características de revestimiento interior tienen un primer diámetro característico (di). La región de revestimiento exterior comprende una pluralidad de características de revestimiento exterior que tienen un diámetro característico (d<2>). La región de núcleo es sustancialmente circular con un diámetro de al menos aproximadamente 2 pm. En general, un núcleo más grande será más resistente que un núcleo más pequeño contra la degradación debido a la luz de alta potencia máxima requerida para generar supercontinuo. Se ha descubierto que un núcleo por debajo de 2 pm no es adecuado para la generación de supercontinuo en cualquier aplicación práctica.
Al disponer las características en las regiones de revestimiento interior y exterior, respectivamente, con una geometría nueva y mejorada, se ha descubierto que la fibra óptica obtendrá una combinación deseable de propiedades que incluyen, ser monomodo incluso cuando el núcleo es relativamente grande y ser adecuada para proporcionar un supercontinuo óptico que se extiende a longitudes de onda azules con una salida relativamente estable. Además, sorprendentemente, se ha descubierto que la fibra obtenida sigue siendo monomodal incluso cuando el núcleo tiene un diámetro de 2 pm o más, lo que garantiza que la fibra óptica tenga una alta estabilidad de degradación deseable frente a la luz de alta potencia máxima y que, por lo tanto, la fibra óptica sea altamente adecuada para usar en una fuente de luz de generación de supercontinuo de alta potencia.
Cada anillo de características de revestimiento comprende puentes de material de fondo de revestimiento que separan características adyacentes del anillo. En otras palabras, un "anillo" se compone de características y puentes alternos. Cada puente tiene una anchura mínima determinada como la distancia más corta entre dos características adyacentes de un anillo.
Los términos "anillo interior" y "anillo de revestimiento interior" se usan en el presente documento para indicar un anillo de características y puentes en la región de revestimiento interior y los términos "anillo exterior" y "anillo de revestimiento exterior" se usan en el presente documento para indicar un anillo de características y puentes en la región de revestimiento exterior. El término "puente interior" se usa para indicar un puente en un anillo interior y el término "puente exterior" se usa para indicar un puente en un anillo exterior.
En el contexto de la presente solicitud, la expresión "anillo de características de revestimiento" se refiere a las características de revestimiento que normalmente tienen una distancia sustancialmente igual a la región de núcleo. El anillo más interior de características de revestimiento consiste en que esas características de revestimiento están más cerca de la región de núcleo. El siguiente anillo de características de revestimiento, contado desde la región de núcleo, consiste en aquellas características de revestimiento que están más cerca de las características de revestimiento del anillo más interior, etc. Normalmente, un anillo no es circular, sino que está conformado de acuerdo con la forma de las características de revestimiento, tal como en forma hexagonal. En el contexto de la presente solicitud, la expresión "anillo de características de revestimiento" pretende indicar un anillo completo que comprende todas las características de un anillo como se ha explicado anteriormente. Por tanto, en un anillo de características de revestimiento interior, todas las características de revestimiento dentro del anillo son sustancialmente del mismo tamaño.
En el contexto de la presente solicitud, la expresión "diámetro característico" es una medida del tamaño de una característica de revestimiento. Si la característica de revestimiento es circular, el diámetro característico es el diámetro del círculo de la característica de revestimiento. En caso de que la característica de revestimiento no sea circular, el diámetro característico podría ser el promedio de la extensión máxima y mínima de la característica de revestimiento o el diámetro de un círculo que tiene un área correspondiente a un área calculada o medida de la característica de revestimiento.
La región de revestimiento exterior comprende una pluralidad de características de revestimiento exterior que tienen un diámetro característico que tiene un diámetro promedio de d<2>. En una realización, sustancialmente todas las características de revestimiento exterior tienen un diámetro característico de aproximadamente el diámetro promedio d<2>. Sin embargo, la región de revestimiento exterior puede comprender características de revestimiento exterior de diferentes diámetros característicos.
Los puentes del al menos un anillo interior que tienen una anchura mínima promedio (wi), y los puentes de al menos uno de los anillos de revestimiento exteriores que tienen un anchura mínima promedio (W<2>), donde la anchura mínima promedio (W<2>) de los puentes de los tres anillos exteriores es al menos aproximadamente un 10 % mayor que la anchura mínima promedio (wi) de los puentes del anillo interior.
Al proporcionar el anillo o anillos interiores con puentes que tienen una anchura menor que los puentes de al menos un anillo exterior, se cree que las propiedades de dispersión y las propiedades de confinamiento se desacoplan al menos parcialmente de modo que la región de revestimiento interior es predominantemente responsable de las propiedades de dispersión y la región de revestimiento exterior es predominantemente responsable de las propiedades de confinamiento. De este modo, ahora es posible optimizar las propiedades de dispersión y las propiedades de confinamiento, mucho más libremente.
Seleccionando la anchura de puente relativa de los anillos interior y exterior puede eliminarse al menos el primer modo de orden superior para la longitud de onda seleccionada que comprende longitudes de onda en el intervalo visible. Esto se proporciona construyendo los anillos interior y exterior de modo que el modo o modos de orden superior estén al menos parcialmente confinados por la región de revestimiento interior, pero al mismo tiempo la región de revestimiento exterior no limita el modo o modos de orden superior a las longitudes de onda deseadas. Ventajosamente, los puentes del al menos un anillo interior que tienen una anchura mínima sustancialmente igual (wi), preferentemente la anchura mínima promedio (W<2>) del al menos un puente de anillo exterior es al menos aproximadamente un 20 %, tal como al menos aproximadamente un 50 % mayor que la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior.
La anchura mínimo promedio (W<2>) de los al menos tres puentes de anillo exterior es al menos aproximadamente un 10%, tal como al menos aproximadamente un 20%, tal como al menos aproximadamente un 50% mayor que la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior.
Para garantizar un alto grado de eliminación del modo de orden superior, generalmente se desea que la anchura mínima promedio (W<2>) de los al menos tres puentes de anillo exterior es de aproximadamente un 15 % a aproximadamente un 150 % mayor que la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior.
La anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior puede ser, en principio, tan pequeña como sea mecánicamente posible. Por ejemplo, una anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior de aproximadamente 0,3 pm es operable.
Cuanto más pequeña sea la anchura mínima (wi) más se aproximará la fibra en principio a una hebra de sílice rodeada por una capa de aire y la región de revestimiento exterior, donde el espesor de la capa de aire es el espesor axial de la región de revestimiento interior. A menos que se especifique lo contrario, el espesor axial de la región de revestimiento interior se determina desde la región de núcleo hasta una frontera r entre la región de revestimiento interior y la región de revestimiento exterior, en donde la frontera es una línea que rodea el revestimiento interior con una distancia mínima a las características del revestimiento interior igual a la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior.
Ventajosamente, la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior es de aproximadamente i,2 pm o menos, tal como aproximadamente i pm o menos, tal como aproximadamente 0,8 pm o menos, tal como aproximadamente 0,6 pm o menos, tal como de aproximadamente 0,4 a aproximadamente i,2 pm. En una realización, la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior es menor que una longitud de onda de dispersión cero ZDW del modo de núcleo fundamental. Cuando el núcleo tiene dos longitudes de onda de dispersión cero (ZDW de núcleo), se prefiere que la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior sea más pequeña que la más inferior de las ZDW del núcleo.
En una realización la anchura mínima promedio (w<2>) de los al menos tres puentes de anillo exterior es mayor que la longitud de onda de dispersión cero ZDW del modo de núcleo fundamental.
El tamaño real de la anchura mínima promedio (w<2>) es aproximadamente un i0 % mayor que la anchura mínima (wi) de los al menos un puentes de anillo de revestimiento interior hasta donde el revestimiento ya no confina el modo fundamental.
Ventajosamente, la anchura mínima promedio (w<2>) de los al menos tres puentes de anillo exterior es mayor que aproximadamente i pm, tal como al menos aproximadamente i,2 pm, tal como al menos aproximadamente i,5 pm, tal como al menos aproximadamente 2 pm.
La sección de longitud de doble revestimiento de la fibra óptica debería tener ventajosamente una longitud que sea suficiente para acoplar al menos un primer modo de orden superior (L P ii) fuera del núcleo.
El primer modo de orden superior (L P ii) debería acoplarse ventajosamente fuera del núcleo para al menos un intervalo de longitud de onda deseado que comprende luz visible, tal como un intervalo de longitud de onda que comprende al menos aproximadamente i00 nm, tal como al menos aproximadamente 500 nm dentro del intervalo de 400 nm a i700 nm.
Preferentemente, la sección de longitud de doble revestimiento es de al menos aproximadamente i0 cm, tal como al menos aproximadamente 25 cm, tal como al menos aproximadamente 50 cm.
Ventajosamente, la sección de longitud de doble revestimiento se extiende sustancialmente por toda la longitud de la fibra.
La expresión "sustancialmente toda la longitud de la fibra" se usa para significar que se pueden incluir o no unos pocos mm de cada extremo de la fibra. Muy a menudo, por ejemplo, para evitar contaminaciones en las características donde las características no son sólidas, dichas características se colapsan o "cierran" con material de sílice.
En una realización, una pluralidad de características de revestimiento exterior que tienen un diámetro característico menor que el primer diámetro característico (d-i), en donde el primer diámetro característico (d-i) es al menos aproximadamente un 10 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior.
Debería tenerse en cuenta, que la expresión "el primer diámetro característico (di) es al menos un 10 % mayor" tiene su significado matemático normal, a saber "di > 1,1d2".
