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【发明授权】光子晶体光纤及高功率光传送系统_日本电信电话株式会社_201680068459.2 

申请/专利权人:日本电信电话株式会社

申请日:2016-11-17

公开(公告)日:2021-02-23

公开(公告)号:CN108292010B

主分类号:G02B6/02(20060101)

分类号:G02B6/02(20060101);G02B6/032(20060101);G02B6/42(20060101)

优先权:["20151210 JP 2015-240984"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.02.23#授权;2018.08.10#实质审查的生效;2018.07.17#公开

摘要:本发明涉及的光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,所述空孔配置成在剖面中每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,且将可传播的模数限制为数个左右而得到大的芯面积。此外,本发明涉及的高功率光传送系统将激光器激振部的中心轴与光子晶体光纤的中心轴之间的轴偏量设为恒定量以下。

主权项:1.一种光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,全部所述空孔的间隔为Λ,中心侧所述空孔的直径d1比外侧所述空孔的直径d更大,将Λ设为横轴、d1d设为纵轴时,Λ、d1及d位于记载于数C1的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为1dBkm,拉曼增益系数gR在纯石英的情况下,在波长1.06μm下为约1.0e-13mW,所述光子晶体光纤在波长1.06μm的有效剖面积为500μm2以上,[数C1]Λ≤11.8μm时,d1d≤0.633Λ-5.467,且被d1d≥1包围的范围;11.8μm<Λ≤15.4μm时,d1d≤-0.0429Λ+2.468,且被d1d≥1包围的范围;15.4μm<Λ≤16.8μm时,d1d≤0.0454Λ+1.13,且被d1d≥1包围的范围;16.8μm<Λ时,d1d≤0.0454Λ+1.13,且被d1d≥0.117Λ-0.96包围的范围。

全文数据:光子晶体光纤及高功率光传送系统技术领域[0001]本发明涉及能够进行高功率光传送的光子晶体光纤及高功率光传送系统。背景技术[0002]随着高输出激光器的发展,广泛采用使用激光的焊接等工业加工的应用。尤其是近年来,开发了输出达到IOkW的高输出光纤激光器,希望用于医疗和工业。在此种高输出光纤激光器中,例如非专利文献1所示,通过在数m以下的短尺寸光纤中扩大芯面积,缓解由非线性导致的输出功率限制。此外在激光加工中,射出光的光束质量对加工效率影响较大。由于光束质量很大程度依赖于射出光的模式状态,因此在光纤激光器中使用能够单模传送的光纤。[0003]而且如非专利文献2所示,在上述高输出激光器的射出端连接光纤,也应用于远距离的焊接加工。在该情况下,射出端的光束质量受到连接的光纤中高阶模的激励状态的影响。因此,将芯面积大的多模光纤作为传送用光纤来连接,则能够将数kW的高功率光传送数十m以上,但射出端的光束质量降低。为了提高光束质量,需要减少传播模数,但通常在光纤的构造设计中,传播模数的减少和芯面积的扩大之间存在权衡tradeoff关系,若欲提高光束质量,则能够传送的功率受到限制。[0004]此外如非专利文献3所示,已知:通过使用具有空孔构造的光子晶体光纤,与通过向芯中添加参杂剂而形成折射率分布的通常的光纤相比,能够缓解单模工作区域和芯面积扩大之间的权衡问题。因此对于光子晶体光纤,已知作为通信用途能够降低光通信系统中的非线性效果导致的传输特性劣化。而且,已知专利文献1中通过使用不均匀的空孔配置的光子晶体光纤,与均匀构造相比,能够进一步缓解单模工作区域和芯面积扩大之间的权衡问题。