本申請(qǐng)要求2014年1月30日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/933641的美國臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其內(nèi)容通過整體引用的方式結(jié)合入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及被配置為鑒別較高階模式的光纖。

背景技術(shù)：

光纖激光器和放大器的功率縮放通常需要大模面積(large-mode-area，LMA)光纖，以減小強(qiáng)度和避免非線性效應(yīng)。為了增大模面積，芯部尺寸通常需要擴(kuò)大。然而，增大的模面積和芯部尺寸經(jīng)常伴隨著較高階模式的產(chǎn)生和/或傳輸，這會(huì)顯著降低光纖的輸出光束的質(zhì)量。因此，傳統(tǒng)光纖的單模操作會(huì)隨著芯部尺寸的增大而變得不切實(shí)際。因此，期望對(duì)光纖作出改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)公開的實(shí)施方案提供了解決已知光波導(dǎo)的某些缺陷的光波導(dǎo)。在一個(gè)代表性實(shí)施方案中，光波導(dǎo)包括沿著傳播軸延伸并且具有圍繞傳播軸隨角度變化的折射率分布的芯部。光波導(dǎo)還可以包括圍繞芯部布置且沿著傳播軸延伸的包層。芯部的折射率分布可以沿著傳播軸的長度隨角度變化。

在另一個(gè)代表性實(shí)施方案中，制備芯棒預(yù)制體的方法包括：將一個(gè)或多個(gè)具有第一折射率的二氧化硅棒裝入二氧化硅管中；將一個(gè)或多個(gè)具有第二折射率的二氧化硅棒裝入二氧化硅管中；壓縮二氧化硅管以形成芯棒預(yù)制體。芯棒預(yù)制體相對(duì)于預(yù)制體的縱軸可以具有隨角度變化的折射率分布。

在另一個(gè)代表性實(shí)施方案中，一種方法包括：將芯棒置于包層管內(nèi)以獲得光纖預(yù)制體，該芯棒具有圍繞芯棒的縱軸隨角度變化的折射率分布；和拉制光纖預(yù)制體以得到光纖。在拉制光纖預(yù)制體的同時(shí)旋轉(zhuǎn)光纖預(yù)制體，使得所得到的光纖的芯部的折射率分布沿著芯部的縱軸隨角度變化。

在另一個(gè)代表性實(shí)施方案中，在光波導(dǎo)中鑒別較高階模式的方法包括：引導(dǎo)光輻射進(jìn)入光波導(dǎo)的芯部，該芯部具有圍繞傳播軸隨角度變化的折射率分布；和接收在光波導(dǎo)中傳播之后的光輻射。

在另一個(gè)代表性實(shí)施方案中，光學(xué)系統(tǒng)包括：種子光源，被配置為提供種子光束；一個(gè)或多個(gè)光放大器，被配置為接收和放大種子光束；以及，至少一個(gè)光泵浦源，被配置為提供至少一個(gè)泵浦光束至組合器。該組合器被配置為將來自泵浦光束的泵浦光輻射耦合入無源光纖的包層中。該光學(xué)系統(tǒng)還可以包括有源光纖，該有源光纖與無源光纖通信，并且有源光纖可以被配置為鑒別較高階模式。

在另一個(gè)代表性實(shí)施方案中，光波導(dǎo)包括：沿著傳播軸延伸的芯部，和圍繞芯部布置且沿著傳播軸延伸的包層。該芯部可以具有圍繞傳播軸隨角度變化的折射率分布。該包層也可以具有圍繞傳播軸隨角度變化的折射率分布。包層和芯部的折射率分布也可以沿著傳播軸的長度隨角度變化。

從下面參考附圖的詳細(xì)描述，本公開內(nèi)容的前述和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有多個(gè)模式-鑒別區(qū)域的光波導(dǎo)的立體圖。

圖2是圖1的光波導(dǎo)的芯部的橫截面圖。

圖3是在拉伸塔中的波導(dǎo)預(yù)制體的一個(gè)代表性實(shí)施方案的側(cè)視圖。

圖4是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖。

圖5是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖。

圖6是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖。

圖7是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)橢圓形形狀的模式-鑒別區(qū)域。

圖8是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)矩形的模式-鑒別區(qū)域。

圖9是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)六邊形形狀的模式-鑒別區(qū)域。

圖10是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)三角形形狀的模式-鑒別區(qū)域。

圖11是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域，該模式-鑒別區(qū)域被模式-傳播區(qū)域包圍。

圖12是波導(dǎo)芯部的實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域，該模式-鑒別區(qū)域部分地被模式-傳播區(qū)域包圍。

圖13是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域，該模式-鑒別區(qū)域與芯部的傳播軸是同軸的。

圖14是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有六邊形形狀的模式-傳播區(qū)域。

圖15是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有八邊形形狀的模式-傳播區(qū)域。

圖16是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有六邊形形狀的模式-傳播區(qū)域。

圖17是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有任意多邊形形狀的模式-傳播區(qū)域。

圖18是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有與芯部的縱軸徑向偏移的傳播軸。

圖19是芯棒預(yù)制體的橫截面圖。

圖20是芯棒預(yù)制體的另一實(shí)施方案的橫截面圖。

圖21是示意性框圖，表示光波導(dǎo)制備方法的一個(gè)代表性實(shí)施方案。

圖22是光波導(dǎo)的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該光波導(dǎo)具有一個(gè)或多個(gè)位于芯部?jī)?nèi)的模式-鑒別區(qū)域，還具有在包層內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域。

圖23是光波導(dǎo)的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該光波導(dǎo)包括一個(gè)或多個(gè)位于芯部?jī)?nèi)的模式-鑒別區(qū)域，還具有一個(gè)多邊形形狀的內(nèi)包層。

圖24是波導(dǎo)芯部的另一實(shí)施方案的橫截面圖，該波導(dǎo)芯部具有一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域位于距芯部的傳播軸均勻增大的徑向距離處。

圖25表明了在1060nm的波長下的圖1的波導(dǎo)芯部的LP₀₁模場(chǎng)分布。

圖26是對(duì)于經(jīng)過圖1的光波導(dǎo)的芯部傳輸?shù)脑?00nm至1400nm之間的光波長，對(duì)于LP₀₁和LP₁₁模式，傳輸損失與波長的曲線圖。

圖27是一種光學(xué)系統(tǒng)的代表性實(shí)施方案的示意圖，該光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)光波導(dǎo)。