Cuando el revestimiento de la fibra microestructurada comprende una región de revestimiento interior que tiene características de revestimiento interior y un revestimiento exterior con características de revestimiento exterior, donde las características de revestimiento interior son mayores que el tamaño promedio de las características de revestimiento exterior, la fibra óptica microestructurada es adecuada para proporcionar un supercontinuo estable tras el lanzamiento de una luz de bombeo apropiada al interior de la fibra microestructurada. Se ha descubierto que las características de revestimiento interior relativamente grandes ayudan a obtener luz a longitudes de onda cortas, por ejemplo hasta tan solo 450 nm, 400 nm o incluso por debajo de 400 nm. Las características de revestimiento exterior relativamente pequeñas ayudan a hacer de la fibra microestructurada una fibra monomodo. Es más, ha resultado que al lanzar una luz de bombeo apropiada al interior de la fibra microestructurada de la invención, la fibra es capaz de proporcionar radiación supercontinua con una mayor estabilidad. Asimismo, cuando la fibra microestructurada se usa para la generación de supercontinuo mediante el lanzamiento de radiación de bombeo suficientemente potente al interior de la fibra, el espectro resultante de la radiación supercontinua es más plano en función de la longitud de onda en comparación con los espectros supercontinuos obtenidos por una fibra microestructurada que tiene un revestimiento con características de revestimiento de tamaños sustancialmente idénticos. Seleccionar el primer diámetro característico (d<1>) y el diámetro promedio (d<2>), en donde el primer diámetro característico (d<1>) es al menos un 10 % mayor que el diámetro promedio (d<2>), proporciona una fibra óptica en donde un índice de refracción efectivo de la región de revestimiento interior es menor que un índice de refracción efectivo de la región de revestimiento exterior. Debería tenerse en cuenta, que para determinar el índice de refracción efectivo de la región de revestimiento interior, un método es considerarlo como al menos sustancialmente idéntico a un índice de refracción efectivo de una región de revestimiento en donde la estructura de la región de revestimiento interior se repite infinitamente. Cuando la región de revestimiento exterior comprende al menos tres anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior, la pérdida por fuga de la fibra óptica microestructurada se mantiene mínima.
Cuando la región de núcleo tiene un diámetro de al menos aproximadamente 2 pm, como se ha mencionado, se garantiza que la fibra óptica sea capaz de soportar las potencias necesarias para la generación supercontinua y/o alta potencia en general.
Cuando se desea una resistencia a la degradación aún mayor, la fibra puede cargarse ventajosamente con hidrógeno y/o deuterio, por ejemplo, como se describe en el documento US 2011/0116283 o en el documento US 8.145.023 o como se describe en el documento DK PA 201470800 también en tramitación.
En una realización, un diámetro exterior de la región de revestimiento exterior y el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior están dimensionados para permitir que la fibra óptica microestructurada guíe la luz a longitudes de onda por encima de 2000 pm. Por ello, se garantiza que la luz a longitudes de onda relativamente altas no se escape de la fibra debido a la falta de confinamiento. Debido al confinamiento de la luz a longitudes de onda relativamente altas, dicha fibra es adecuada para la generación de supercontinuo, en donde el espectro también alcanza longitudes de onda bajas, tales como longitudes de onda por debajo de 500 nm, 450 nm, o incluso por debajo de 400 nm. Esto se debe, al menos en parte, a la coincidencia de velocidad de grupo entre longitudes de onda altas y bajas del espectro supercontinuo. El primer diámetro característico también está dimensionado ventajosamente para ayudar en el confinamiento de la luz a longitudes de onda relativamente altas.
En una realización, el primer diámetro característico (d<1>) es al menos un 15 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, tal como al menos un 20 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, tal como al menos un 25 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, tal como al menos un 30 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, tal como al menos un 35 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior. Cuando las características de revestimiento interior son relativamente mayores que las características de revestimiento exterior, la fibra microestructurada es monomodo a longitudes de onda más bajas. Es más, se mejora la estabilidad de un extremo de salida de la fibra óptica microestructurada, cuando la luz de bombeo se lanza al interior de un extremo de entrada. Asimismo, cuando la luz de bombeo se lanza al interior de un extremo de entrada, las características de revestimiento interior más grandes ayudarán a generar luz a longitudes de onda cortas del espectro.
En una realización, la fibra microestructurada es una fibra no lineal, una fibra para generación de supercontinuo o una fibra de suministro pasiva.
Ventajosamente, para una producción simple, la fibra óptica no está ahusada.
En una realización, la región de núcleo es sustancialmente circular y tiene un diámetro entre aproximadamente 2 |jm y aproximadamente 6 jm , preferentemente entre aproximadamente 2,5 jm y aproximadamente 5 jm , preferentemente entre aproximadamente 3 y aproximadamente 4 jm . Una fibra óptica microestructurada que tiene un diámetro de núcleo de este tipo es adecuada para la generación de supercontinuo lanzando luz de bombeo al interior de un extremo de entrada de la fibra.
En una realización, la región de núcleo de la fibra microestructurada es sustancialmente circular y tiene un diámetro mayor que aproximadamente 10 jm , preferentemente mayor que aproximadamente 12 jm , preferentemente mayor que aproximadamente 15 jm , preferentemente mayor que aproximadamente 20 jm , preferentemente mayor que aproximadamente 30 jm . Una fibra óptica microestructurada que tiene un diámetro de núcleo de este tipo es una fibra de área modal grande que puede usarse como una fibra de suministro dispuesta para mover o guiar la luz sin cambiar considerablemente sus propiedades. Es más, una fibra microestructurada que tiene un área modal grande como se ha indicado anteriormente está dispuesta para guiar la luz en un ancho de banda bastante grande de más de 100 nm en monomodo. Por ejemplo, la fibra óptica microestructurada podrá guiar la luz en el intervalo de longitud de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 1700 nm. Es más, la fibra microestructurada con las dimensiones anteriores será adecuada para atrapamiento atómico de la luz.
Ventajosamente, la región de núcleo tiene un diámetro sustancialmente idéntico a lo largo de sustancialmente toda la longitud de la fibra.
En una realización, la región de núcleo comprende un material de fondo de núcleo, en donde el material de fondo de núcleo está dopado con material dopante que disminuye el índice de refracción de la región de núcleo en comparación con el material de fondo de núcleo no dopado. Los ejemplos de dicho material dopante comprenden flúor y boro. Cuando la región de núcleo comprende elementos de reducción del índice de refracción, la fibra óptica microestructurada se convierte en una fibra monomodo a longitudes de onda más bajas. El material de fondo de núcleo puede ser sustancialmente idéntico al material de fondo de revestimiento, por ejemplo vidrio de sílice. Sin embargo, de acuerdo con esta realización, la región de núcleo tiene un índice de refracción reducido en comparación con un material de fondo de núcleo no dopado.
En una realización, la región de núcleo está microestructurada, por ejemplo, tal como se describe en el documento DK PA 201400545.
En una realización, la región de revestimiento interior comprende uno, dos o tres anillos interiores de características de revestimiento interior. Este número de anillos interiores de características de revestimiento es suficiente para obtener el efecto de que el espectro supercontinuo generado incluirá longitudes de onda cortas, por ejemplo hasta tan solo 450 nm, 400 nm o incluso por debajo de 400 nm, cuando se lanza la luz de bombeo apropiada al interior de la fibra.
En una realización donde hay más de un anillo interior, es deseable que la anchura mínima de los puentes de los anillos interiores sea sustancialmente idéntica. Ventajosamente, la región de revestimiento interior comprende solo un anillo de características de revestimiento interior. Cuando solo hay un anillo interior con puentes relativamente estrechos, como con la anchura mínima (w-i) como se ha descrito anteriormente, la región de revestimiento interior se suma al efecto de que el espectro supercontinuo generado incluirá longitudes de onda cortas, por ejemplo hasta tan solo 450 nm, 400 nm o incluso por debajo de 400 nm, cuando se lanza la luz de bombeo apropiada al interior de la fibra, mientras que, al mismo tiempo, la región de revestimiento interior es demasiado delgada (determinada en dirección axial desde el núcleo a la región de revestimiento exterior) para confinar la luz en el núcleo. La región de revestimiento exterior sirve para confinar el modo fundamental del núcleo, mientras que simultáneamente permite eliminar los modos de núcleo de orden superior.
En una realización, el espesor de la región de revestimiento interior determinado en dirección axial desde el núcleo a la región de revestimiento exterior es ventajosamente menor que aproximadamente el 80 % del diámetro del núcleo, tal como aproximadamente el 70 % del diámetro del núcleo o menos, tal como aproximadamente el 60 % del diámetro del núcleo o menos, tal como aproximadamente el 50 % del diámetro del núcleo o menos. Se ha descubierto que la fibra óptica con una región de revestimiento interior relativamente delgada, tal como una región de revestimiento con un espesor del 80 % del diámetro del núcleo o menos o preferentemente con un espesor del 50 % del diámetro del núcleo o menos es muy adecuada para usar en la generación de supercontinuo para obtener luz monomodo azul que se extiende por debajo de 400 nm. La región de revestimiento interior estrecha garantiza una eliminación casi completa de al menos el primer modo de orden superior en el intervalo de luz visible.
En una realización, las características de revestimiento interior de la región de revestimiento interior están dispuestas a un primer paso (A<1>) y las características de revestimiento exterior de la región de revestimiento exterior están dispuestas a un segundo paso (A<2>). Las características de revestimiento interior en la región de revestimiento interior tienen un primer tamaño de característica de revestimiento relativo (d<1>/A<1>) y las características de revestimiento exterior en la región de revestimiento exterior tienen un segundo tamaño de característica de revestimiento relativo (d<2>/A<2>), donde la diferencia (di/Ai - d<2>/A<2>) entre el primer tamaño de característica de revestimiento relativo y el segundo tamaño de característica de revestimiento relativo es mayor que aproximadamente 0,1, preferentemente mayor que aproximadamente 0,15, preferentemente mayor que aproximadamente 0,2, preferentemente mayor que aproximadamente 0,25, preferentemente mayor que aproximadamente 0,3. En el contexto de esta solicitud, el término "paso (A)" pretende indicar la separación entre características de revestimiento vecinas, por ejemplo la distancia entre los centros de dos características de revestimiento adyacentes. La expresión 'tamaño de característica de revestimiento relativo (d/A)' también se denomina 'relación de llenado de aire' en caso de que las características de revestimiento sean huecos llenos de aire. Cuando el valor numérico absoluto de la diferencia entre el primer tamaño de característica de revestimiento relativo y el segundo tamaño de característica de revestimiento relativo es como se indica, se alcanza un equilibrio apropiado entre los efectos obtenidos por las características más grandes en la región de revestimiento interior y las características más pequeñas en la región de revestimiento exterior. Para obtener propiedades monomodo para la fibra óptica, es ventajoso que la diferencia (di/Ai - d<2>/A<2>) entre el primer tamaño de característica de revestimiento relativo y el segundo tamaño de característica de revestimiento relativo sea tan grande como sea posible, sin embargo, si la diferencia es demasiado grande, la luz no se puede confinar suficientemente dentro de la fibra óptica y, de ese modo, se pierde luz. Los valores indicados anteriormente de la diferencia son valores mediante los que se alcanza un equilibrio apropiado.