[0005]现有技术文献[0000]专利文献[0007]专利文献1:国际公开W02011093349手册[0008]非专利文献[0009]非专利文献1:姫野、“高输出激光器的基础和特征”、藤仓(7夕夕歹)技报、vol.1、ρρ·1-6、2014年1月[0010]非专利文献2:山崎等、“10kW激光传送用8芯长尺寸线缆”、三菱电线工业时报、第105号、ρρ·24-27、2008年10月[0011]非专利文献3:松井等、“关于光子晶体光纤的有效剖面积扩大的讨论”、信学大信学:大)、Β-13-21、2008年9月[0012]非专利文献4:G·P·AgrawaI,“NonIinearFiberOptics”,ACADEMICPRESS.pp.278-279[0013]如上述所述,为了在长的传播距离得到高品质且高输出功率,以少的传播模数获得大的芯面积在现有的光纤中是存在权衡关系的,因此存在的问题是:无法得到高输出且高品质的高功率光。而且,在使用光子晶体光纤的情况下,在远超过通信用途的kW级的工业用高功率传送用途中,存在的问题是:权衡改善至什么程度尚不清楚,适合得到高品质且高输出功率的构造设计尚不清楚。发明内容[0014]因此,本发明为解决上述问题,目的在于提供一种以限制的传播模数得到大的芯面积的光子晶体光纤、及具备其且光束质量高的高功率光传送系统。[0015]本发明将光子晶体光纤的空孔配置成在剖面中每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,且将可传播的模数限制为数个左右而得到大的芯面积。此外,本发明涉及的高功率光传送系统将激光器激振部的中心轴与光子晶体光纤的中心轴之间的轴偏量设为恒定量以下。[0016]具体来说,本发明涉及的第一光子晶体光纤中,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,全部所述空孔的间隔为Λ,中心侧所述空孔的直径dl比外侧所述空孔的直径d更大,将Λ设为横轴、dld设为纵轴时,Λ、dl及d位于记载于数Cl的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,[0017][fid][0019]为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会降低光束质量,本发明涉及的第一光子晶体光纤优选传播模数为3以下。[0020]此外,本发明涉及的第一光子晶体光纤为了能够进行光的高功率传送,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。[0021]本发明涉及的第二光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,全部所述空孔的直径为d,中心侧所述空孔的间隔Λ1比外侧所述空孔的间隔Λ更小,当将Λ设为横轴、dΛ设为纵轴时,Λ及d位于记载于数C2的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,[0022][fiC2][0024]为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会降低光束质量,本发明涉及的第二光子晶体光纤优选传播模数为3以下。[0025]此外,本发明涉及的第二光子晶体光纤为了能够进行光的高功率传送,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。[0026]本发明涉及的第三光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,所述空孔比率相互不同的层以同心圆状具有三层以上,越靠近中心的层,所述空孔比率越大,全部所述空孔的直径d相等,当将最靠近中心的中心层的空孔和与所述中心层相邻的相邻层的空孔之间的间隔Λ设为横轴、纵轴设为dΛ时,Λ及d位于记载于数C3的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,[0027][fiC3][0029]为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会降低光束质量,本发明涉及的第三光子晶体光纤优选传播模数为3以下。[0030]此外,本发明涉及的第三光子晶体光纤为了能够进行光的高功率传送,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。