KR20200002938A - 다중-피복 광섬유 - Google Patents

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Abstract

광학 스펙트럼의 UV 및 가시 부분에서 낮은 광학 손실, 높은 수치의 조리개(NA) 및 기본 전파 모드인 선형 편광(LP) 01 모드에 대한 높은 광학 이득을 제공하기 위해서 다중-피복 광섬유 설계가 설명된다. 광섬유 설계는 섬유 제조 공정 동안 추가 손실을 피하면서 코어 영역에서 광학 이득을 동시에 증가시키기 위해서 도펀트를 함유할 수 있다. 광섬유 설계는 효과적인 레이징을 위해 희토류 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 코어에서 전파 모드의 모달 특성은 고효율 비선형 혼합을 촉진하여 방출된 광의 높은 빔 품질(M2 < 1.5) 출력을 제공한다.

Description

다중-피복 광섬유
본 출원은 전체 개시가 원용에 의해 본 출원에 포함되는, 2017년 4월 21일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/488,440 호의 출원일의 이득을 35 U.S.C.§119(e)(1) 하에서 주장한다.
본 발명의 실시예는 일반적으로 광섬유에 관한 것이며, 더 구체적으로는 입사 광에 대한 높은 수치의 조리개(high numerical aperture) 및 가시 체제에서 작동하는 출력 광에 대한 높은 빔 품질 계수를 갖는 다중-피복 고파워 광섬유에 관한 것이다.
광섬유는 다른 기능들 중에서도, 낮은 빔 품질(예를 들어, M2 >> 1.5) 입력 광을 높은 빔 품질(예를 들어, M2 <1.5) 출력 광으로 변환하는 잠재력을 가진다. 그러나, 이러한 잠재력은 본질적으로 광의 IR(적외선) 스펙트럼에서만, 따라서 900 nm 내지 2000 nm 범위에서만 실현된 것으로 여겨진다.
낮은 빔 품질의 레이저 다이오드 광을 높은 빔 품질의 광으로 변환하기 위한 다중-피복 광섬유에 대한 종래의 접근법은 다른 것들 중에서도, 가시 체제의 광 출력을 제공하거나 제안하기 위한 실패를 포함한, 여러 실패를 경험한 것으로 여겨진다.
다중-피복 광섬유에서 낮은 빔 품질의 광을 높은 빔 품질의 광으로 변환하기 위한 종래의 접근법은 다른 것들 중에서도, 가시광 및 예를 들어 청색 광의 효율적인 비선형 변환을 위한 비-솔라화 섬유 재료(non-solarizing fiber material)의 사용을 다루는데 실패한, 여러 실패를 경험한 것으로 여겨진다.
따라서, 본 발명에 앞서, 다른 특징들 중에서도 고파워 작동을 위한 다중-피복 구조, 광섬유의 레이저 다이오드 펌핑(aser diode pumping), 및 희토류 도핑된 이온을 이용하는 모드-변환 공정 또는 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering)을 갖는 섬유 구성, 및 본 발명의 다른 특징 및 특성은 결코 달성되지 못한 것으로 여겨진다.
광섬유의 긴 상호 작용 길이로 인해, 높은 효율을 위해서는 낮은 전파 손실이 바람직하다. 광학 유리에서 3차 비선형 텐서 요소, 특히 라만 텐서 요소(Raman tensor element)를 사용할 때 낮은 전파 손실이 중요하다. 순수 용융 실리카보다 더 낮은 광학 손실 및 더 넓은 투명 창(transparency window)을 주장하는 화학 및 기계적으로 안정한 유리 조성물이 개시되어있다. 그러나, 현재까지 보고된 모든 화학 및 기계적으로 안정한 유리 조성물은 광학 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 순수 용융 실리카보다 더 높은 광학 손실을 갖는 것으로 여겨진다. 따라서, 이들 종래 조성물은 낮은 전파 손실, 특히 가시광 및 UV 광에 대해서 실리카보다 더 낮은 전파 손실을 갖는 실리카 대안에 대해 오래 지속된 요구를 만족시키는데 실패한 것으로 여겨진다.
내부 전반사를 통해 코어(core)에 광을 안내하는 광섬유를 만들기 위해서, 코어의 굴절 지수는 주변 피복 영역의 굴절 지수보다 더 커야 한다. 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서, 실리카 피복을 갖는 실리카 코어에서 알루미늄의 사용이 공지되어 있지만, 이러한 접근법은 다른 실패들 중에서도 여러 가지 실패를 경험했으며, 이러한 접근법은 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 전파 손실을 증가시키는 악영향을 갖는 것으로 여겨진다.
용융 실리카 광섬유에서 광학 손실을 추가로 감소시키는 다른 방법은 광학 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 손실을 낮추기 위해서 과량의 수소 원자를 순수 용융 실리카 유리 매트릭스에 도입하는 것이다. 이러한 접근법은 다른 실패들 중에서도 여러 실패를 경험했으며, 이러한 접근법은 용융 실리카 유리가 알루미늄 또는 인과 같은 다른 재료로 도핑될 때 청색 광의 광학 전파 손실을 개선할 수 없는 것으로 여겨진다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, "UV", "자외선", "UV 스펙트럼", 및 "스펙트럼의 UV 부분"과 유사한 용어는 그들의 가장 넓은 의미가 주어져야 하며, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 및 10 nm 내지 400 nm 파장의 광을 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "가시", "가시 스펙트럼" 및 "스펙트럼의 가시 부분"과 유사한 용어는 그들의 가장 넓은 의미가 주어져야 하며, 약 380 nm 내지 약 750 nm, 및 400 nm 내지 700 nm 파장의 광을 포함할 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "청색 레이저 빔", "청색 레이저" 및 "청색"은 그들의 가장 넓은 의미가 주어져야 하며, 일반적으로 레이저 빔, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 빔 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장을 갖는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "그린 레이저 빔(green laser beam)", "그린 레이저" 및 "그린"은 그들의 가장 넓은 의미가 주어져야 하며, 일반적으로 레이저 빔, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 빔 또는 약 500 nm 내지 약 575 nm의 파장을 갖는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다.