En una realización, la diferencia entre el primer diámetro característico (di) y el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior es mayor que aproximadamente 0,3 pm, preferentemente mayor que aproximadamente 0,4 pm, preferentemente mayor que aproximadamente 0,5 pm, preferentemente mayor que aproximadamente 0,6 pm. Por ello, se alcanza un equilibrio apropiado entre los efectos obtenidos por las características más grandes en la región de revestimiento interior y las características más pequeñas en la región de revestimiento exterior.
En una realización, el primer diámetro característico es mayor que aproximadamente i,5 pm, tal como mayor que aproximadamente i,8 pm, tal como mayor que aproximadamente 2,0 pm, tal como mayor que aproximadamente 2,2 pm, tal como mayor que aproximadamente 2,4 pm, tal como mayor que aproximadamente 2,6 pm, tal como mayor que aproximadamente 2,8 pm. Una fibra óptica microestructurada que tiene primeras características de revestimiento con el primer diámetro característico indicado es una fibra, en la que es posible generar un espectro supercontinuo que tiene longitudes de onda muy cortas, tales como menos de 400 nm o menos de 450 nm, en combinación con el hecho de que la fibra óptica microestructurada es una fibra monomodo, al menos en una parte muy grande del espectro, por ejemplo a partir de 800 nm y por encima.
En una realización, el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior está entre aproximadamente i , i pm y i,8 pm, tal como entre aproximadamente i , i5 pm y aproximadamente i,7 pm, tal como entre aproximadamente i,2 pm y aproximadamente i,5 pm, tal como aproximadamente i,3 pm. Debería tenerse en cuenta, sin embargo, que la limitación general de que el primer diámetro característico es al menos aproximadamente un i0 % mayor que el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior, por supuesto, aún se mantiene. Por lo tanto, no todas las combinaciones del primer diámetro característico indicado anteriormente y el diámetro promedio de la característica de revestimiento exterior son posibles. Una fibra óptica microestructurada que tiene un diámetro promedio de las características de revestimiento exterior como se ha indicado anteriormente es muy adecuada para obtener el confinamiento de la luz en un amplio espectro de longitudes de onda.
En una realización, el primer paso (Ai) y el segundo paso (A<2>) están, cada uno, entre aproximadamente 2,5 pm y aproximadamente 3,5 pm. Estos valores del primer y el segundo paso dan como resultado una región de núcleo relativamente pequeña de 2 pm o mayor, tal como 3 pm o mayor, lo que a su vez ayuda a obtener un espectro supercontinuo que incluye longitudes de onda muy cortas, por ejemplo, por debajo de 450 nm, por debajo de 400 nm o incluso hasta tan solo aproximadamente 350 nm.
En una realización, las características del al menos un anillo interior de la región de revestimiento interior son ovaladas con un diámetro más grande y un diámetro más pequeño perpendicular que tiene una relación de aspecto de aproximadamente i : i ,2 a aproximadamente i:3, preferentemente de aproximadamente i : i ,5 a aproximadamente i:2,5, preferentemente, las características del al menos un anillo interior de la región de revestimiento interior están orientadas con su diámetro más pequeño en dirección radial con respecto al eje longitudinal de la fibra óptica. Al disponer las características del anillo interior con su diámetro más pequeño en dirección radial con respecto al eje longitudinal de la fibra óptica, el espesor resultante de la región de revestimiento interior es relativamente bajo y preferentemente del 80 % o menos, tal como aproximadamente el 50 % o menos del diámetro del núcleo. En la misma baldosa se desea que solo haya un anillo interior.
En una realización, la región de revestimiento interior tiene un índice de refracción efectivo más bajo que la región de revestimiento exterior. En esta realización, las características de la región de revestimiento interior tienen ventajosamente un diámetro característico que es mayor que el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior.
En una realización, la región de revestimiento interior tiene un índice de refracción efectivo que es igual o mayor que el índice de refracción efectivo de la región de revestimiento exterior. En esta realización, las características de la región de revestimiento interior tienen ventajosamente un diámetro característico que es menor que el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior. Preferentemente, el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior, incluidas las características de los al menos 3 anillos exteriores, es al menos aproximadamente un 10% mayor, tal como al menos aproximadamente un 20% mayor, tal como al menos aproximadamente un 50 % mayor que el diámetro característico de los elementos de revestimiento interior.
En una realización, el diámetro característico de las características de revestimiento interior es aproximadamente la mitad o menos que el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior que incluyen las características de los al menos 3 anillos exteriores.
Además, en esta o en otra realización, las características de la región de revestimiento interior están dispuestas a un primer paso (A-i) y las características de la región de revestimiento exterior están dispuestas a un segundo paso (A<2>), en donde el segundo paso es mayor que el primer paso, tal como al menos aproximadamente un 10% mayor, preferentemente al menos aproximadamente un 25 % mayor, más preferentemente al menos aproximadamente un 50 % mayor.
El segundo paso (A<2>) es ventajosamente de al menos aproximadamente 2,5 pm para garantizar una eliminación del modo de orden superior suficiente.
Preferentemente, la región de revestimiento interior tiene un espesor radial que es de aproximadamente el 80 % o menos con respecto al diámetro del núcleo, tal como aproximadamente el 60 % o menos, con respecto al diámetro del núcleo.
En una realización, el segundo paso es al menos aproximadamente el doble del primer paso.
En una realización de la fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención, las características de revestimiento de las regiones de revestimiento interior y exterior están dimensionadas de modo que el índice de refracción efectivo más alto de la región de revestimiento sea mayor que el índice efectivo de los modos de núcleo de orden superior a aproximadamente 1400 nm y por encima; preferentemente a aproximadamente 1200 nm y por encima, preferentemente a aproximadamente 1100 nm y por encima, preferentemente a aproximadamente 1050 nm y por encima, preferentemente a aproximadamente 1030 nm y por encima. Cuando el índice de refracción efectivo más alto de la región de revestimiento es mayor que el índice efectivo de los modos de núcleo de orden superior para un intervalo de longitud de onda dado, dichos modos de núcleo de orden superior no se guían en la fibra óptica microestructurada en el intervalo de longitud de onda dado. Por ello, se obtiene que la fibra es monomodo dentro del intervalo de longitud de onda dado debido al hecho de que solo se guía el modo de núcleo fundamental.
En una realización, las características de revestimiento son huecos llenos de aire, llenos de gas o llenos de líquido, o vidrio que tiene un índice de refracción más bajo que el material de base, por ejemplo vidrio de sílice dopado con flúor.
En una realización, la fibra tiene una pérdida de transmisión por debajo de 1 dB/m para el modo fundamental de luz a longitudes de onda entre aproximadamente 400 nm y aproximadamente 2300 nm cuando se lanza luz al interior de la fibra. El número de anillos de revestimiento exterior y el tamaño de las características de revestimiento exterior se eligen para proporcionar suficiente confinamiento del modo fundamental de luz para proporcionar esta baja pérdida de transmisión.
En una realización, la región de núcleo de la fibra microestructurada comprende un primer índice de refracción y la región de revestimiento interior comprende un segundo índice de refracción de modo que el valor A entre la región de núcleo y el índice de refracción máximo para la región de revestimiento en su conjunto es menor que aproximadamente 0,03, tal como menor que aproximadamente 0,025. El valor A proporciona una medida del grado en el que la fibra óptica es una fibra monomodo. Un valor A pequeño corresponde a que la fibra óptica es monomodo en gran medida.
En forma numérica, el valor A se da como: A=(nc-neff,cl)/nc, donde nc es el índice del núcleo y neff,cl es el índice efectivo del revestimiento.
El índice de refracción del núcleo viene dado por el índice de refracción del material base y, en general, es fácil de medir. El índice efectivo del revestimiento es una cantidad calculada. Un experto en la materia usaría el método de relleno de espacio fundamental para calcular el índice efectivo del revestimiento. El valor A puede determinarse directa e inequívocamente mediante el material base del revestimiento y el núcleo en combinación con el tamaño del núcleo, el diámetro de los orificios de aire en el revestimiento (d) y su separación o paso (A).
En una realización, la fibra es una fibra monomodo para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 350 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 500 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 600 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 700 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 800 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 900 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1000 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1100 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1200 nm.
En una realización, la región de revestimiento exterior comprende al menos cuatro anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior, tales como al menos cinco anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior, tales como al menos seis anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior, tales como siete anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior. Un número aumentado de anillos de revestimiento exterior de características de revestimiento exterior ayuda a confinar la luz dentro de la fibra óptica reduciendo la pérdida por fuga.
En una realización, la región de revestimiento exterior tiene un índice de refracción efectivo más alto que el índice efectivo de al menos los primeros modos de núcleo de orden superior a longitudes de onda que abarcan al menos aproximadamente 100 nm, tales como al menos aproximadamente 500 nm en el intervalo de longitud de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 2400 nm.
En una realización, las características de revestimiento tienen un índice de refracción que es menor que el índice de refracción del material de fondo de revestimiento, preferentemente, las características de revestimiento son huecos no sólidos opcionalmente rellenos con aire u otro gas o mezcla de gases.
Para proporcionar una generación de supercontinuo deseada que abarca al menos de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 1700 nm, se desea que la fibra óptica tenga una longitud de onda de dispersión cero de aproximadamente 860 nm a aproximadamente 1400 nm. Preferentemente, la fibra óptica tiene una longitud de onda de dispersión cero de aproximadamente 900 nm a aproximadamente 1200 nm, y la fibra es monomodo al menos a la longitud de onda de dispersión cero y preferentemente al menos en el intervalo de longitud de onda de 200 nm a -200 nm con respecto a la longitud de onda de dispersión cero, más preferentemente en todo el intervalo de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 1700 nm.