[0031]本发明涉及的第四光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,所述空孔比率相互不同的层以同心圆状具有三层以上,越靠近中心的层,所述空孔比率越大,全部所述空孔的直径d相等,当将最靠近中心的中心层的空孔和与所述中心层相邻的相邻层的空孔之间的间隔Λ设为横轴、纵轴设为dΛ时,Λ及d位于记载于数C4的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,[0032][fiC4][0034]为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会降低光束质量,本发明涉及的第四光子晶体光纤优选传播模数为4以下。[0035]此外,本发明涉及的第四光子晶体光纤为了能够进行光的高功率传送,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。[0036]通过使光子晶体光纤的空孔构造在数式Cl至C4的范围内不均匀,将可传播的模数限制为数个左右且得到大的芯面积。因此,本发明提供一种以限制的传播模数得到大的芯面积的光子晶体光纤。[0037]此外,本发明涉及的高功率光传送系统包括激光器激振部;所述光子晶体光纤;来自所述激光器激振部的光入射到所述光子晶体光纤的结合部,在所述高功率光传送系统中,所述结合部把来自所述激光器激振部的射出光的中心轴与所述光子晶体光纤的中心轴的偏移量相对于所述光子晶体光纤的模场半径的相对值设为〇.95以下,来自所述激光器激振部的光的光束半径相对于所述光子晶体光纤的模场半径为0.5以上。[0038]由于LPOl模式和LP21在从光纤中心偏离的位置具有分量峰,因此若在光纤连接部中具有轴偏,则结合効率升高。因此,来自激光器激振部的射出光的中心轴与光子晶体光纤的中心轴的偏移量相对于光子晶体光纤的模场半径的相对值设为0.95以下,能够降低LPOl模式和LP21从激光器发送部向光子晶体光纤的结合效率。因此,即便扩大光子晶体光纤的有效剖面积,也能够降低基本模式以外的传播模式的功率,能够提高光束质量。因此,本发明能够提供一种具备以限制的传播模数得到大的芯面积的光子晶体光纤且光束质量高的高功率光传送系统。[0039]本发明能够提供一种以限制的传播模数得到大的芯面积的光子晶体光纤及具备其且光束质量高的高功率光传送系统。附图说明[0040]图1是表不高功率光传送用光纤的有效的折射率分布一例的概略图。[0041]图2是表示本发明涉及的光子晶体光纤的构造例的概略图。[0042]图3是表示本发明涉及的光子晶体光纤的构造例的概略图。[0043]图4是表示本发明涉及的高功率光传送系统的结构例的概略图。[0044]图5是表示在本发明涉及的高功率光传送系统中入射光与光纤的光束径不一致导致的对于高阶模的结合效率与输出光的M2的特性图。[0045]图6是表示在本发明涉及的高功率光传送系统中由轴偏导致的对于LPll模式及LP21模式的结合效率的特性图。[0046]图7是说明本发明涉及的高功率光传送系统中入射光中心与光纤中心之间关系的图。[0047]图8是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0048]图9是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0049]图10是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的弯折损失的波长依赖性一例的图。[0050]图11是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0051]图12是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0052]图13是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的弯折损失的波长依赖性一例的图。[0053]图14是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的允许弯折半径和有效剖面积之间关系的特性图。[0054]图15是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的允许弯折半径和最大输出功率之间关系的特性图。[0055]图16是表示本发明涉及的光子晶体光纤的构造例的概略图。[0056]图17是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0057]图18是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0058]图19是说明本发明涉及的光子晶体光纤中的构造条件的图。