圖28是級(jí)聯(lián)拉曼放大器的傳輸損失與波長的曲線圖，該放大器包括一個(gè)光波導(dǎo)。

具體實(shí)施方式

如本申請(qǐng)和權(quán)利要求所用的，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確說明。另外，術(shù)語“包括(include)”意味著“包括(comprise)”。此外，術(shù)語“耦合(couple)”不排除耦合項(xiàng)之間有中間元件的存在。

本文對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備和方法的描述不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式進(jìn)行限制。相反，本公開內(nèi)容直接涉及各個(gè)公開的實(shí)施方案的所有新穎的和非顯而易見的特征和方面(單獨(dú)地或彼此之間以各種組合和子組合)。所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備不限于任何特定的方面或特征或其組合，所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備也不要求體現(xiàn)出一個(gè)或多個(gè)特定的優(yōu)點(diǎn)或者解決了一個(gè)或多個(gè)問題。關(guān)于操作的理論是為了便于說明，但所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備不限于這種操作理論。

雖然為了方便呈現(xiàn)，一些公開方法的操作是按照特定的、順序次序進(jìn)行描述的，但應(yīng)該理解的是，這種方式的描述也包括重新排序，除非在下面用明確語言要求該特定次序。例如，順序描述的操作在某些情況下可能被重新排序或同時(shí)執(zhí)行。此外，為了簡(jiǎn)單起見，附圖可能沒有示出所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備可以結(jié)合其他系統(tǒng)、方法和設(shè)備使用的各種方式。此外，說明書有時(shí)使用了如“生產(chǎn)”和“提供”這樣的術(shù)語描述所公開的方法。這些術(shù)語是所執(zhí)行的實(shí)際操作的高級(jí)抽象。對(duì)應(yīng)于這些術(shù)語的實(shí)際操作將取決于具體的實(shí)施方式而改變，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員也容易甄別。

在一些實(shí)施例中，值、程序或設(shè)備會(huì)被稱為“最低”、“最好”、“最小”等。應(yīng)當(dāng)理解，這種表述旨在表明，可以在許多常用的功能性選項(xiàng)中做出選擇，并且這種選擇不需要更好、更小，或者優(yōu)于其他選擇。

光纖或其他光波導(dǎo)通?；谡凵渎首鳛榫鄠鞑ポS的距離的函數(shù)而變化。這樣的折射率變化包括所謂的折射率階躍(例如，與典型的階躍折射率的光纖相關(guān)聯(lián))和連續(xù)的變化(例如，與典型的梯度折射率的光纖相關(guān)聯(lián))。許多方便的例子是基于圓形橫截面光纖的。這樣的光纖通常包括一個(gè)中央芯部，該芯部被包層區(qū)域包圍，芯部和包層被選擇用來提供導(dǎo)波傳播。在下面公開的實(shí)施例中，光纖、光纖區(qū)段、預(yù)制體和波導(dǎo)裝置被表示為沿著直線軸延伸。應(yīng)該理解的是，光纖和預(yù)制體可以被布置在彎曲的、分段的或其他構(gòu)造的軸上。通常，這種裝置沿傳播軸延伸，光輻射沿著傳播軸在裝置中傳播，并且這樣的軸可以是直線的或曲線的。

在一些實(shí)施方案中，描述了多?；騿文Ｑb置，但是通過適當(dāng)選擇裝置的性質(zhì)，例如芯部和包層的折射率(或折射率差)和尺寸，就可以制造多?；騿文Ｑb置。為了在階躍折射率的波導(dǎo)中獲得單模傳播，需要選擇光纖的性質(zhì)，使得所謂的V-數(shù)V＝πNAd_CORE/λ小于約2.4，其中λ是在裝置中傳播的輻射的自由空間波長，d_CORE是芯部的直徑，NA是裝置的數(shù)值孔徑。裝置的模場(chǎng)直徑(MFD)也可以是基于裝置的性質(zhì)做出的選擇，如MFD＝d_CORE(0.65+1.619/V^3/2+2.879/V⁶)。這些關(guān)系適用于具有圓形橫截面的光纖裝置，但是類似的考慮可適用于其他橫截面形狀。在光纖的尺寸上有可能發(fā)生相當(dāng)大的變化，在典型的實(shí)施例中，在約500nm至1500nm之間的波長下使用的傳統(tǒng)單模光纖的芯部直徑是在約3μm和20μm之間，而傳統(tǒng)多模光纖的芯部直徑是在約10μm和500μm之間。傳播性質(zhì)可以是基于階躍折射率或梯度折射率的設(shè)計(jì)的。為了便于展示，提供了光纖和預(yù)制體的截面圖。但是，在許多有用的實(shí)施例中，可以使用的光纖和預(yù)制體的橫截面是圓形的、卵形的、橢圓形的、多邊形的或是其他的橫截面。另外，在一些實(shí)施例中，提供了應(yīng)力棒或者其他芯部特征。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方案通常涉及的光纖具有被包層包圍的單個(gè)芯部。然而，在其他實(shí)施例中，可以形成所謂的雙包層光纖。雙包層光纖通常包括由一個(gè)被內(nèi)包層包圍的芯部，該內(nèi)包層轉(zhuǎn)而又被外包層包圍。這些層的折射率和折射率分布是可以選擇的，以提供選定的波導(dǎo)性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，雙包層光纖包括有源摻雜的芯部，該芯部可以被配置為支持單模傳播。有源芯部和內(nèi)包層可以用于引導(dǎo)泵浦輻射進(jìn)入芯部的有源增益元件。通常，芯部具有比內(nèi)包層更高的折射率，并且內(nèi)包層具有比外包層更高的折射率。在有源摻雜的芯部的雙包層光纖中，芯部和內(nèi)包層可以相對(duì)彼此是偏心的，以便更有效地從內(nèi)包層向芯部耦合泵浦輻射，但是其他的內(nèi)包層和芯部構(gòu)造也都可以使用。有源光纖摻雜劑可以包括稀土金屬如Er、Yb、Tm、Ho和Nd，這里僅舉幾例，還可以包括其他光學(xué)活性金屬，包括Bi。被動(dòng)光纖摻雜劑可包括其他金屬，包括Ge和Al以及各種其他多離子共摻雜組合。有源和無源光纖摻雜劑可具有平坦的、直線的、拋物線的或任意的徑向摻雜濃度分布，這里僅舉幾例。其他光纖類型和相關(guān)的預(yù)制體可以以相同的方式制備，包括偏振保持光纖，該偏振保持光纖通常包括位于包層內(nèi)的應(yīng)力元件，從而產(chǎn)生雙折射。偏振保持光纖可以被構(gòu)造為支持線性的、圓形的、橢圓形的、徑向的、方位角的和/或復(fù)雜的偏振狀態(tài)，或其任意組合。