En una realización, una fibra óptica en cascada comprende
a. Una primera fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención como se ha descrito anteriormente, b. Una segunda fibra óptica que comprende una segunda región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal de la segunda fibra óptica y una segunda región de revestimiento que rodea la segunda región de núcleo.
En esta realización, un diámetro de campo modal de la primera óptica microestructurada es mayor que un diámetro de campo modal de la segunda fibra óptica microestructurada. La primera fibra óptica microestructurada está conectada ópticamente a la segunda fibra óptica, preferentemente por empalme. La segunda fibra óptica también podría ser una fibra microestructurada de acuerdo con la invención, a saber una fibra que tiene características de revestimiento de diferentes tamaños, o podría ser una fibra óptica microestructurada que tiene un revestimiento con características de revestimiento que son todas de tamaños sustancialmente idénticos. Una fibra óptica en cascada de este tipo es ventajosa para proporcionar una combinación de efectos a partir de la fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención y la segunda fibra óptica. En una realización, la primera fibra óptica microestructurada se usa como una fibra de entrada de modo que se garantiza que la luz emitida desde la fibra de entrada hacia la segunda fibra óptica sea luz monomodo. En este caso, incluso si la segunda fibra óptica es una fibra multimodo, la salida de luz desde la segunda fibra óptica sería sustancialmente monomodo debido al hecho de que la entrada de luz en la segunda fibra óptica desde la primera fibra óptica era luz monomodo.
La segunda fibra óptica podría ser una pasiva robusta. Como alternativa, la segunda fibra óptica podría ser una fibra dispuesta para detener la dispersión. En este caso, la segunda fibra óptica podría ser ventajosamente la fibra dispuesta para emitir luz.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "diámetro de campo modal" pretende indicar el diámetro del modo fundamental en el que la intensidad de campo óptico se reduce a 1/e de su valor máximo. Esto corresponde al diámetro de la posición radial donde la intensidad de la luz cae a e-2 de la intensidad de luz máxima, ya que la densidad de intensidad de la luz es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo óptico.
El diámetro de campo modal está determinado por la apertura numérica y la longitud de onda de corte de la fibra y está relacionado con el diámetro del núcleo de fibra. En general, el diámetro de campo modal es del mismo orden de magnitud que el diámetro físico del núcleo de fibra.
En una realización, la sección de longitud de doble revestimiento de la primera fibra óptica microestructurada se extiende sustancialmente por toda la longitud de la fibra y la segunda fibra óptica comprende al menos una única sección de longitud de revestimiento, preferentemente la segunda fibra óptica es una única fibra de revestimiento en toda su longitud.
De acuerdo con una realización, una segunda fibra óptica en cascada comprende un primer y un segundo segmento de fibra, en donde
a. el primer segmento de fibra comprende una fibra óptica monomodo, comprendiendo la fibra óptica monomodo una tercera región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal de la fibra óptica monomodo y una tercera región de revestimiento que comprende pequeñas características de revestimiento, y b. el segundo segmento de fibra comprende una cuarta región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal del segundo segmento de fibra y una cuarta región de revestimiento que comprende grandes características de revestimiento.
En esta segunda fibra óptica en cascada, un diámetro de campo modal de los primero y segundo segmentos de fibra son sustancialmente idénticos, y los primero y segundo segmentos de fibra están conectados ópticamente, por ejemplo empalmándose entre sí, para que la luz se guíe desde el primer segmento de fibra hasta y/o desde el segundo segmento de fibra.
En esta realización, el primer segmento de fibra tiene un revestimiento completo que tiene características de revestimiento de tamaño sustancialmente igual. Es más, el segundo segmento de fibra tiene un revestimiento completo que tiene características de revestimiento de tamaño sustancialmente igual. Sin embargo, el tamaño de las características de revestimiento del segundo segmento de fibra es mayor que el tamaño de las características de revestimiento del primer segmento de fibra. El segundo segmento de fibra puede ser ventajosamente una denominada fibra azul dispuesta para crear un espectro supercontinuo que se extiende hasta longitudes de onda azules (hasta por debajo de 500 nm, 450 nm o incluso por debajo de 400 nm).
Debido al revestimiento híbrido de la fibra óptica microestructurada, esta fuente de radiación supercontinua está dispuesta para proporcionar un espectro supercontinuo más plano y más estable en comparación con una fuente que usa una fibra óptica microestructurada que tiene un revestimiento con características de revestimiento de tamaño sustancialmente igual en toda una sección transversal a través de la fibra perpendicular a la dirección longitudinal de la misma. El término "espectro plano" pretende indicar que la variación de potencia del espectro en función de la longitud de onda es pequeña. Un espectro estable pretende indicar que el espectro no fluctúa sustancialmente y que el espectro no se desvía. En su lugar, el espectro estable permanece sustancialmente sin cambios en función del tiempo.
Preferentemente, la fibra óptica microestructurada usada en la fuente de la invención está dispuesta para proporcionar un espectro supercontinuo que se extiende hasta longitudes de onda de luz azul, tales como, por ejemplo, hasta tan solo 450 nm, 400 nm o incluso por debajo de 400 nm.
De acuerdo con una realización de la fuente de acuerdo con la invención, el supercontinuo óptico se genera de forma sustancialmente exclusiva en el modo fundamental de la fibra.
Ventajosamente, la fibra óptica microestructurada, al menos en su extremo de entrada y preferentemente a lo largo de la mayor parte de la fibra, tal como a lo largo de sustancialmente toda su longitud, es monomodo a la longitud de onda de bombeo.
En una realización, la fibra óptica microestructurada de la fuente de generación de supercontinuo óptico es una fibra óptica en cascada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 38 o 39 y el láser de bombeo está dispuesto para lanzar la radiación de bombeo al interior de la primera fibra óptica microestructurada en una entrada de la misma.
En una realización de la fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la invención, la longitud de onda de bombeo está entre aproximadamente 1000 nm y aproximadamente 1100 nm, preferentemente entre aproximadamente 1030 nm y aproximadamente 1070 nm, tal como aproximadamente 1030 nm o aproximadamente 1064 nm. Esto es práctico debido al hecho de que existe una diversidad de fuentes de bombeo a estas longitudes de onda.
En una realización, la fuente de generación de supercontinuo óptico comprende además una unidad de filtrado espectral, dispuesta para filtrar la salida de la fuente de supercontinuo a una salida de SC filtrada que tiene una longitud de onda central de A1 y un ancho de banda de salida BW1, en donde al menos una de la longitud de onda central de A1 y el ancho de banda de salida BW1 es sintonizable. El ancho de banda de salida BW1 es ventajosamente sintonizable por etapas con etapas de menos de aproximadamente 5 nm. La unidad de filtrado espectral, por ejemplo, comprende un AOTF.
En una realización, la invención se refiere a un uso de una fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la invención para aplicaciones de endoscopia y microscopía quirúrgica.
En aplicaciones tales como endoscopia y microscopía quirúrgica, existe la necesidad de luz brillante e iluminación suave de color verdadero para distinguir entre ciertos tipos de tejido. Preferentemente, esta luz debería guiarse a través de una guía de ondas óptica delgada para una mejor cicatrización de heridas después de una cirugía mínimamente invasiva.
En el contexto de la presente invención, la expresión "supercontinuo" se refiere a una señal espectralmente amplia. El supercontinuo debe tener un "borde azul" que define el límite inferior del espectro y un "borde rojo" que define el límite superior del espectro. En una fibra óptica de sílice, el borde azul puede estar a una longitud de onda en el intervalo de 300 nm a 600 nm, tal como en el intervalo de 350 nm a 550 nm y el borde rojo puede estar a una longitud de onda en el intervalo de 1300 nm a 2400 nm, tal como en el intervalo de 1600 nm a 2400 nm. La anchura espectral del supercontinuo puede definirse como la diferencia entre la longitud de onda de los bordes rojo y azul. La anchura espectral puede ser más de 100 nm, tal como más de 150 nm, tal como más de 300 nm, tal como más de 500 nm, tal como más de 750 nm, tal como más de 1000 nm, tal como más de 1500 nm, tal como más de 2000 nm, tal como más de 2500 nm, tal como más de 3000 nm.
En una fibra óptica microestructurada, la región de núcleo puede definirse como la región inmediatamente rodeada por características de revestimiento. El núcleo puede verse como un defecto en la estructura de las características de revestimiento, tal como una característica de revestimiento faltante.
La invención también se refiere a un método de iluminación adecuado para usar para realizar un procedimiento seleccionado de endoscopia, microscopía quirúrgica, microscopía confocal, tomografía de coherencia óptica (OTC), iluminación multimodal, autofluorescencia, mediciones de formación de imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), formación de imágenes moleculares, optogenética, pantallas, caracterización de componentes difusos, caracterización de células solares, caracterización de puntos cuánticos, plasmónica, espectroscopia de transformada de Fourier dispersiva y/o aplicaciones de atrapamiento atómico.
Comprendiendo el método proporcionar una fuente de generación de supercontinuo óptico como se ha descrito anteriormente, lanzar la radiación de bombeo al interior de la fibra óptica microestructurada en su extremo de entrada, generar un supercontinuo dentro de la fibra óptica microestructurada y emitir al menos una fracción del supercontinuo hacia un objetivo que se someterá al procedimiento.
Debido a la alta estabilidad de la fuente de generación de supercontinuo óptico de la invención, se ha descubierto que la fuente de generación de supercontinuo óptico es muy adecuada para usar en procedimientos de iluminación donde se van a usar varias longitudes de onda simultáneamente o en un orden de conmutación, por ejemplo, alterno. El uso preferido de la generación de supercontinuo óptico de acuerdo incluye el uso para fines de iluminación y sensor en procedimientos que comprenden endoscopia, microscopía quirúrgica, microscopía confocal, tomografía de coherencia óptica (OTC), iluminación multimodal, autofluorescencia, mediciones de formación de imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), formación de imágenes moleculares, optogenética, pantallas, caracterización de componentes difusos, caracterización de células solares, caracterización de puntos cuánticos, plasmónica, espectroscopia de transformada de Fourier dispersiva y/o aplicaciones de atrapamiento atómico.