[0059]图20是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的弯折损失的波长依赖性一例的图。[0060]图21是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的允许弯折半径和有效剖面积之间关系的特性图。[0061]图22是表示本发明涉及的光子晶体光纤中的允许弯折半径和最大输出功率之间关系的特性图。[0062]图23是说明本发明涉及的光纤设计方法的流程图。具体实施方式[0063]参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明的实施方式是本发明的实施例,本发明并非由以下实施方式限制。另外,本说明书及附图中符号相同的结构组成表示相互相同的结构。[0064]第一实施方式)[0065]图1是高功率光传送用光纤中的有效折射率分布的一例。在本光纤中,通过在芯区域的周围配置折射率比外部包层区域更低的层,改善芯面积的扩大与模数减少之间的权衡,在高功率光传送中同时实现输出光的高品质化和高功率化两者。尤其是本实施方式中为了实现微小的折射率差的控制,在均匀的石英玻璃中配置多个空孔,通过按层控制空孔的配置或大小或这两者,实现图1所示的有效的折射率分布。[0066]本实施方式的光子晶体光纤是在光纤中具有沿着长边方向配置的多个空孔的光子晶体光纤,且在剖面中,每単位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分中中心侧比外侧更大,且可传播的传播模数为3以下。[0067]图2是作为高功率光传送用光纤的光子晶体光纤的构造例1。图2的光子晶体光纤在石英12内将空孔11以空孔间隔Λ配置成六方最密状,且通过在光纤的中心在相当于七个空孔量的区域内不配置空孔,由此形成芯区域。此外仅与芯区域相邻的第一层的空孔具有比配置在其外侧的空孔的空孔直径d更大的空孔直径dl。通过使dld,从而第一层的有效折射率比其外侧的空孔层降低,实现图1所示的折射率分布。[0068]图3是作为高功率光传送用光纤的光子晶体光纤的构造例2。图3的光子晶体光纤是在石英12内将恒定直径d的多个空孔11配置成多个六角形状。与图2相同,通过在光纤的中心相当于七个空孔量的区域内不配置空孔,由此在中心形成芯区域。在此图3的构造中,与芯区域相邻的第一层空孔层中的相邻的空孔间距离Al比其外侧的空孔层的空孔间距离Λ更小。通过使Λ1Λ,第一层的空孔密度比其外侧更高,由此实现图1所示的折射率分布。在此,在图3的构造中,由于空孔的大小全部恒定,在母材的制作时和光纤的制纤时不需要按各空孔进行大小控制,因此制造工艺与图2的构造相比比较简单故而优选。[0069]图4表示应用本发明的高功率光传送用光纤91的传送系统81的结构例。包括:发出高输出光的激光器激振部92和将该输出光向光纤的芯区域的中心对准焦点入射的透镜93。在此光纤的输出部中配置被加工物82,进行切断等加工,但光纤输出光的光束质量M2越接近1,越能够提高加工精度及效率。[0070]图5表示由于入射光与传送用光纤的模场径MFD不匹配(入射光的MFD光纤的MFD导致的对于基本模式LPOl及1^11、1^21、1^02模式的结合效率。在不存在册0不匹配的情况下,在没有轴偏等外部扰动的理想条件下,全部与LPOl模式结合,因此不会发生光束质量的降低,但通常极少发生激光器激振器与传送用光纤的MFD完全一致的情况。在存在MFD不匹配的情况下,相对于LP1ULP21模式的结合效率为5%以下,非常小。这是由于两模式的电场分布在中心附近不具有分量,所以结果是不会发生与入射光的结合。另一方面,对于具有与基本模式类似的电场分布的LP02模式,由于ΜΠ不匹配导致结合效率增加,右侧的纵轴所示的M2值变大,光束质量降低。因此在本发明的高功率传送用光纤及传送系统中,为了避免输出光光束质量的降低,通过采用不能使LP02模式传播的构造的光子晶体光纤,不依赖于激光器激振器与传送用光纤的ΜΠ不匹配的程度,而能够稳定地得到高品质的输出光。此外即便在LP02模式能够传播的情况下,只要如图5所示入射光束直径与光纤的ΜΠ之比在0.5以上,就能够使M2变为2以下而得到高品质的输出光。[0071]图6表示由于轴偏导致的LP11、LP21模式的结合效率及M2的变化。