光纖預(yù)制體通常包括適于形成光波導(dǎo)的同心圓筒或材料層。中央的圓筒可以用于限定波導(dǎo)芯部，并且中央圓筒外面的層可以用來限定波導(dǎo)包層，該波導(dǎo)包層具有通常低于中央芯部-成型部分的折射率。在許多預(yù)制體的制造方法中，存在一個(gè)或多個(gè)套管過程，其中一個(gè)或多個(gè)玻璃管被壓縮在玻璃棒、玻璃管上，或壓縮在玻璃棒和/或管的堆疊上。如本申請(qǐng)所用的，芯棒被定義為一種芯部波導(dǎo)材料，具有適于成型成波導(dǎo)芯部的形狀，并且芯棒可以包括一種或多種包圍在其上的包層材料。

下面描述了代表性的光纖預(yù)制體、芯棒和用于光纖預(yù)制體和光纖的其他組件，以及基于這些預(yù)制體的光纖。預(yù)制體可以通過改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法(MCVD)或其他工藝制成。通常情況下，氧的混合物、四氯化硅(SiCl₄)和例如四氯化鍺(GeCl₄)的材料、或稀土摻雜劑被引入二氧化硅玻璃管中，二氧化硅玻璃管被旋轉(zhuǎn)同時(shí)被用火焰加熱到約1500-1600℃。玻璃管的內(nèi)表面被涂覆，形成具有更高折射率的層，該層可以被拉制成光纖芯部。典型地，通過進(jìn)一步的加熱，該玻璃管壓縮成芯棒。也可以使用其他沉積方法例如外部氣相沉積(OVD)、直接納米顆粒沉積等。芯棒也可以通過在玻璃管腔內(nèi)側(cè)布置多個(gè)玻璃管或棒并且通過加熱使玻璃管壓縮以形成芯棒而制成，這一方法可以是上述任何預(yù)制體制造方法的一部分。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方案可用于光敏光纖，并可用于具有任何包層形狀的光纖，包括圓形、橢圓形、矩形、多邊形、D形或任意形狀，這里僅舉幾例。本公開內(nèi)容的實(shí)施方案可用于具有或不具有單層或多層涂層的光纖，包括丙烯酸酯、硅氧烷、聚合物、碳、金屬、納米顆粒或空氣包層結(jié)構(gòu)。本公開內(nèi)容的實(shí)施方案還可以用于被構(gòu)造為支持單模或多模操作的光纖，用于具有短的長度和大的包層尺寸的棒型光纖，用于具有沿著光纖的傳播軸包層和/或芯部尺寸變化的縱向逐漸變細(xì)的光纖，和用于波導(dǎo)的拉制和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致光子晶體波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)(例如，光子晶體光纖或大間距光纖)。

在一些實(shí)施方案中，芯部的折射率分布可以圍繞波導(dǎo)的傳播軸隨角度變化。如本申請(qǐng)所用，術(shù)語“折射率分布”是指在具有徑向坐標(biāo)和方位角(即，角度)坐標(biāo)的波導(dǎo)的橫向平面中的折射率分布。如本申請(qǐng)所用，角度變化是指在波導(dǎo)的橫向平面中波導(dǎo)的折射率分布作為方位角坐標(biāo)的函數(shù)的變化。折射率分布可以圍繞傳播軸是角度對(duì)稱的或角度不對(duì)稱的。折射率分布也可以圍繞波導(dǎo)的傳播軸徑向地變化。在一些實(shí)施方案中，折射率分布可以圍繞波導(dǎo)的傳播軸徑向地且隨角度變化。以這種方式，波導(dǎo)可以被配置為發(fā)射特定的線性偏振(即，LP)模式，如基本模式LP₀₁，而鑒別較高階模式如LP₁₁模式、LP₂₁模式等的傳播和/或產(chǎn)生。模式鑒別也可以是由例如特定模式或待被鑒別模式的吸收和/或衰減引起的。橫跨橫向平面的波導(dǎo)折射率變化可以是階躍的或漸變的。在一些實(shí)施方案中，漸變的折射率分布可以由一系列階躍近似得到。

在一些實(shí)施方案中，芯部的折射率分布可以沿著傳播軸的長度隨角度變化。角度的折射率分布變化可以沿著傳播軸呈周期性或非周期性。例如，角度的折射率分布變化可以是正弦的或者具有另外的固定的空間頻率。周期性的變化還可以包括多個(gè)具有不同周期的變化，如沿著傳播軸增大或減小的線性調(diào)頻空間頻率。這樣的變化在本申請(qǐng)中被稱為準(zhǔn)周期。非周期性的折射率分布變化可以包括沿著傳播軸長度的、具有不規(guī)則空間關(guān)系的變化，例如隨機(jī)變化。在例如光纖的光波導(dǎo)的情況下，折射率分布的沿著傳播軸的這樣的角度變化可通過例如在拉制過程中旋轉(zhuǎn)光纖預(yù)制體而得到。

芯部的折射率分布也可以沿著傳播軸的長度徑向地變化。這種徑向變化可以是周期性的、非周期性的或準(zhǔn)周期性的。沿著傳播軸的折射率分布的徑向變化可通過例如在制造過程中徑向地變化芯棒預(yù)制體的折射率分布來實(shí)現(xiàn)。

參照?qǐng)D1和2，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，光波導(dǎo)100包括一個(gè)圓形芯部102和一個(gè)包層104。芯部102可以包括一個(gè)模式-傳播區(qū)域105和一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，該一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域諸如為代表性的位于模式-傳播區(qū)域105內(nèi)且圍繞傳播軸108定位的模式-鑒別區(qū)域106。在所示的實(shí)施方案中，芯部102包括八個(gè)諸如模式-鑒別區(qū)域106的模式-鑒別區(qū)域，這八個(gè)模式-鑒別區(qū)域的橫截面可以是大體圓形的，并且圍繞傳播軸108對(duì)稱地排列，如圖2中最佳示出的。

在示出的實(shí)施方案中，傳播軸108與波導(dǎo)的縱軸共線。然而，在替代實(shí)施方案中，傳播軸108可以位于芯部102的橫截面內(nèi)的任何期望的位置處，以促進(jìn)例如包層104的泵浦光有效地耦合入芯部(例如，見圖18)。在一些實(shí)施方案中，芯部102的模式-傳播區(qū)域105可以具有第一折射率n₁，以及模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域106可以具有不同于第一折射率n₁的第二折射率n₂。例如，第二折射率n₂可小于第一折射率n₁。以這種方式，芯部102的折射率分布可以圍繞傳播軸108以階躍的方式隨角度變化。折射率分布也可以徑向地以階躍的方式變化。在一些實(shí)施方案中，第二折射率n₂可以與包層104的折射率相同。在替代實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域可以是光吸收的，使得待鑒別的模式被諸如模式-鑒別區(qū)域106的模式-鑒別區(qū)域吸收。在進(jìn)一步的替代實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域諸如模式-鑒別區(qū)域106可具有相同或不同的折射率或光吸收性質(zhì)。