En una realización, la fuente de generación de supercontinuo óptico de la invención se usa ventajosamente para monitorizar uno o más parámetros del ojo de un paciente durante una o más sesiones que comprenden, por ejemplo, uno o más de los procedimientos de monitorización descritos en el documento US 2014/0232988.
En una realización, la fuente de generación de supercontinuo óptico de la invención se usa ventajosamente para escanear un ojo, por ejemplo, como se describe en el documento US 2014/0333978 o en el documento US 2014/0288417.
La invención también se refiere a una fuente de iluminación adecuada para usar en al menos una de endoscopia, microscopía quirúrgica, microscopía confocal, tomografía de coherencia óptica (OTC), iluminación multimodal, autofluorescencia, mediciones de formación de imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF); transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET), espectroscopia de banda ancha, nanofotónica, citometría de flujo, inspección industrial, espectroscopia de anillo descendente, espectroscopia analítica, formación de imágenes moleculares, optogenética, pantallas, caracterización de componentes difusos, caracterización de células solares, caracterización de puntos cuánticos, plasmónica, espectroscopia de transformada de Fourier dispersiva y/o aplicaciones de atrapamiento atómico, en donde la fuente de iluminación comprende una fuente de generación de supercontinuo óptico como se ha descrito anteriormente.
La fuente de iluminación de la invención comprende ventajosamente uno o más filtros ópticos dispuestos para filtrar un haz supercontinuo generado a partir de la fuente de generación de supercontinuo óptico. El filtro o filtros ópticos es/son preferentemente sintonizables para sintonizar la salida de la fuente de iluminación a una o más longitudes de onda y/o intervalos de longitudes de onda. En una realización, la salida de la fuente de iluminación comprende dos longitudes de onda distinguidas o intervalo o intervalos de longitud de onda, por ejemplo, una primera longitud de onda (tal como una única longitud de onda u opcionalmente un intervalo de longitudes de onda) para generar un patrón de cuadrícula o una monitorización/detección de un parámetro y un segundo intervalo de longitud de onda para generar iluminación para una cirugía.
En una realización, la fuente de iluminación comprende un elemento de ensanchamiento de pulso dispersivo para el ensanchamiento temporal de pulsos de luz, por ejemplo, como se describe en el documento US 2014/0066723. El elemento de ensanchamiento de pulso dispersivo preferentemente es o forma parte de una fibra óptica tal como la fibra de suministro. En una realización, el elemento de ensanchamiento de pulso dispersivo se incorpora en la fuente de generación de supercontinuo.
Ventajosamente, la fuente de generación de supercontinuo óptico comprende un extremo de salida de fibra para la luz supercontinua generada. El extremo de salida de fibra está conectado ópticamente a una fibra de suministro para suministrar la luz supercontinua generada a una posición de iluminación. La fibra de suministro se acopla ventajosamente al extremo de salida de fibra de la fuente de generación de supercontinuo óptico usando un conector desmontable, de modo que la fibra de suministro se pueda cambiar si se desea. La fibra de suministro está preferentemente acoplada ópticamente a una sonda y/o sensor, por ejemplo, incorporándose al menos parcialmente en una sonda y/o sensor.
En una realización, la fuente de iluminación forma parte de un microscopio, tal como un microscopio quirúrgico, un microscopio óptico de fluorescencia, tal como un microscopio óptico de fluorescencia basado en imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), una microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF).
Ventajosamente, la fuente de iluminación está configurada para usar en un procedimiento de iluminación ocular tal como una cirugía ocular, por ejemplo, como se describe en el documento US 2014/0066723. La fibra de suministro se acopla ópticamente a una sonda ventajosamente incorporándose al menos parcialmente en la sonda para iluminación sobre o dentro de un ojo antes de y/o durante la cirugía. Preferentemente, la sonda tiene un diámetro exterior de hasta aproximadamente 125 pm. En una realización, la fuente de iluminación está configurada para usar en OTC de un ojo, por ejemplo, como se describe en los documentos US 2014/0293225 o US 2015/0080718.
En una realización, la sonda comprende un generador de múltiples puntos tal como se describe en el documento US 2014/0200566 o el documento US 2014/0180264 acoplado ópticamente para recibir al menos una parte de un haz de salida desde la fibra de suministro. En una realización, el generador de múltiples puntos comprende una fibra óptica de múltiples núcleos.
En una realización, la sonda comprende un elemento óptico de difracción para generar un patrón de luz, por ejemplo, como se describe en el documento US 8.496.331.
Ventajosamente, la fuente de generación de supercontinuo óptico de la fuente de iluminación está configurada para generar un supercontinuo que comprende longitudes de onda de menos de 450 nm.
En una realización, la fuente de iluminación está adaptada para el agotamiento de emisión estimulada.
La invención también comprende un aparato de inspección industrial, por ejemplo, para metrología, aparato que comprende la fuente de iluminación como se ha descrito anteriormente.
La invención también comprende un espectroscopio que comprende la fuente de iluminación como se ha descrito anteriormente. Preferentemente, el espectroscopio es una espectroscopia de anillo descendente (por ejemplo, para usar en la detección de gases), un espectroscopio analítico (por ejemplo, para usar en espectroscopia hiperespectral o análisis de cultivos, por ejemplo, de frutas), un espectroscopio de tiempo de vuelo y/o un espectroscopio de transformada de Fourier dispersiva.
Todas las características de las invenciones y realizaciones de la invención descritas anteriormente, incluidos los intervalos y los intervalos preferidos, se pueden combinar de diversas formas dentro del alcance de la invención, a menos que haya razones específicas para no combinar dichas características.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explicará más completamente a continuación en relación con una realización preferida y con referencia a los dibujos en los que:
La figura 1a es una imagen microfotográfica de una sección transversal de una fibra microestructurada conocida; La figura 1b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra mostrada en la figura 1a; Las figuras 1c a 1e son representaciones esquemáticas de las secciones transversales de la fibra microestructurada de la figura 1a, con el primer, segundo y tercer anillo de características de revestimiento indicados, respectivamente;
La figura 2a es una imagen microfotográfica de una sección transversal de una realización de una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención;
La figura 2b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra microestructurada mostrada en la figura 2a;
La figura 3a muestra una imagen microfotográfica de una sección transversal de una realización de una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención;
La figura 3b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra microestructurada mostrada en la figura 3a;
La figura 3c es una representación esquemática de una sección transversal de una realización de una fibra microestructurada;
La figura 4 muestra gráficos de densidad espectral de potencia para un espectro supercontinuo obtenido lanzando luz de bombeo a una longitud de onda de bombeo al interior de una fibra óptica microestructurada estándar que tiene un revestimiento con características de revestimiento de igual tamaño a diferentes niveles de potencia. La figura 5 muestra gráficos de densidad espectral de potencia para un espectro supercontinuo obtenido lanzando luz de bombeo a una longitud de onda de bombeo al interior de una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención y como se muestra en las figuras 3a y 3b a diferentes niveles de potencia.
La figura 6a y 6b muestran gráficos de densidad espectral de potencia para una fibra óptica microestructurada estándar y para una fibra microestructurada de acuerdo con la invención y como se muestra en las figuras 3a y 3b, para dos niveles de potencia de bombeo diferentes.
La figura 7 es una representación esquemática de una fuente de radiación supercontinua de acuerdo con la invención.
La figura 8 muestra una realización de una fibra en cascada 50 de acuerdo con la invención.
La figura 9 es una representación esquemática de una realización de una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención con características de revestimiento interior ovalado.
La figura 10 es una representación esquemática de una realización de una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención con un paso de revestimiento interior más pequeño que el paso de revestimiento exterior. Las figuras son esquemáticas y pueden simplificarse para mayor claridad. A todo lo largo, se usan los mismos números de referencia para partes idénticas o correspondientes.
La figura 1a es una imagen microfotográfica de una sección transversal 10 de una fibra microestructurada conocida, perpendicular a un eje longitudinal de la fibra. La fibra es una fibra microestructurada que comprende una región de núcleo 12 y una región de revestimiento 14, rodeando la región de revestimiento a la región de núcleo 12. El área de núcleo o región de núcleo 12 se ve como el área inscrita por las características de revestimiento 11 dispuestas para rodear inmediatamente el núcleo 12.
La región de revestimiento 14 comprende características de revestimiento 11, en este caso, las características están en forma de orificios o huecos sustancialmente circulares que se extienden en la dirección longitudinal de la fibra, distribuidos dentro de un fondo de revestimiento o material de base. Las características de revestimiento 11 se muestran dispuestas en una disposición ordenada regular. La fibra óptica microestructurada 10 mostrada en las figuras 1a-1e tiene un único revestimiento que comprende características de revestimiento, que tienen, cada una, sustancialmente el mismo tamaño.
La figura 1b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra mostrada en la figura 1a. La figura 1b también muestra que la sección transversal 10 de la fibra microestructurada conocida comprende una región de núcleo 12 rodeada por un revestimiento 14 que tiene características de revestimiento 11 en una disposición ordenada regular.
Las figuras 1c a 1e son representaciones esquemáticas de las secciones transversales de la fibra microestructurada de la figura 1a, con el primer, segundo y tercer anillo de características de revestimiento indicados, respectivamente. En la figura 1c, el hexágono punteado 14-I representa el anillo más interior de características de revestimiento con los puentes dispuestos entre características indicados con "W". En este primer anillo o más interior de características de revestimiento hay seis características de revestimiento. En la figura 1d, el hexágono punteado 14-II representa el siguiente o segundo anillo de características de revestimiento. Este siguiente o segundo anillo de características de revestimiento contiene doce características de revestimiento. En la figura 1e, el hexágono punteado 14-III representa el siguiente o tercer anillo de características de revestimiento. Este tercer anillo de características de revestimiento contiene dieciocho características de revestimiento.