横轴是距中心的轴偏量相对于光纤的LPO1模式的模场半径的相对值。由于LPl1及LP21模式在偏离光纤中心的位置具有峰,因此由于轴偏导致它们的高阶模的结合效率增加,结果使光束质量降低。为了避免由于这些高阶模导致输出光光束质量降低M2增加),例如为了使M2成为2.0以下,需要将相对轴偏量设为0.95以下。因此在本发明的高功率光传送系统中,如图7所示,在结合部94中,将激光器激振器的中心轴即激光器激振器的输出光的光轴与光子晶体光纤的中心轴之间的轴偏量相对于传送用光纤的模场半径控制在0.95以下,能够得到M2为2.0以下的极尚品质的输出光。[0072]图8表示使用图2所示的构造的情况下的本发明的高功率光传送用光纤的构造条件。另外构造条件通过数值计算解析求得。图中是波长1.〇6μπι时的构造条件,图中的实线是计算相对于LP02模式的损失成为0.ldBm的构造条件而绘制的,在实线以下的区域中无法传播LP02模式。虚线是以图中所示的弯折半径R计算基本模式的弯折损失成为ldBkm的构造条件而绘制的,在虚线左侧的区域中相对于基本模式的弯折损失足够降低,能够得到低损失的高功率光传送用光纤及光纤线缆。[0073]在此输出光功率的最大值能够通过扩大基本模式的有效剖面积来增加,且有效剖面积能够通过加大PCF的空孔间间隔Λ来扩大。因此,在实线与虚线的交点处,能够同时防止LP02模式的传播及弯折损失的增大,在与虚线对应的弯折半径下能够使有效剖面积最大。[0074]在此,说明输出光功率的最大值最大输出功率与基本模式的有效剖面积之间的关系。最大输出功率Pth由非线性中受激拉曼散射导致的输出功率限制受激拉曼阈值来决定,并以下式表示。[0075][fiC5][0077]另外,上式以非专利文献4为开端作为导出受激拉曼引起的输出功率的饱和阈值的公式而被广泛知晓,gR是拉曼增益系数、AefT是有效剖面积,L是传送距离。[0078]Leff通过传送损失α和传送距离L由Leff=1—expaLα求得,但例如在传送距离为Ikm以下程度比较短的情况下,Leff视为与L相同。因此,作为高功率传送性能,可以使用与AefT成比例的参数的、受激拉曼阈值Pth与传送距离L之积Pth·L。另外,根据非专利文献4,gR在纯石英的情况下,在波长1.06μπι下为约1.0e_13mW。例如,当Aeff为500μπι2时,高功率传送性能Pth·L为约90kW·m〇[0079]而且,图8中用点线表示有效剖面积成为规定值的构造条件。有效剖面积关系到激光器的输出和光纤的传播距离。例如,通常作为工业用激光器使用的激光器输出大概300W,在假想300m左右的远距离控制的情况下达到90kW·m。能够传播90kW·m的光的光纤的有效剖面积Aeff可以由受激拉曼阈值导出,为约500μπι2。图8中最左侧记载的点线是有效剖面积Aeff=500ym2的线,该点线右侧是能够传播90kW·m以上光的区域。[0080]图9表示关于图8所示的构造条件将多个线性函数实线、虚线、点线包围的区域以多边形近似得到的区域。根据图9,具有满足90kW·m以上、传播模数3以下、弯折半径500_以下这样条件的图2的构造的高功率传送用光纤为:[0081][fid][0083]图10表示图2所示构造中的弯折损失的波长依赖性的一例。在此,设Λ=20μηι、dΛ=〇.35、dld=l.71,弯折半径设为400mm。如图所示,波长1.06±0.01μηι范围内的弯折损失的变化足够小。通常作为高输出激光器使用的YAG激光器来说,已知中心波长大概1.06μm,根据图10可知,由于YAG激光器的中心波长附近的弯折损失的波长依赖性足够小,因此只要波长1.05〜1.07μπι范围内,使用图8或图9导出的设计范围是有效的。[0084]另外已知通常PCF的弯折损失越靠短波长侧越增大,显然比1.07μπι更长波长侧具有更小的弯折损失。[0085]图11表示使用了图3所示构造的本发明的高功率光传送用光纤的构造条件。图11的实线、虚线及点线的意思与图8相同,在实线与虚线的交点处,能够同时防止LP02模式的传播及弯折损失的增大,且在与虚线对应的弯折半径能够使有效剖面积最大。[0086]图12表示对于图11所示的构造条件将多个线性函数实线、虚线、点线)包围的区域以多边形近似的区域。根据图12可知,具有满足90kW·m以上、传播模数3以下、弯折半径500_以下这样条件的图3的构造的本发明的高功率传送用光纤是:[0087][fiC2][0089]图13表示图3所示构造中的弯折损失的波长依赖性的一例。在此设为Λ=20μπι、1Λ=0.45,弯折半径设为300mm。