除了芯部的折射率分布圍繞傳播軸108的角度變化，折射率分布還可以沿著傳播軸的長度、在大體上平行于波導(dǎo)的縱軸的方向上變化。例如，如圖1所示，模式-鑒別區(qū)域諸如模式-鑒別區(qū)域106可以沿著傳播軸108遵循一個(gè)螺旋路徑。以這種方式，芯部的折射率分布可以沿著傳播軸108隨角度變化。折射率分布沿著傳播軸108的這種角度變化，以及折射率分布在波導(dǎo)的給定橫向平面處圍繞傳播軸的角度變化，通常與針對(duì)較高階模式的鑒別或較高階模式衰減相關(guān)，同時(shí)允許基本模式的傳輸。反過來，這可以允許光波導(dǎo)100在增大的芯部尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)單模操作，與之相對(duì)的是，傳統(tǒng)的光波導(dǎo)通過鑒別不期望的模式同時(shí)選擇性傳播期望的模式。折射率分布沿著傳播軸108的長度的角度變化可以是周期性的(圖1)、非周期性的或準(zhǔn)周期性的，這取決于所傳播的輻射的波長和待鑒別的模式(多個(gè)模式)。在替代實(shí)施方案中，波導(dǎo)可以被配置為鑒別基本模式。

芯部的折射率分布沿著傳播軸的角度變化可通過在拉制工藝中旋轉(zhuǎn)波導(dǎo)預(yù)制體來實(shí)現(xiàn)。圖3示出了安裝在拉制塔202中的代表性的波導(dǎo)預(yù)制體200。拉制塔202可包括一個(gè)爐子(未示出)，用來加熱預(yù)制體200和使預(yù)制體的材料被重力初始拉制成細(xì)的光纖204，然后由絞盤(未示出)在箭頭206指示的方向上且根據(jù)預(yù)定的進(jìn)給速率進(jìn)行拉制。在拉制過程中，預(yù)制體200可以按照預(yù)定的速率并根據(jù)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)順序或型式旋轉(zhuǎn)，預(yù)制體的旋轉(zhuǎn)通常用箭頭208指示，并在下面有進(jìn)一步的描述。以這種方式，所得到的光波導(dǎo)的芯部的折射率分布可以沿著芯部的傳播軸隨角度變化。旋轉(zhuǎn)順序或型式可包括任何旋轉(zhuǎn)或一系列旋轉(zhuǎn)，并且可以沿著芯部的傳播軸呈周期性的、非周期性的或準(zhǔn)周期性的。

在一些實(shí)施方案中，模式-傳播區(qū)域105和一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式鑒別-區(qū)域106可以由以下物質(zhì)制成：例如，玻璃、二氧化硅、重金屬氟化物玻璃如ZBLAN，或各種聚合物(包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯)中的任何一種。模式-傳播區(qū)域105和模式-鑒別區(qū)域如模式鑒別-區(qū)域106可以由不同的材料制成，或由具有不同折射率的相同材料制成(例如由不同量的或不同類型的摻雜劑導(dǎo)致的)。在一些實(shí)施方案中，模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域106可以界限出各個(gè)空間，這些空間可以包含氣體(例如空氣)，或可以抽真空。

在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約1μm至約500μm而又能維持單模操作。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約2μm至約250μm而又能維持單模操作。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約5μm至約250μm而又能維持單模操作。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約5μm至約100μm而又能維持單模操作。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約10μm至約25μm而又能維持單模操作。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以從約10μm至約2000μm而又能維持單模操作。

在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)如模式-鑒別區(qū)域106的模式-鑒別區(qū)域的直徑可以小于1μm至約10μm。在一些實(shí)施方案中，芯部102的直徑可以是約60μm，如模式-鑒別區(qū)域106的模式-鑒別區(qū)域的直徑可以是約2μm。在包括多于一個(gè)如模式-鑒別區(qū)域106的模式-鑒別區(qū)域的實(shí)施方案中，每個(gè)模式-鑒別區(qū)域可以具有同樣的直徑或者不同的直徑(或形狀)，這取決于波導(dǎo)的應(yīng)用和待被鑒別的模式。

在一些實(shí)施方案中，光波導(dǎo)100可被配置為在LP₀₁模式下表現(xiàn)出約0.01dB/m至約1dB/m的損失。在一些實(shí)施方案中，光波導(dǎo)100可被配置為在LP₀₁模式下表現(xiàn)出約0.2dB/m或更低的損失。在一些實(shí)施方案中，光波導(dǎo)100可被配置為在LP₁₁模式下表現(xiàn)出約10dB/m至約100dB/m的損失。在一些實(shí)施方案中，光波導(dǎo)100可被配置為在LP₁₁模式下表現(xiàn)出約20dB/m的損失。

在一些實(shí)施方案中，光波導(dǎo)可被配置為在LP₀₁模式下表現(xiàn)出相對(duì)較高的損失，同時(shí)在LP₁₁模式或其他較高階模式下表現(xiàn)出相對(duì)較低的損失。該特征在產(chǎn)生、選擇、過濾或利用較高階模式的性質(zhì)(例如較高階模式的大模場(chǎng)面積的性質(zhì))的應(yīng)用中會(huì)是優(yōu)選的。這樣的應(yīng)用包括例如使用較高階模式的圓柱矢量光束，或者為運(yùn)載光學(xué)角動(dòng)量采用的光學(xué)模式。

圖4-10展示了光波導(dǎo)的芯部的各種替代實(shí)施方案。模式-鑒別區(qū)域的數(shù)量和位置可以根據(jù)波導(dǎo)的具體應(yīng)用而改變。例如，芯部300可以具有圍繞芯部300的傳播軸310對(duì)稱布置的四個(gè)模式-鑒別區(qū)域302、304、306、308，如圖4所示。在這種方式中，芯部300可以具有相對(duì)于波導(dǎo)的傳播軸310隨角度變化的折射率分布。芯部300的折射率分布也可以圍繞傳播軸310徑向地變化，并且可以圍繞傳播軸呈角度和/或徑向?qū)ΨQ的。