La figura 1c muestra que el primer anillo o más interior 14-I de las características de revestimiento consiste en que esas características de revestimiento están más cerca de la región de núcleo. El siguiente o segundo anillo 14-II de características de revestimiento, contado desde la región de núcleo, consiste en aquellas características de revestimiento que están más cerca de las características de revestimiento del anillo más interior 14-I, etc. Normalmente, un anillo no es circular, sino que está conformado de acuerdo con la forma de las características de revestimiento, tal como en forma hexagonal. La sección transversal de la fibra microestructurada 10 mostrada en las figuras 1a-1e tiene siete anillos completos de características de revestimiento, así como tres veces seis características de revestimiento adicionales adyacentes al séptimo anillo de características de revestimiento.
En el contexto de la presente solicitud, la expresión "anillo de características de revestimiento" se refiere a las características de revestimiento que normalmente tienen una distancia sustancialmente igual a la región de núcleo.
La figura 2a es una imagen microfotográfica de una sección transversal de una realización de una fibra óptica microestructurada 20 de acuerdo con la invención, y la figura 2b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra microestructurada 20 mostrada en la figura 2a.
En las figuras 2a y 2b puede verse que la fibra 20 comprende una región de núcleo o núcleo 22 y una región de revestimiento 24 que rodea la región de núcleo. Es más, está claro a partir de las figuras 2a y 2b que la región de revestimiento 24 comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento 21, 26 dentro del material de fondo de revestimiento.
La región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior 27 con dos anillos interiores de características de revestimiento interior 26 y una región de revestimiento exterior 28 que comprende cinco anillos de revestimiento exteriores completos de características de revestimiento exterior 21 más características de revestimiento exterior adicionales que no constituyen un anillo adyacente al anillo más exterior de características de revestimiento exterior. Los puentes de material de fondo entre las características 26 de la región de revestimiento interior 27 tienen una anchura w<1>y los puentes de material de fondo entre las características 21 de la región de revestimiento exterior 28 tienen una anchura w<2>. Se puede ver que w<2>es mucho mayor que w<1>ventajosamente como se ha descrito anteriormente.
Se puede ver que la región de revestimiento interior 27 es adyacente a la región de núcleo 22 y la región de revestimiento exterior 28 es adyacente a la región de revestimiento interior. Las características de revestimiento interior tienen un primer diámetro característico (d<1>) y la región de revestimiento exterior 28 comprende una pluralidad de características de revestimiento exterior 21 que tienen un diámetro característico menor que el primer diámetro característico (d<1>). El primer diámetro característico (d<1>) es al menos aproximadamente un 10 % mayor que un diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior 21.
Debería tenerse en cuenta que solo algunas de las características de revestimiento 21, 26 se han marcado con números de referencia en las figuras 2a y 2b, que las 18 características de los dos anillos más interiores son características de revestimiento interior dentro de la región de revestimiento interior, y que las características de revestimiento restantes mostradas en las figuras 2a y 2b son características de revestimiento exterior.
La figura 3a es una imagen microfotográfica de una sección transversal de una realización de una fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención, y la figura 3b es una representación esquemática de la sección transversal de la fibra microestructurada 30 mostrada en la figura 3a.
En las figuras 3a y 3b puede verse que la fibra 30 comprende una región de núcleo o núcleo 32 y una región de revestimiento 34 que rodea la región de núcleo. Es más, queda claro a partir de las figuras 3a y 3b, que la región de revestimiento 34 comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento 31, 36 dentro del material de fondo de revestimiento.
La región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior 37 con un único anillo interior de características de revestimiento interior 36 y una región de revestimiento exterior 38 que comprende seis anillos de revestimiento exteriores completos de características de revestimiento exterior 31 más características de revestimiento exterior adicionales que no constituyen un anillo adyacente al anillo más exterior de características de revestimiento exterior.
Los puentes de material de fondo entre las características 36 de la región de revestimiento interior 37 tienen una anchura w<1>y los puentes de material de fondo entre las características 31 de la región de revestimiento exterior 38 tienen una anchura w<2>. Se puede ver que w<2>es mucho mayor que w<1>ventajosamente como se ha descrito anteriormente.
Se puede ver que la región de revestimiento interior 37 es adyacente a la región de núcleo 32 y la región de revestimiento exterior 38 es adyacente a la región de revestimiento interior 37. Las características de revestimiento interior 36 tienen un primer diámetro característico (d<1>) y la región de revestimiento exterior 38 comprende una pluralidad de características de revestimiento exterior 31 que tienen un diámetro característico menor que el primer diámetro característico (d<1>). El primer diámetro característico (d<1>) es al menos aproximadamente un 10 % mayor que un diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior 31.
Debería tenerse en cuenta que solo algunas de las características de revestimiento 31, 36 se han marcado con números de referencia en las figuras 3a y 3b, que las seis características del anillo más interior son características de revestimiento interior dentro de la región de revestimiento interior, y que las características de revestimiento restantes mostradas en las figuras 3a y 3b son características de revestimiento exterior.
La figura 3c es una representación esquemática de una sección transversal de una realización de una fibra microestructurada 40. En la figura 3c puede verse que la fibra 40 comprende una región de núcleo o núcleo 42 y una región de revestimiento 44 que rodea la región de núcleo. Es más, queda claro a partir de la figura 3c, que la región de revestimiento 44 comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento 41, 46 dentro del material de fondo de revestimiento.
La región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior 47 con tres anillos interiores de características de revestimiento interior 46 y una región de revestimiento exterior 48 que comprende cinco anillos de revestimiento exteriores completos de características de revestimiento exterior 41 más características de revestimiento exterior adicionales que no constituyen un anillo adyacente al anillo más exterior de características de revestimiento exterior.
Se puede ver que la región de revestimiento interior 47 es adyacente a la región de núcleo 42 y la región de revestimiento exterior 48 es adyacente a la región de revestimiento interior. Las características de revestimiento interior tienen un primer diámetro característico (d-i) y la región de revestimiento exterior 48 comprende una pluralidad de características de revestimiento exterior 41 que tienen un diámetro característico menor que el primer diámetro característico (di). El primer diámetro característico (di) es al menos aproximadamente un 10 % mayor que un diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior 41.
Debería tenerse en cuenta que solo algunas de las características de revestimiento 41, 46 se han marcado con números de referencia en la figura 3c, que las 36 características de los tres anillos más interiores son características de revestimiento interior dentro de la región de revestimiento interior 47, y que las características de revestimiento restantes mostradas en la figura 3c son características de revestimiento exterior.
La figura 4 muestra gráficos de densidad espectral de potencia para un espectro supercontinuo obtenido lanzando luz de bombeo a una longitud de onda de bombeo al interior de una fibra óptica microestructurada estándar que tiene un revestimiento con características de revestimiento de igual tamaño, por ejemplo, una fibra 10 como se muestra en las figuras 1a y 1b. El recuadro en la esquina superior derecha de la figura 4 muestra una sección transversal de la fibra usada para generar los gráficos de la figura 4. Los gráficos de la figura 4 muestran que una potencia de bombeo aumentada da como resultado una densidad espectral de potencia aumentada del supercontinuo generado. Los valores de potencia de bombeo mostrados en la figura 4 se refieren a un efecto de bombeo estimado de la fuente de luz de bombeo, siendo el efecto de bombeo el efecto de bombeo real de la fuente de luz sin ninguna pérdida del combinador.
La figura 5 muestra gráficos de densidad espectral de potencia para un espectro supercontinuo obtenido lanzando luz de bombeo a una longitud de onda de bombeo de 1064 nm al interior de una fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención a cuatro niveles de potencia diferentes. El recuadro en la esquina superior derecha de la figura 5 muestra una sección transversal de la fibra usada para generar los gráficos de la figura 5, a saber la fibra óptica microestructurada 30. A partir de la figura 5, queda claro que una potencia de bombeo aumentada da como resultado una densidad espectral de potencia aumentada del supercontinuo generado, y que para los cuatro niveles de potencia de bombeo el supercontinuo se extiende hasta 1750 nm. Sin embargo, este límite superior es una limitación de medición del analizador de espectro óptico (OSA) usado para las mediciones, y todos los espectros se extienden hasta longitudes de onda por encima de 1750 nm. Para las potencias de bombeo más altas mostradas, los espectros se extienden a longitudes de onda muy por encima de 2000 nm. Es más, para todas las potencias de bombeo excepto la más baja, a saber 3,5 W, el espectro se extiende hasta longitudes de onda por debajo de 400 nm; esto queda particularmente claro para las potencias de bombeo de 16,5 W y 23 W.
Debería tenerse en cuenta que los niveles de potencia de bombeo en las figuras 4 y 5 no son idénticos, sin embargo, son comparables. Al comparar las densidades espectrales de potencia de salida mostradas en las figuras 4 y 5, queda claro que son de magnitudes comparables para potencias de bombeo comparables. Es más, queda claro que la densidad espectral de potencia es más estable para la fibra óptica 30 de acuerdo con la invención que para la fibra estándar, en particular dentro del intervalo de longitud de onda entre aproximadamente 400 nm y aproximadamente 750 nm y, en particular, para las potencias de bombeo más altas.
La figura 6a y 6b muestran gráficos de densidad espectral de potencia para una fibra óptica microestructurada estándar 10 y para una fibra microestructurada 30 de acuerdo con la invención, para dos niveles de potencia de bombeo diferentes. Las figuras 6a y 6b muestran la densidad espectral de potencia para solo una parte del espectro supercontinuo, a saber, el intervalo de 350 nm a 750 nm. En la figura 6a se muestran los gráficos para el nivel de potencia de bombeo de 18,6 W, y en la figura 6b se muestran los gráficos para el nivel de potencia de bombeo de 21,3 W para la fibra óptica microestructurada estándar 10 y el nivel de potencia de bombeo de 20,8 W para la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención.