如图所示可知,波长1.06±0.Οίμπι的范围内的弯折损失的变化足够小,与图10同样,若为该波长段,则使用图11或图12导出的设计条件是有效的。[0090]图14是本发明的高功率光传送用光纤涉及的允许弯折半径和有效剖面积之间的关系。在此,允许弯折半径与上述同样设为,以LPOl模式传播的波长1.06μπι的光中,弯折损失达到ldBkm以下的弯折半径。此外,图15表示本发明的高功率光传送用光纤涉及的允许弯折半径和以传送距离规格化后的最大输出光功率之间的关系。图中绘制的“〇”和“□”分别是图2和图3的构造,且是图8及图11中实线与虚线的交点的值。根据图15可知,通过使允许弯折半径舒缓能够扩大得到的有效剖面积,当使允许弯折半径从IOOmm改变到500mm时,有效剖面积能够从700μπι2变为最大3600μπι2。[0091]此外,有效剖面积AefT和允许弯折半径R存在一定的相关关系,若使用比例系数a及b,[0092][数1][0093]Aeff^aRb1,则得到图14的结果的高相关。例如,在图14中,对于图2的构造,a=14.9、b=0.85,对于图3的构造,a=7.27、b=l.01,在允许弯折半径为500mm以下的区域中,对于规定弯折半径得到的最大有效剖面积相对于允许弯折半径大体成比例关系。表示各自近似精度的相关系数为0.98以上,可知式⑴的近似对于高功率光传送用光纤中的PCF设计是有效的。因此,通过使用式1,对于任意的输出光功率即有效剖面积,能够设计必要的弯折径。[0094]例如,通过使用由上述的构造设计得到的PCF,如图15那样,在50m左右传送的情况下,即便在允许弯折半径为IOOmm以下的严格的条件下也能够得到2kW以上的输出,若将允许弯折半径扩大到400mm,则能够得到IOkW以上的输出。此外,能够确认通过将允许弯折半径设为200-300mm左右,能够将IkW以上的高功率光在300m以上的长距离传送。[0095]第二实施方式)[0096]本实施方式的PCF的特征是,空孔11的比率相互不同的层以同心圆状具有三层以上,越靠近中心的层,空孔11的比率越大,能够传播的传播模数为4以下。[0097]图16表示本发明的高功率光传送用光纤的构造例。图16的构造中,全部空孔的直径相等,并以从与芯区域相邻的空孔层向外侧使折射率阶梯状升高的方式来配置空孔。由此能够降低对于基本模式的弯折损失,并增加高阶模的泄露损失,进一步改善芯面积扩大和模数减少之间的权衡。图16中,以空孔间隔Λ在第一层、第二层、第三层配置空孔,越靠近中心越提高各空孔层中的空孔密度,由此实现上述折射率分布。由此,能够以比图3所示的构造更少的空孔数来进一步改善芯面积扩大和传播模数减少之间的权衡,且由于空孔的大小恒定,因此能够降低制造上的难易度而优选。[0098]图17表示使用图16所示的构造的本发明的高功率光传送用光纤的构造条件。图中是波长1.06μπι的构造条件,图中的两根实线表示LP02模式及LP31模式变为非传播的构造。也就是说,在LP31模式非传播条件的实线之下的区域中,传播模数为4,在LP02模式非传播条件的实线之下的区域中,传播模式为3。虚线是图中所示的弯折半径R下基本模式的弯折损失变为ldBkm的构造条件。此外,点线是有效剖面积变为规定值(由激光器的功率和传播距离确定的值的构造条件。[0099]图18表示对于图17所示的传播模数为3以下的构造条件中将多个线性函数实线、虚线、点线包围的区域以多边形近似得到的区域。根据图18可知,具有满足90kWm以上、传播模数3以下、弯折半径500_以下的条件的图16的构造的高功率传送用光纤是:[0100][数C3][0102]图19表示对于图17所示的传播模数为4以下的构造条件将多个线性函数实线、虚线、点线包围的区域以多边形近似得到的区域。根据图19可知,具有满足90kWm以上、传播模数4以下、弯折半径500_以下的条件的图16的构造的高功率传送用光纤是:[0103][数C4][0105]图20表示图16所示的构造中的弯折损失的波长依赖性的一例。在此,Λ=20ym、dΛ=0.45、弯折半径设为300mm。如图所示可知,波长1.06±0.0Ιμπι范围内的弯折损失的变化足够小,与图10同样若为该波长段,则使用图17〜图19导出的设计条件是有效的。[0106]图21是本发明的高功率光传送用光纤涉及的允许弯折半径和有效剖面积之间的关系。在此允许弯折半径与上述同样设为,以LPOl模式传播的波长1.06μπι的光中,弯折损失达到ldBkm以下的弯折半径。