可選地，模式-鑒別區(qū)域的布置不必圍繞傳播軸是對(duì)稱的。例如，如圖5所示，芯部400可以包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的模式-鑒別區(qū)域402，其以角度不對(duì)稱的方式圍繞傳播軸404布置，而可以位于距傳播軸404一個(gè)同樣的徑向距離處。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，芯部500可包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的模式-鑒別區(qū)域502，其如圖6所示以角度和徑向不對(duì)稱的方式布置。在這種方式中，芯部500可以具有圍繞芯部500的傳播軸504隨角度變化的折射率分布。折射率分布也可以相對(duì)于傳播軸504徑向地變化。

在進(jìn)一步的替代實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域不必具有圓形橫截面。例如，參考圖7，芯部600可以包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的具有橢圓形橫截面的、圍繞傳播軸604布置的模式-鑒別區(qū)域602。在如圖8所示的另一替代實(shí)施方案中，芯部700可以包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的具有矩形橫截面的、圍繞傳播軸704布置的模式-鑒別區(qū)域702。在如圖9所示的另一替代實(shí)施方案中，芯部800可以包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的具有六邊形橫截面的、圍繞傳播軸804布置的模式-鑒別區(qū)域802。在如圖10所示的又一替代實(shí)施方案中，芯部900可以包括多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，如代表性的具有三角形橫截面的、圍繞傳播軸904布置的模式-鑒別區(qū)域902。具有所公開的橫截面形狀中的任何一種的模式-鑒別區(qū)域都可以如上所述的徑向和/或角度對(duì)稱或不對(duì)稱配置中的任何一種布置，使得這樣的芯部的折射率分布會(huì)圍繞傳播軸隨角度變化。

在進(jìn)一步的可選實(shí)施方案中，模式-鑒別區(qū)域可以是不規(guī)則形狀的，如圖11-13所示。參照?qǐng)D11，芯部1000可以包括一個(gè)模式-傳播區(qū)域1002和一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域，如代表性的模式-鑒別區(qū)域1004。該一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域1004被模式-傳播區(qū)域1002包圍，使得芯部1000保持圓形橫截面形狀。該一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域1004按需要可以位于距傳播軸1006任何的徑向距離處。

替代地，圖12示出了包括具有傳播軸1108的模式-傳播區(qū)域1102的芯部1100。芯部1100還可以包括一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域如代表性的模式-鑒別區(qū)域1104，該模式-鑒別區(qū)域僅部分地被模式-傳播區(qū)域1102包圍。在示出的實(shí)施方案中，模式-鑒別區(qū)域1104的外部邊界1106可以是圓形的，使得芯部1100保持圓形橫截面形狀。在替代的實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域1104不必是不規(guī)則形狀的，而是可以具有任何合適的橫截面形狀(例如多邊形、圓形等)，同時(shí)維持一個(gè)圓形的外部邊界1106，使得芯部1100可以具有圓形的橫截面形狀。

在另一替代實(shí)施方案中，芯部1200可以包括單個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域1204，該單個(gè)不規(guī)則形狀的模式-鑒別區(qū)域1204基本上與芯部1200的傳播軸1206同軸且被模式-傳播區(qū)域1202包圍，如圖13所示。以這種方式，芯部1200的折射率分布可以圍繞傳播軸1206徑向地且隨角度變化。在替代實(shí)施方案中，模式-鑒別區(qū)域1204可以具有任何合適形狀的橫截面形狀，如多邊形橫截面形狀。在進(jìn)一步的替代實(shí)施方案中，模式-鑒別區(qū)域1204可以包圍模式-傳播區(qū)域1202，如參考圖17的進(jìn)一步描述。

現(xiàn)在參考圖14，該圖展示了另一實(shí)施方案，其中光波導(dǎo)芯部1300具有一個(gè)模式-傳播區(qū)域1302和多個(gè)模式-鑒別區(qū)域1300，如圍繞傳播軸1306布置的代表性模式-鑒別區(qū)域1304。模式-傳播區(qū)域1302可以包括一個(gè)限制在芯部1300的外部邊界1310內(nèi)的六邊形形狀的橫截面1300，使得芯部保持圓形的橫截面。模式-傳播區(qū)域1302可以包括多個(gè)頂點(diǎn)，如代表性的頂點(diǎn)1308，所述頂點(diǎn)可由模式-傳播區(qū)域的橫截面形狀的兩個(gè)相鄰小面(即，平面表面)的交叉點(diǎn)來定義。因此，圖14的模式-傳播區(qū)域1302的六邊形形狀的橫截面可以包括六個(gè)頂點(diǎn)。

在示出的實(shí)施方案中，模式-傳播區(qū)域1302可以被配置使得頂點(diǎn)如頂點(diǎn)1308與芯部1300的外部邊界1310基本上重合。以這種方式，模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域1304可以被模式-傳播區(qū)域1302的相鄰頂點(diǎn)(如頂點(diǎn)1308)和芯部1300的外部邊界1310之間的區(qū)限定。模式-傳播區(qū)域1302和模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域1304可以包括具有不同折射率的材料，如上所述。在這種方式中，芯部的折射率分布可以圍繞傳播軸1306徑向地且隨角度變化。折射率分布也可以是圍繞傳播軸1306呈角度和徑向?qū)ΨQ的。在可選的實(shí)施方案中，模式-傳播區(qū)域1302的橫截面形狀可以被配置為使得折射率分布在傳播軸1306上呈角度和/或徑向不對(duì)稱的。折射率分布也可以沿著傳播軸1306的長度隨角度變化，如關(guān)于圖1的實(shí)施方案描述的。

在替代實(shí)施方案中，圖14的模式-傳播區(qū)域1302可包括任何合適的形狀。例如，圖15展示了芯部1400，該芯部包括具有八邊形形狀的橫截面的模式-傳播區(qū)域1402。模式-傳播區(qū)域1402的頂點(diǎn)如代表性的頂點(diǎn)1408可以限定出八個(gè)模式-鑒別區(qū)域如代表性的模式-鑒別區(qū)域1404，這些模式-鑒別區(qū)域圍繞傳播軸1406布置。在這種方式中，芯部1400的折射率分布可以圍繞傳播軸1406徑向地且隨角度變化。折射率分布也可以圍繞傳播軸1406呈徑向和角度對(duì)稱的。