En la figura 6a se ve que la densidad espectral de potencia para una longitud de onda dada es mayor para la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención que para la fibra óptica microestructurada estándar 10 para un intervalo de longitud de onda entre 410 nm y 750 nm. Es más, la figura 6a muestra que el espectro, al menos en el intervalo de longitud de onda entre aproximadamente 450 nm y aproximadamente 650 nm es más plana para la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención que la fibra óptica microestructurada estándar 10. Este efecto es más pronunciado en los gráficos de densidad espectral de potencia de la figura 6b correspondientes a una potencia de bombeo más alta. Aunque las potencias de bombeo usadas para la fibra óptica microestructurada estándar 10 y la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención no son idénticas, son al menos comparables. En la figura 6b se ve que la densidad espectral de potencia de la fibra óptica microestructurada estándar 10 tiene una gran variación en función de la longitud de onda, en particular en el intervalo de longitud de onda entre 475 nm y 575 nm. La fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención tiene un espectro mucho más plano en este intervalo de longitud de onda entre 475 nm y 575 nm. Es más, la densidad espectral de potencia es mayor para la fibra óptica microestructurada estándar 30 que para la fibra óptica microestructurada estándar 10, aunque el nivel de potencia de bombeo de la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención es menor que el de la fibra óptica microestructurada estándar 10 (a saber, 20,8 W para la fibra óptica microestructurada 30 de acuerdo con la invención y 21,3 W para la fibra óptica microestructurada estándar).
La figura 7 es una representación esquemática de una fuente 100 de radiación supercontinua de acuerdo con la invención. La fuente de luz supercontinua 100 comprende una fibra óptica microestructurada 4 y una fuente de luz de bombeo 2. La fibra óptica microestructurada tiene dos extremos: un extremo de entrada y un extremo de salida. En la figura 7, el extremo de entrada de la fibra tiene una tapa de extremo 8, y el extremo de salida de la fibra es el otro extremo de la fibra 4, a saber el extremo de la fibra no mostrado con la tapa de extremo. En la figura 7, la tapa de extremo 8 se muestra como si fuera más grande que la fibra óptica 4; sin embargo, este no es necesariamente el caso, ya que la tapa de extremo podría tener dimensiones similares a las de la fibra óptica 4. Aunque el extremo de salida de la fibra óptica 4 se muestra como si fuera un extremo libre, el extremo de salida podría tener una tapa de extremo, o podría empalmarse a otro equipo.
La fuente de luz de bombeo 2 tiene una salida 3 dispuesta para alimentar luz a la tapa de extremo 8 de la fibra óptica microestructurada 4. La luz se alimenta a la fibra óptica microestructurada a través de la tapa de extremo 8, en donde se crea un espectro supercontinuo y se emite desde el extremo opuesto de la fibra óptica microestructurada como se indica mediante la flecha.
La figura 8 muestra una realización de una fibra en cascada 50.
La fibra óptica en cascada (50) comprende dos fibras ópticas 30, 20 empalmadas entre sí o conectadas ópticamente entre sí por otros medios. Al menos una de las fibras es una fibra óptica microestructurada de acuerdo con la invención. La otra fibra o la segunda fibra es una fibra óptica que comprende una segunda región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal de la segunda fibra y una segunda región de revestimiento que rodea la segunda región de núcleo,
La dimensión de las fibras 30 y 20 se elige de modo que un diámetro de campo modal de la fibra óptica microestructurada 30 sea mayor que un diámetro de campo modal de la fibra óptica microestructurada 20.
En el ejemplo mostrado en la figura 8, ambas de las dos fibras ópticas son fibras ópticas de acuerdo con la invención, por ejemplo, las fibras 30 y 20 mostradas en las figuras 3a-3b y las figuras 2a-2b, respectivamente o las fibras mostradas en las figuras 9 o 10 respectivamente. Sin embargo, una de las fibras de la fibra óptica en cascada podría ser, por ejemplo, una fibra multimodo y/o una fibra óptica microestructurada en donde el revestimiento tiene características de revestimiento, cada una de tamaño sustancialmente idéntico. La flecha 51 indica entrada de luz en la fibra 50 mientras que la flecha 52 indica salida de luz desde la fibra 50.
La fibra óptica microestructurada mostrada en la figura 9 comprende una región de núcleo (o simplemente denominada núcleo) 62 y una región de revestimiento que rodea el núcleo. La región de revestimiento comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento 61, 66 dentro del material de fondo de revestimiento.
La región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior 67 con un único anillo interior de características de revestimiento interior 66 y una región de revestimiento exterior 68 que comprende 3 o más anillos de revestimiento exteriores de características de revestimiento exterior 61. Obsérvese que, para simplificar el dibujo, solo se muestran 2 anillos de características de revestimiento exterior 62.
Los puentes de material de fondo entre las características 66 de la región de revestimiento interior 67 tienen una anchura w<1>y los puentes de material de fondo entre las características 61 de la región de revestimiento exterior 68 tienen una anchura w<2>. Se puede ver que w<2>es mucho mayor que w<1>ventajosamente como se ha descrito anteriormente.
Las características 66 del anillo interior de la región de revestimiento interior son ovaladas con un diámetro más grande dl y un diámetro más pequeño perpendicular ds, ventajosamente con una relación de aspecto ds:dl de aproximadamente 1:1,2 a aproximadamente 1:3 como se ha descrito anteriormente.
Las características ovaladas 66 de la región de revestimiento interior 67 están orientadas con su diámetro menor dS en dirección radial con respecto al eje longitudinal de la fibra óptica. Como se ve, el espesor resultante de la región de revestimiento interior 67 es relativamente bajo en la realización mostrada, aproximadamente el 30 % del diámetro del núcleo.
La fibra óptica microestructurada mostrada en la figura 10 comprende una región de núcleo (o simplemente denominada núcleo) 72 y una región de revestimiento que rodea el núcleo. La región de revestimiento comprende un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento 71, 76 dentro del material de fondo de revestimiento.
La región de revestimiento comprende una región de revestimiento interior 77 con un único anillo interior de características de revestimiento interior 76 y una región de revestimiento exterior 78 que comprende 3 o más anillos de revestimiento exteriores de características de revestimiento exterior 71. Obsérvese que, para simplificar el dibujo, solo se muestran 2 anillos de características de revestimiento exterior 72.
Las características de revestimiento interior 76 de la región de revestimiento interior 77 están dispuestas a un primer paso (A-i) y las características de revestimiento exterior 71 del revestimiento exterior 78 están dispuestas a un segundo paso (A<2>), en donde el segundo paso es mucho mayor que el primer paso. En la realización mostrada, el segundo paso (A<2>) es aproximadamente el doble del primer paso (A<1>).
Los puentes de material de fondo entre las características 66 de la región de revestimiento interior 67 tienen una anchura W<1>y los puentes de material de fondo entre las características 61 de la región de revestimiento exterior 68 tienen una anchura W<2>. Se puede ver que W<2>es mucho mayor que W<1>ventajosamente como se ha descrito anteriormente.
Las características 76 del anillo interior único de la región de revestimiento interior 77 tienen un diámetro característico que es mucho más pequeño que el diámetro promedio de las características 71 de la región de revestimiento exterior 78. En la realización mostrada, el diámetro característico de las características 76 del anillo interior único es aproximadamente la mitad del diámetro promedio de las características 71 de la región de revestimiento exterior 78. Como puede verse, el espesor axial de la región de revestimiento interior es muy estrecho, permitiendo de este modo una eliminación de un modo de orden superior efectiva.
El alcance adicional de la aplicabilidad de la presente invención se hará evidente a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Sin embargo, debería entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican realizaciones preferidas de la invención, se proporcionan únicamente a modo de ilustración, ya que diversos cambios y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención serán evidentes para los expertos en la materia a partir de esta descripción detallada.
La invención se define por las características de la o las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Se pretende que cualquier número de referencia en las reivindicaciones no sea limitante para su alcance.
Algunas realizaciones preferidas se han mostrado en lo anterior, pero debe destacarse que la invención no se limita a estas, sino que puede incorporarse de otras formas dentro de la materia objeto definida en las siguientes reivindicaciones.
Claims (19)
1. Una fuente (100) de generación de supercontinuo óptico, comprendiendo la fuente una fibra óptica microestructurada (20) y una fuente láser de bombeo adaptada para generar radiación de bombeo a una longitud de onda de bombeo y para lanzar dicha radiación de bombeo al interior de dicha fibra óptica microestructurada en un extremo de entrada de la misma, en donde la fibra óptica microestructurada tiene una longitud y un eje longitudinal a lo largo de su longitud y que comprende una región de núcleo (22) y una región de revestimiento (24) que rodea la región de núcleo, comprendiendo dicha región de revestimiento un material de fondo de revestimiento y una pluralidad de características de revestimiento (21, 26) dentro del material de fondo de revestimiento, estando dichas características de revestimiento dispuestas alrededor de la región de núcleo, en donde dicha región de revestimiento en al menos una sección de longitud de la fibra comprende una región de revestimiento interior (27) que comprende un anillo interior de características de revestimiento que tienen un primer diámetro característico (d-i), y una región de revestimiento exterior (28) que comprende tres anillos exteriores de características de revestimiento exterior que tienen un diámetro promedio (d<2>), siendo dicha región de revestimiento interior adyacente a la región de núcleo y siendo dicha región de revestimiento exterior adyacente a la región de revestimiento interior, en donde cada anillo de características de revestimiento comprende puentes de material de fondo de revestimiento que separan dichas características de revestimiento adyacentes (21,26) del anillo, en donde los puentes del anillo interior tienen una anchura mínima promedio (w-i), en donde la anchura mínima de cada puente es la distancia más corta entre dos de dichas características de revestimiento adyacentes (21,26) del anillo, en donde la anchura mínima promedio (W<2>) de los puentes de los tres anillos exteriores es al menos un 10 % mayor que la anchura mínima promedio (w-i) de los puentes del anillo interior, comprendiendo el anillo interior un anillo de características de revestimiento más cercano a la región de núcleo, en donde la anchura mínima (W<2>) de todos los puentes de anillo exterior son sustancialmente iguales, y en donde la región de núcleo es sustancialmente circular y tiene un diámetro de al menos 2 pm, en donde la fibra óptica microestructurada está dispuesta para proporcionar radiación supercontinua que incluye luz a longitudes de onda cortas por debajo de 500 nm tras el lanzamiento de dicha radiación de bombeo al interior de dicha fibra óptica microestructurada.
2. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los puentes del anillo interior más cercanos a la región de núcleo tienen una anchura mínima sustancialmente igual (w-i), preferentemente la anchura mínima promedio (W<2>) del al menos un puente de anillo exterior es al menos un 20 %, tal como al menos un 50 % más grande que la anchura mínima (w-i) de los puentes del anillo interior más cercano a la región de núcleo.
3. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la anchura mínima promedio (w-i) de los puentes del anillo interior más cercano a la región de núcleo es de 1,2 pm o menos, tal como 1 pm o menos, tal como 0,8 pm o menos, tal como 0,6 pm o menos, tal como de 0,4 a 1,2 pm, preferentemente la anchura mínima promedio (w-i) de los puentes del anillo interior más cercano a la región de núcleo es menor que una longitud de onda de dispersión cero ZDW del modo de núcleo fundamental, tal como una ZDW de longitud de onda de dispersión cero más baja del modo de núcleo fundamental si hay más de una ZDW.
4. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la anchura mínima promedio (w<2>) de cada uno de los al menos tres puentes de anillo exterior es mayor que 1 pm, tal como al menos 1,2 pm, tal como al menos 1,5 pm, tal como al menos 2 pm.
5. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer diámetro característico (d-i) es al menos un 10 % mayor que el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, preferentemente dicho primer diámetro característico (d-i) es al menos un 15 % mayor que dicho diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior, más preferentemente un diámetro exterior de la región de revestimiento exterior y el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior están dimensionados para permitir que la fibra óptica microestructurada guíe la luz a longitudes de onda por encima de 2000 pm.
6. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha región de núcleo comprende un material de fondo de núcleo, en donde dicho material de fondo de núcleo está dopado con material dopante que disminuye el índice de refracción de la región de núcleo en comparación con dicho material de fondo de núcleo no dopado, dicha región de núcleo tiene un diámetro sustancialmente idéntico a lo largo de sustancialmente toda la longitud de la fibra, preferentemente dicha fibra óptica no está ahusada.
7. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las características de revestimiento interior de la región de revestimiento interior están dispuestas a un primer paso (A-i) y las características de revestimiento exterior de la región de revestimiento exterior están dispuestas a un segundo paso (A<2>), y en donde las características de la región de revestimiento interior en la región de revestimiento interior tienen un primer tamaño de característica de revestimiento relativo (d-i/A-i) y las características de revestimiento exterior en la región de revestimiento exterior tienen un segundo tamaño de característica de revestimiento relativo (d<2>/A<2>), donde la diferencia (d-i/A<1>- d<2>/A<2>) entre el primer tamaño de característica de revestimiento relativo y el segundo tamaño de característica de revestimiento relativo es mayor que 0,1, preferentemente mayor que 0,15, preferentemente mayor que 0,2, preferentemente mayor que 0,25, preferentemente mayor que 0,3.
8. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer diámetro característico es mayor que 1,5 |jm, tal como mayor que 1,8 |jm, tal como mayor que 2,0 |jm, tal como mayor que 2,2 jm , tal como mayor que 2,4 jm , tal como mayor que 2,6 jm , tal como mayor que 2,8 jm y la diferencia entre el primer diámetro característico (di) y el diámetro promedio (d<2>) de las características de revestimiento exterior es mayor que 0,3 jm , preferentemente mayor que 0,4 jm , preferentemente mayor que 0,5 jm , preferentemente mayor que 0,6 jm .
9. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde las características de revestimiento interior de la región de revestimiento interior están dispuestas a un primer paso (Ai) y las características de revestimiento exterior de la región de revestimiento exterior están dispuestas a un segundo paso (A<2>), en donde el segundo paso es mayor que el primer paso, tal como al menos un 10% mayor, preferentemente al menos un 25 % mayor, más preferentemente al menos un 50 % mayor, preferentemente, la región de revestimiento interior tiene un espesor radial que es del 80 % o menos en relación con el diámetro del núcleo, tal como un 60 % o menos, en relación con el diámetro del núcleo, preferentemente, las características del anillo interior más cercano a la región de núcleo tienen un diámetro característico que es menor que el diámetro promedio de las características de los al menos 3 anillos exteriores de las regiones de revestimiento exterior, preferentemente, el diámetro promedio de las características de revestimiento exterior es al menos un 10 % mayor, tal como al menos un 20 % mayor, tal como al menos un 50 % mayor que el diámetro característico de los elementos de revestimiento interior.
10. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las características de revestimiento tienen un índice de refracción que es menor que el índice de refracción del material de fondo de revestimiento, preferentemente, las características de revestimiento son huecos llenos de aire, llenos de gas o llenos de líquido, o vidrio que tiene un índice de refracción más bajo que el material de fondo, por ejemplo vidrio de sílice dopado con flúor, preferentemente la región de núcleo de dicha fibra microestructurada comprende un primer índice de refracción y la región de revestimiento interior comprende un segundo índice de refracción efectivo de modo que el valor A entre la región de núcleo y el índice de refracción máximo para la región de revestimiento en su conjunto es menor que aproximadamente 0,03, tal como menor que aproximadamente 0,025.
11. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fibra óptica tiene una longitud de onda de dispersión cero de 860 nm a aproximadamente 1400 nm, preferentemente la fibra óptica tiene una longitud de onda de dispersión cero de aproximadamente 900 nm a aproximadamente 1200 nm, y siendo la fibra monomodo a la longitud de onda de dispersión cero, preferentemente la fibra es una fibra monomodo para cualquier longitud de onda por encima de 350 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 500 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 600 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 700 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 800 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 900 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1000 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1100 nm, tal como para cualquier longitud de onda por encima de aproximadamente 1200 nm.
12. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fibra óptica microestructurada es una fibra óptica en cascada y el láser de bombeo está dispuesto para lanzar dicha radiación de bombeo al interior de una primera fibra óptica microestructurada de la fibra en cascada en una entrada de la misma, en donde dicha fibra óptica en cascada comprende
a. la primera fibra óptica microestructurada está en forma de dicha fibra óptica microestructurada que comprende dicha sección de longitud, y
b. una segunda fibra óptica que comprende una segunda región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal de dicha segunda fibra óptica y una segunda región de revestimiento que rodea la segunda región de núcleo,
en donde un diámetro de campo modal de la primera fibra óptica microestructurada es mayor que un diámetro de campo modal de dicha segunda fibra, y en donde la primera fibra óptica microestructurada está conectada ópticamente a la segunda fibra óptica, preferentemente empalmándose a la misma.
13. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el supercontinuo óptico se genera de forma sustancialmente exclusiva en el modo fundamental de la fibra, preferentemente la fibra óptica microestructurada al menos en su extremo de entrada, es monomodo a una longitud de onda de bombeo de dicha radiación de bombeo.
14. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde la radiación de bombeo comprende una longitud de onda de bombeo que está entre 1000 nm y 1100 nm, preferentemente entre aproximadamente 1030 nm y aproximadamente 1070 nm, tal como aproximadamente 1030 nm o aproximadamente 1064 nm y, opcionalmente, la longitud de onda de bombeo es de hasta aproximadamente 200 nm por encima o por debajo de la longitud de onda de dispersión cero de la fibra óptica.
15. La fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-14, en donde la fibra óptica microestructurada es una fibra óptica en cascada que comprende un primer y un segundo segmento de fibra, en donde
a. el primer segmento de fibra comprende una fibra óptica monomodo, comprendiendo la fibra óptica monomodo una región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal de la fibra óptica monomodo y una región de revestimiento que comprende pequeñas características de revestimiento, y
b. el segundo segmento de fibra comprende una región de núcleo que es capaz de guiar la luz a lo largo de un eje longitudinal del segundo segmento de fibra y una región de revestimiento que comprende grandes características de revestimiento.
16. Una fuente de iluminación adecuada para usar en al menos una de endoscopia, microscopía quirúrgica, microscopía confocal, tomografía de coherencia óptica (OTC), iluminación multimodal, autofluorescencia, mediciones de formación de imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF); transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET), espectroscopia de banda ancha, nanofotónica, citometría de flujo, inspección industrial, espectroscopia de anillo descendente, espectroscopia analítica, formación de imágenes moleculares, optogenética, pantallas, caracterización de componentes difusos, caracterización de células solares, caracterización de puntos cuánticos, plasmónica, espectroscopia de transformada de Fourier dispersiva y/o aplicaciones de atrapamiento atómico, comprendiendo la fuente de iluminación una fuente de generación de supercontinuo óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12.
17. La fuente de iluminación de acuerdo con la reivindicación 16, en donde la fuente comprende al menos uno de un filtro óptico dispuesto para filtrar un haz supercontinuo generado a partir de la fuente de generación de supercontinuo óptico, tal como un filtro sintonizable para sintonizar la salida de la fuente de iluminación a una o más longitudes de onda y/o intervalos de longitudes de onda y un elemento de ensanchamiento de pulso dispersivo para el ensanchamiento temporal de pulsos de luz, tal como un elemento de ensanchamiento de pulso dispersivo que es o forma parte de una fibra óptica.
18. La fuente de iluminación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-17, en donde la fuente de generación de supercontinuo óptico comprende un extremo de salida de fibra para la luz supercontinua generada, dicho extremo de salida de fibra está conectado ópticamente a una fibra de suministro para suministrar la luz supercontinua generada a una posición de iluminación, preferentemente la fuente de iluminación forma parte de un microscopio, tal como un microscopio quirúrgico, un microscopio óptico de fluorescencia, tal como un microscopio óptico de fluorescencia basado en imágenes de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM), una microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF).
19. La fuente de iluminación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-18, en donde la fuente de generación de supercontinuo óptico comprende un extremo de salida de fibra para la luz supercontinua generada, dicho extremo de salida de fibra está conectado ópticamente a una fibra de suministro para suministrar luz supercontinua generada a una posición de iluminación y la fibra de suministro está incorporada al menos parcialmente en una sonda y/o sensor, en donde la fuente de iluminación está configurada para usar en cirugía ocular, dicha fibra de suministro se incorpora al menos parcialmente en una sonda para la iluminación sobre o dentro de un ojo antes de y/o durante la cirugía, preferentemente dicha sonda tiene un diámetro exterior de hasta 125 pm, dicha sonda comprende opcionalmente al menos uno de un generador de múltiples puntos acoplado ópticamente que recibe al menos una parte de un haz de salida de dicha fibra de suministro y un elemento óptico de difracción para generar un patrón de luz.
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