此外,图22表示本发明的高功率光传送用光纤涉及的允许弯折半径和以传送距离规格化后的最大输出光功率之间的关系。图中绘制的“〇”和“□”分别是图16的构造中传播模式3的情况和传播模式4的情况,且是图17中实线和虚线的交点的值。[0107]图21及图22分别表示图17中的实线和虚线的交点的构造中的有效剖面积和最大输出功率。在本构造中,通过将允许弯折半径舒缓到500mm,能够使有效剖面积扩大到3500μm2,能够将最大输出功率例如在50m的传送距离增大到IOkW以上。而且通过将传播模数允许到4,能够将最大有效剖面积和输出功率增加约10%。此时由于LP02模式能够传播,因此为防止M2的劣化,优选入射光束直径相对于光纤的MFD设为0.5以上。[0108]第三实施方式)[0109]图23是表示本发明的高功率光传送用光纤的设计顺序一例的流程图。本实施方式的光子晶体光纤设计方法包括:[0110]规格值确定步骤,确定在光子晶体光纤中传播的光的波长、在光子晶体光纤中传播的光的功率Pth、及光在光子晶体光纤中传播的传播距离L;[0111]有效剖面积计算步骤,根据在所述规格值确定步骤中确定的功率Pth及传播距离L、以及拉曼增益系数gR,通过数C5计算光子晶体光纤的有效剖面积Aeff;[0112]空孔构造检测步骤,根据由光子晶体光纤的空孔直径d和间隔Λ计算Aeff且以横轴dΛ、纵轴Λ绘制的图表,检测满足由所述有效剖面积计算步骤计算出的Arff以上的空孔直径d和间隔Λ;[0113]弯折半径确定步骤,确定基本模式能够在光子晶体光纤中传播的允许弯折半径的区域;[0114]区域检测步骤,在以空孔的间隔Λ为横轴、以中心侧的空孔的直径dl和与该中心侧的空孔的外侧相邻的空孔的直径d之比(dld为纵轴的图表,或者以与中心侧的空孔的外侧相邻的空孔的间隔Λ为横轴、以空孔的直径d与间隔Λ之比dΛ为纵轴的图表中,检测LP02模式或LP31模式不传播的非传播区域、由所述弯折半径确定步骤确定的允许弯折半径的区域、及基于来自激光器激振部的光的功率与传播距离L之积的区域发生重叠的重叠区域;[0115]构造确定步骤,将处于所述重叠区域的间隔Λ及比(dld或者间隔Λ及比(dΛ确定为光子晶体光纤的构造。[0116]在规格值确定步骤SO1中,作为参数设定波长、传送距离及输出功率Pth。在有效剖面积计算步骤S02中,根据设定的规格利用数式C5计算有效剖面积。另外,理论上,数式C5的L能以Leff=1—expaLa定义的相互作用长来替换,但由于本发明的光纤是假设Ikm以下比较短的传送距离,Leff和L变为相同的值,故而使用传送距离L。另外传送距离并不限定于Ikm以下,只要Leff与L视为相同的范围内同样能够适用。[0117]在空孔构造检测步骤S03中,检测能够得到计算出的有效剖面积的空孔构造。具体来说,确定如图2、图3、或图16的构造,预先将Λ和d作为参数计算有效剖面积Aeff,并如图8那样进行绘制。而且,使用图8找到满足由有效剖面积计算步骤S02算出的有效剖面积Aeff的Λ和d的范围。在弯折半径确定步骤S04中,设定任意的允许弯折半径。[0118]在区域检测步骤中进行步骤S05至步骤S07。[0119]在步骤S05中,在由空孔构造检测步骤S03检测到的空孔构造的PCF中,计算由弯折半径确定步骤S04设定的允许弯折半径下LPOl模式的弯折损失例如,确定LPOl模式的弯折损失为ldBkm以下的范围,即图8、图11或图17的虚曲线的左侧区域)。在此,也设定满足图9、图12中说明的输出功率X距离的区域。而且,确认在空孔构造检测步骤S03中检测到的空孔构造包含在上述区域的重叠部分内。在空孔构造包含在上述区域的重叠部分内的情况下步骤S05中“是”),进行步骤S06。另外,在空孔构造未包含在上述区域的重叠部分内的情况下步骤S05中“否”),返回到弯折半径确定步骤S04,增大设定允许弯折半径,并推动设计流程。另外为了在本步骤中判断允许弯折半径中的弯折损失的正确与否,可以使用式⑴所示的有效剖面积和弯折半径之间的关系。即,设定的允许弯折半径和有效剖面积满足式(1的情况下推动流程,在不满足的情况下返回步骤S04,并增大设定允许弯折半径。[0120]使用传播模数的条件若在3模式以下即包含在图8、图11、图17中LP02模式非传播条件例如损失为〇.ldBm以上的实线以下的区域中(步骤S06为“是”),则确定为该空孔构造步骤S08。在未得到3模式以下的构造的情况下步骤S06中“否”),使用传播模数的条件若在4模式以下即包含在图8、图11、图17中LP31模式非传播条件的实线以下的区域中(步骤S07为“是”),则确定为该空孔构造步骤S08。