參照?qǐng)D16，該圖示出了具有一個(gè)模式-傳播區(qū)域1502和一個(gè)模式-鑒別區(qū)域1504的光波導(dǎo)芯部1500的另一實(shí)施方案。模式-傳播區(qū)域1502可以具有非圓形的橫截面，如圖16所示的六邊形形狀橫截面，并且可以以傳播軸1506為中心。在示出的實(shí)施方案中，模式-傳播區(qū)域1502可以包括六個(gè)頂點(diǎn)如代表性的頂點(diǎn)1508，所述頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)于模式-傳播區(qū)域1502的六邊形形狀的橫截面。模式-傳播區(qū)域1502可被配置為使得頂點(diǎn)如代表性的頂點(diǎn)1508位于芯部1500的外部邊界1510的徑向內(nèi)側(cè)。因此，模式-鑒別區(qū)域1504可以連續(xù)地包圍模式-傳播區(qū)域1502，并且可具有圓形的橫截面，使得芯部1500保留了圓形的橫截面形狀。

模式-傳播區(qū)域1502可以由具有第一折射率的材料制成，并且模式-鑒別區(qū)域1504可以由具有不同于第一折射率的第二折射率的材料制成，如上所述。在這種方式中，芯部1500的折射率分布可以圍繞芯部的傳播軸1506徑向地且隨角度變化。折射率分布也可以圍繞傳播軸1506呈角度和徑向?qū)ΨQ的。折射率分布也可以沿著傳播軸1506的長度隨角度變化，如關(guān)于圖1的實(shí)施方案描述的。

在替代實(shí)施方案中，模式-傳播區(qū)域1502的橫截面形狀可以被配置為使得折射率分布圍繞傳播軸1506呈現(xiàn)角度和/或徑向不對(duì)稱的。例如，圖17表示了芯部1600，該芯部具有一個(gè)模式-傳播區(qū)域1602，該模式-傳播區(qū)域具有任意的多邊形形狀的橫截面。模式-傳播區(qū)域1602可以以傳播軸1606為中心，并且可以被一個(gè)圓形的模式-鑒別區(qū)域1604包圍，使得芯部1600可以保持圓形的橫截面。在這種方式中，芯部1600的折射率分布可以圍繞傳播軸1606徑向地和隨角度變化，并且可以圍繞傳播軸1606呈角度和徑向不對(duì)稱的。圖14、15、16和17的芯部可以通過以下步驟獲得：例如，機(jī)械加工模式-傳播區(qū)域的材料，以獲得需要的模式-傳播區(qū)域的形狀，接下來經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)套管或沉積階段來獲得各個(gè)模式-鑒別區(qū)域。

參考圖18，芯部1700的一個(gè)替代實(shí)施方案可包括一個(gè)模式-傳播區(qū)域1702和一個(gè)模式-鑒別區(qū)域1704。模式-傳播區(qū)域1702可以具有非圓形的橫截面，如圖16所示的實(shí)施方案的六邊形形狀的橫截面。模式-傳播區(qū)域1702也可以具有一個(gè)傳播軸1706，該傳播軸1706徑向地偏離模式-傳播區(qū)域的縱軸1708。在這種方式中，芯部1700的折射率分布可以圍繞芯部1700的傳播軸1706徑向地和隨角度地變化。傳播軸1706的方式的傳播軸徑向偏離芯部的縱軸可以用在本文所描述的任何波導(dǎo)芯部中。

圖19示出了用于圖1的光波導(dǎo)的芯棒預(yù)制體1800的一個(gè)代表性實(shí)施方案。芯棒預(yù)制體1800可以包括一個(gè)或多個(gè)第一玻璃棒(如代表性的具有第一折射率n₁的第一玻璃棒1802)和一個(gè)或多個(gè)第二玻璃棒(如代表性的具有第二折射率n₂的第二玻璃棒1804)，這些玻璃棒被布置在由較大的玻璃管1808的內(nèi)壁限定的空間1806中。第一和第二玻璃棒1802、1804可以被布置成使得在芯棒預(yù)制體1800壓縮時(shí)(例如，通過加熱)形成芯棒，該芯棒可以具有圍繞芯棒的傳播軸呈徑向地和/或隨角度變化的折射率分布。替代地，芯棒預(yù)制體1900可以包括多個(gè)第一玻璃棒，如代表性的第一玻璃棒1902，這些玻璃棒布置在由較大的玻璃管1906的內(nèi)壁限出的空間1904內(nèi)，如圖20所示?？臻g1904的剩余部分可由例如二氧化硅的玻璃質(zhì)材料顆粒填充或部分填充。芯棒預(yù)制體1900然后可被燒結(jié)以形成成品芯棒。在替代的實(shí)施方案中，可以通過例如對(duì)芯部材料鉆孔而在芯部材料中形成空間，然后將具有不同折射率的不同類材料插入空間中，以形成模式-鑒別區(qū)域。在某些技術(shù)方案中，在模式-鑒別區(qū)域限定的空間內(nèi)包含例如一種或多種氣體的情況下，可以進(jìn)行壓力控制，以防止在拉制波導(dǎo)預(yù)制體的過程中空間壓縮。

圖21是一種制作光纖形式的光波導(dǎo)的代表性方法的示意框圖。在步驟2002中，芯棒預(yù)制體可以通過將多個(gè)不同折射率的玻璃棒布置在較大的玻璃管內(nèi)獲得，如上所述。多個(gè)玻璃棒可以被布置為使得在燒結(jié)或熔化成一體時(shí)，所得到的芯棒的折射率分布圍繞芯棒的縱軸隨角度變化。替代地，可以通過在一個(gè)較大的玻璃管內(nèi)布置一個(gè)或多個(gè)玻璃管，通過用玻璃質(zhì)材料顆粒填充較大的玻璃管的內(nèi)部空間，或通過其任意組合，獲得芯棒預(yù)制體。

在2004，可以通過用例如O₂-H₂火焰加熱來壓縮較大的玻璃管獲得芯棒。在步驟2006，可以通過將芯棒設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)包層和/或套管內(nèi)獲得光纖預(yù)制體。在2008，拉制參數(shù)如進(jìn)給速率、溫度、壓力和張力是可以選擇的。在2010，折射率分布的角度變化參數(shù)(如旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)型式)是可選擇的。旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)型式中的一個(gè)或兩個(gè)可被選擇為在光纖的拉制過程中隨時(shí)間變化，使得成品光纖的折射率分布沿著光纖的傳播軸具有不同的角度變化。在步驟2012，按照所選擇的進(jìn)給速率、旋轉(zhuǎn)速率和旋轉(zhuǎn)型式的參數(shù)拉制和旋轉(zhuǎn)光纖。在周期性的旋轉(zhuǎn)型式的情況下，可以依據(jù)光纖直徑、沿著光纖傳播軸的折射率分布的角度變化、沿著光纖傳播軸的折射率分布的徑向變化，以及折射率分布變化的角度和徑向的周期性，在步驟2014評(píng)估拉制的光纖。在步驟2016，可以確定拉制參數(shù)和或角度折射率分布變化參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)是否是優(yōu)選調(diào)整的，并可以根據(jù)需要在2008、2010重新選擇參數(shù)。

圖22示出了具有芯部2102和包層2104的波導(dǎo)2100的一種替代實(shí)施方案。芯部2102可以具有圓形的橫截面形狀，并且可被構(gòu)造成沿著傳播軸2106傳播光輻射。芯部2102可以包括一個(gè)或多個(gè)圍繞傳播軸2106布置的模式-鑒別區(qū)域如代表性的模式-鑒別區(qū)域2103，這與上述的實(shí)施方案是類似的。在這種方式中，芯部2102的折射率分布可以圍繞傳播軸2106徑向和隨角度變化。芯部2102的折射率分布也可以沿著傳播軸2106的長度變化。

包層2104還可以包括一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如位于芯部2102周圍的代表性模式-鑒別區(qū)域2108。一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域2108可以具有第一折射率n₁，該第一折射率n₁不同于包層2104的第二折射率n₂。在這種方式中，包層2104的折射率分布可以圍繞芯部2102的傳播軸2106徑向地和隨角度變化。在一些實(shí)施方案中，第一折射率n₁可以與芯部2102的折射率相同。在一些實(shí)施方案中，包層2104的折射率分布也可以沿著傳播軸2106的長度隨角度變化。這種沿著傳播軸2106的角度變化可通過在拉制工藝中旋轉(zhuǎn)波導(dǎo)預(yù)制體來實(shí)現(xiàn)，如上所述。

一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域2108可以與芯部2102的外部邊界2110存在一定的距離δ。在一些實(shí)施方案中，距離δ可以等于預(yù)期經(jīng)過芯部2102傳播的光輻射的波長的倍數(shù)。例如，在一些實(shí)施方案中，距離δ可以是約等于預(yù)期經(jīng)過芯部2102傳播的光輻射的波長。在一些實(shí)施方案中，距離δ可以是預(yù)期經(jīng)過芯部2102傳播的光輻射的波長的約2倍至約10倍。在替代的實(shí)施方案中，距離δ可以是預(yù)期經(jīng)過芯部2102傳播的光輻射的波長的幾分之一。

隨著光輻射傳播經(jīng)過的波導(dǎo)2100，光輻射的基本模式可以通過芯部2102傳播，而較高階模式可耦合入包層2104一個(gè)大致等于距離δ或距離δ的幾分之一的距離。在這種方式中，一個(gè)或多個(gè)經(jīng)過波導(dǎo)2100傳播的較高階模式除了可以遇到芯部2102的隨角度變化的折射率分布，還可以遇到包層2104的隨角度變化的折射率分布，這樣可以鑒別一個(gè)或多個(gè)較高階模式的傳播。在這種方式中，波導(dǎo)2100可被配置為傳播基本模式而鑒別不期望的較高階模式。一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域2108可以具有任何合適的形狀，并可以圍繞芯部2102以任何合適的布置進(jìn)行布置。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如代表性的芯部2102的模式-鑒別區(qū)域2103，以及一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如代表性的包層2104的模式-鑒別區(qū)域2108可以彼此對(duì)稱地布置，如圖22所示，或根據(jù)需要不對(duì)稱地布置。

參考圖23，其示出了光波導(dǎo)2200的另一替代的實(shí)施方案，該光波導(dǎo)具有芯部2202、內(nèi)包層2204和外包層2206。芯部2202可以具有圓形的橫截面形狀，并且可被構(gòu)造成沿著傳播軸2208傳播光輻射。芯部2202可以包括一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域，例如代表性的圍繞傳播軸2208布置的模式-鑒別區(qū)域2203，類似于上述實(shí)施方案。在這種方式中，芯部2202的折射率分布可以圍繞傳播軸2208徑向地和隨角度變化。芯部2202的折射率分布也可以沿著傳播軸2208的長度變化。

內(nèi)包層2204可以具有非圓形的橫截面，如圖23所示的六邊形橫截面，并可具有第一折射率n₁，該第一折射率n₁不同于芯部2202的第二折射率n₂。在這種方式中，內(nèi)包層2204的折射率分布可以圍繞芯部2202的傳播軸2208徑向地和隨角度變化。在一些實(shí)施方案中，包層2204的折射率分布也可以沿著傳播軸2208的長度隨角度變化。這樣的沿著傳播軸2208的角度變化可通過在拉制工藝中旋轉(zhuǎn)波導(dǎo)預(yù)制體來實(shí)現(xiàn)，如上所述。

內(nèi)包層2204可以具有厚度τ，該厚度可以根據(jù)內(nèi)包層2204的橫截面形狀而圍繞芯部2202的傳播軸2208徑向地和隨角度變化。在一些實(shí)施方案中，厚度τ可以等于預(yù)期經(jīng)過芯部2202傳播的光輻射的波長的倍數(shù)。例如，在一些實(shí)施方案中，厚度τ可以約等于預(yù)期經(jīng)過芯部2202傳播的光的波長。在一些實(shí)施方案中，厚度τ可以是預(yù)期經(jīng)過芯部2202傳播的光輻射的波長的約2倍至約10倍。在替代的實(shí)施方案中，厚度τ可以是預(yù)期經(jīng)過芯部2202傳播的波長的幾分之一。

隨著光輻射沿著波導(dǎo)2200傳播，光輻射的基本模式可以經(jīng)過芯部2202傳播，而一個(gè)或多個(gè)較高階模式可以耦合入內(nèi)包層2204一個(gè)大致等于厚度τ或厚度τ的幾分之一的距離。在這種方式中，一個(gè)或多個(gè)較高階模式除了可以遇到芯部2202的隨角度變化的折射率分布，還可以遇到內(nèi)部包層2204的隨角度變化的折射率分布，這樣可以鑒別一個(gè)或多個(gè)較高階模式的傳播。在這種方式中，波導(dǎo)2200可被配置為傳播基本模式而鑒別不期望的較高階模式。在替代的實(shí)施方案中，波導(dǎo)2200可具有任何合適的橫截面形狀，并且可以例如這樣制造：將內(nèi)包層材料套在圓形的芯部2202上，然后機(jī)械加工內(nèi)包層材料至需要的橫截面形狀和厚度τ。