另一方面,在通过该构造无法达到4模式以下的情况下(步骤S07为“否”),返回到规格值确定步骤S01,减小传送距离或输出功率中的任一个或两者,再次实施设计流程。[0121]另外,传播模数3是指LPOl模式、LPll模式、及LP21模式三种,传播模数4是指LPOl模式、LP11模式、LP21模式及LP02模式四种。[0122]工业实用性[0123]本发明涉及的PCF能够用于使用高功率光的工业加工。[0124]附图标记说明[0125]11:空孔[0126]12:石英[0127]81:高功率光传送系统[0128]82:被加工物[0129]91:PCF[0130]92:激光器激振部[0131]93:透镜[0132]94:结合部

权利要求:1.一种光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,全部所述空孔的间隔为Λ,中心侧所述空孔的直径dl比外侧所述空孔的直径d更大,将Λ设为横轴、dld设为纵轴时,Λ、dl及d位于记载于数Cl的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤,其特征在于,传播模数为3以下。3.根据权利要求2所述的光子晶体光纤,其特征在于,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。4.一种光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,全部所述空孔的直径为d,中心侧所述空孔的间隔Λ1比外侧所述空孔的间隔Λ更小,当将Λ设为横轴、dΛ设为纵轴时,Λ及d位于记载于数C2的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,5.根据权利要求4所述的光子晶体光纤,其特征在于,传播模数为3以下。6.根据权利要求5所述的光子晶体光纤,其特征在于,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。7.—种光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,所述空孔比率相互不同的层以同心圆状具有三层以上,越靠近中心的层,所述空孔比率越大,全部所述空孔的直径d相等,当将最靠近中心的中心层的空孔和与所述中心层相邻的相邻层的空孔之间的间隔Λ设为横轴、纵轴设为dΛ时,Λ及d位于记载于数C3的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,8.根据权利要求7所述的光子晶体光纤,其特征在于,传播模数为3以下。9.根据权利要求8所述的光子晶体光纤,其特征在于,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。10.—种光子晶体光纤,在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔,其特征在于,在剖面中,每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大,所述空孔比率相互不同的层以同心圆状具有三层以上,越靠近中心的层,所述空孔比率越大,全部所述空孔的直径d相等,当将最靠近中心的中心层的空孔和与所述中心层相邻的相邻层的空孔之间的间隔Λ设为横轴、纵轴设为dΛ时,Λ及d位于记载于数C4的各区域重叠的区域,弯折半径500mm以下且基本模式的弯折损失变为ldBkm,11.根据权利要求10所述的光子晶体光纤,其特征在于,传播模数为4以下。12.根据权利要求11所述的光子晶体光纤,其特征在于,在90kW·m的光传播中不会发生由于受激拉曼散射导致的输出饱和。13.—种高功率光传送系统,其包括:激光器激振部;如权利要求1至12中任一项所述的光子晶体光纤;来自所述激光器激振部的光入射到所述光子晶体光纤的结合部,所述高功率光传送系统的特征在于,所述结合部把来自所述激光器激振部的射出光的中心轴与所述光子晶体光纤的中心轴的偏移量相对于所述光子晶体光纤的模场半径的相对值设为0.95以下,来自所述激光器激振部的光的光束半径相对于所述光子晶体光纤的模场半径为〇.5以上。

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