現(xiàn)在參考圖24，光波導(dǎo)芯部2300的另一實(shí)施方案中可具有一個(gè)模式-傳播區(qū)域2302和一個(gè)或多個(gè)圍繞傳播軸2306布置的模式-鑒別區(qū)域如代表性的模式-鑒別區(qū)域2304。一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域2304可以位于距傳播軸2306的均勻增大的徑向距離處，并且可以以角度對(duì)稱的方式布置。例如，如實(shí)施方案所示，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域如模式-鑒別區(qū)域2304可以沿著穿過芯部2300中心的軸對(duì)準(zhǔn)。在這種方式中，芯部2300的折射率分布可以圍繞傳播軸2306徑向地和隨角度變化。在替代的實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域2304之間的徑向距離不需要是均勻的，并且根據(jù)需要，一個(gè)或多個(gè)模式-鑒別區(qū)域可以以角對(duì)稱或不對(duì)稱的方式布置。

下面提供了的實(shí)施例來說明工作實(shí)施方案的某些特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的范圍不限于由這些實(shí)施例說明的特征所限定的范圍。

實(shí)施例1

在第一工作實(shí)施例中，光波導(dǎo)被模制為具有圓形芯部，該芯部包括一個(gè)模式-傳播區(qū)域和圍繞波導(dǎo)的傳播軸布置的八個(gè)模式-鑒別區(qū)域，類似于圖1的實(shí)施方案。芯部的模式-傳播區(qū)域具有階躍的折射率分布，并且摻雜有Ge。芯部具有0.07的數(shù)值孔徑和約60μm的直徑。模式-鑒別區(qū)域由純二氧化硅制成，并具有約2μm的均勻直徑。波導(dǎo)被拉制為具有約5mm的旋轉(zhuǎn)周期。光傳輸通過波導(dǎo)的LP₀₁模場(chǎng)分布具有1060nm的波長，如圖25所示。在LP₁₁模式下，波導(dǎo)表現(xiàn)出約20dB/m的傳輸損失，而基本模式LP₀₁表現(xiàn)出小于0.2dB/m的相對(duì)低的傳輸損失。光波導(dǎo)的輸出光束可由高增益和單模傳播來表征。輸出光束的相應(yīng)模場(chǎng)直徑可以超過50μm，相對(duì)于通常達(dá)到了約22μm的最大模場(chǎng)直徑的傳統(tǒng)的大模場(chǎng)面積光纖，非線性效應(yīng)閾值增加到約5倍。針對(duì)800nm至1400nm之間的光波長，對(duì)于LP₀₁模式2400和LP₁₁模式2402，傳輸損失與波長的關(guān)系曲線如圖26所示。

實(shí)施例2

所公開的光波導(dǎo)可以用于許多光學(xué)系統(tǒng)，包括光纖激光器和光纖放大器系統(tǒng)。圖27示出了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)2500，包括與一個(gè)或多個(gè)預(yù)放大器或預(yù)放大級(jí)2504通信的脈沖種子源激光器2502。種子源2502可被配置為提供預(yù)定的脈沖寬度和重復(fù)速率的相對(duì)低功率的激光脈沖。例如，一種合適的脈沖寬度可以是100ps，且合適重復(fù)速率可以是10MHz。系統(tǒng)2500可以包括一個(gè)或多個(gè)被配置以降低系統(tǒng)2500的組件之間的反饋的光隔離器2506。系統(tǒng)2500還可以包括一個(gè)泵浦組合器2508，該泵浦組合器被配置為耦合來自一個(gè)或多個(gè)泵浦輻射源(例如泵浦激光二極管2510)的泵浦光進(jìn)入無源光纖2512的包層。泵浦組合器2508還可以耦合來自種子源2502的信號(hào)光進(jìn)入無源光纖2512的芯部。

無源光纖2512可以與有源光纖2514經(jīng)由接頭2516通信，該有源光纖按照上述的任何實(shí)施方案進(jìn)行配置。泵浦光可以進(jìn)入有源光纖2514的芯部，由此可以擴(kuò)增種子源2502的信號(hào)光。有源光纖2514可被構(gòu)造為以相對(duì)較低的傳輸損失傳播LP₀₁模式(例如，對(duì)于1060nm的操作波長，損失約0.2dB/m)，以及衰減較高階模式(例如，對(duì)于1060nm的操作波長，損失約20dB/m)。在某些實(shí)施方案中，在模場(chǎng)失配和大的芯部尺寸可以導(dǎo)致無源光纖和有源光纖之間的接口(即，接頭2516)激發(fā)多個(gè)模式的情況下，較高階模式可在有源光纖2514中衰減。

實(shí)施例3

在第三工作實(shí)施例中，本申請(qǐng)的光波導(dǎo)可以用于級(jí)聯(lián)拉曼放大器。對(duì)于一個(gè)代表性的整合了本申請(qǐng)的光波導(dǎo)的級(jí)聯(lián)拉曼放大器，傳輸損失(由線2602表示)與波長的曲線圖表示在圖28中。光波導(dǎo)可被配置為使得放大器對(duì)于例如1100至1480nm之間的波長具有相對(duì)低的傳輸損失，且對(duì)于1480nm之上的波長具有高的傳輸損失。在1480nm之上的波長處的相對(duì)較高的傳輸損失可以與在1480nm處的增強(qiáng)的截止效應(yīng)相關(guān)聯(lián)。增強(qiáng)的截止效應(yīng)可以抑制在1480nm之上產(chǎn)生級(jí)聯(lián)斯托克斯脈沖(stokes)2604，以及增強(qiáng)在1480nm處的輸出，如箭頭2606的指示。

實(shí)施例4

在第四實(shí)施例中，本申請(qǐng)的光波導(dǎo)可以用于放大的自發(fā)輻射(ASE)濾波器。摻雜Yb的波導(dǎo)可被設(shè)計(jì)為在期望的激光信號(hào)波長(例如1064nm)下具有低的傳輸損失，并且在例如1020nm-1050nm的ASE頻帶下具有高的傳輸損失。這種波導(dǎo)可以充當(dāng)一個(gè)ASE濾波器，它可以減少ASE積累或增大ASE閾值，從而在光纖激光器或放大器應(yīng)用中抑制ASE噪聲，并且提高激光性能以及使進(jìn)一步的功率縮放成為可能。這樣的波導(dǎo)也可用于抑制Er-Yb共摻雜的光纖中的1μm ASE或偽激光，并且用于抑制在976nm處運(yùn)作的Yb摻雜的光纖激光器和放大器中的1μm ASE或偽激光。

考慮到本公開內(nèi)容的原理可用于許多可能的實(shí)施方案中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，所示的實(shí)施方案僅是優(yōu)選的實(shí)施例，并且不應(yīng)被視為對(duì)本公開內(nèi)容的范圍的限制。相反，本公開內(nèi)容的范圍由隨后的權(quán)利要求限定。