일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "약"은 달리 명시되지 않는 한 ± 10 %의 편차 또는 범위, 언급된 값을 얻는 것과 관련된 실험 또는 기기 오차, 및 바람직하게 이들 중 더 큰 것을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명 섹션의 이러한 배경은 본 발명의 실시예와 관련될 수 있는 본 기술의 다양한 양태를 소개하려는 것이다. 따라서, 이러한 섹션에서의 이전 논의는 본 발명을 더 잘 이해하기 위한 근거를 제공하며, 종래 기술의 인정으로 보아서는 안 된다.
따라서, 청색, 청록색 및 녹색 파장을 포함하는, 특히 이들 파장을 위한 가시광에 대한 저손실, 고파워, 다중-피복, 고 빔 품질의 광섬유에 대해서 오래 지속되고 충족되지 않은 요구가 있다. 본 발명은 다른 것들 중에서도, 본 명세서에 교시되고 개시된 제조 물품, 장치 및 공정을 제공함으로써 이들 요구를 해결한다.
따라서, 청색 레이저 다이오드로부터의 저휘도, 고파워 광을 광섬유의 출력으로부터의 고파워, 고휘도 청색광으로 변환하기 위한 광학 스펙트럼의 가시 부분, 특히 청색 부분에서 고파워로 작동하는 다중-피복, 용융 실리카-계 광섬유가 제공된다.
하나 이상 또는 모든 가시, UV 및 청색 파장의 레이저 빔을 더 높은 빔 품질 및 더 낮은 전파 손실로 변환하기 위한 섬유 및 섬유를 사용하는 방법이 제공되며, 용융 실리카-계 다중-피복 광섬유는 광섬유가 높은 NA를 가지며, 광섬유가 M2 >> 1.5를 갖는 낮은 빔 품질의 가시 또는 UV 광을 M2 <1.5를 갖는 높은 빔 품질의 광으로 변환하도록 구성되게 하는, 제 1 피복 층에 의해 둘러싸인 코어; 및 광섬유가 광학 스펙트럼의 가시 또는 UV 부분에서 낮은 전파 손실을 제공하도록 구성되게 하는 수소 도펀트를 가지며; 코어가 GRIN 구조물을 포함한다.
또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 이들 섬유 및 방법이 제공되며: GRIN 구조물은 굴절 지수를 변경하기 위한 실리카 유리에 대한 개질제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분, 유효 굴절 지수를 변경하기 위한 실리카 유리로 구성된 구조물, 및 UV 방사선으로부터 코어를 차폐하기 위한 실리카 유리에 대한 개질제를 가지며; 제 1 피복은 제 2 피복에 의해 둘러싸이고 제 2 피복은 외부 피복에 의해 둘러싸이며, 각각의 피복은 용융 실리카 유리를 가지며; 제 1 피복은 제 2 피복에 의해 둘러싸이고 제 2 피복은 외부 피복에 의해 둘러싸이며, 각각의 피복은 화학 개질제를 갖는 용융 실리카 유리를 포함하며; 낮은 빔 품질의 광은 희토류 이온의 직접적인 레이징(direct lasing)을 통해 높은 빔 품질의 광으로 변환되며; 낮은 빔 품질의 광은 비선형 광학에 의해 유도된 에너지 교환 공정을 통해 높은 빔 품질의 광으로 변환되며; 광 전파 손실은 스펙트럼의 가시 및 UV 부분 모두에서 낮으며; GRIN 구조물은 인, 알루미늄, 및 알루미늄과 인으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분을 가지며; GRIN 구조물은 순수 용융 실리카의 굴절 지수를 증가시키고 청색 광에 의해 조사될 때 솔라화되지(solarize) 않는 재료로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 성분을 가지며; 광섬유의 기본 모드인 LP01 모드에 가장 높은 비선형 이득을 나타내도록 구성되며; 제 1 피복 층을 둘러싸는 제 2 피복 층을 가지며, 제 2 피복 층은 제 1 피복 층 굴절 지수보다 더 낮은 유효 굴절 지수를 가지며; 제 2 피복 층은 유리 매트릭스에 대한 개질제를 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추며; 제 2 피복 층은 비-고체 구조물을 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추며; 제 2 피복 층은 낮은 굴절 지수의 폴리머를 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추며; 제 3 피복 층 및 제 2 피복 층을 가지며, 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 높으며; 제 3 피복 층을 가지며, 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 높으며; 제 3 피복 층을 가지며, 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 낮으며; 제 1 피복 층, 제 2 피복 층 및 제 3 피복 층 중 하나 이상은 UV 조사로부터 제 1 피복 및 코어를 보호하기 위한 화학 개질제를 포함한다.
또한, 하나 이상 또는 모든 가시, UV 및 청색 파장의 레이저 빔을 더 높은 빔 품질 및 더 낮은 전파 손실로 변환하기 위해서 섬유 및 섬유를 사용하는 방법이 제공되며, 용융 실리카-계 다중-피복 광섬유는 다음 특징, 즉 높은 NA를 생성하기 위한 하나 이상의 피복 층; 낮은 빔 품질의 광(M2 >> 1.5)을 높은 빔 품질의 광(M2 <1.5)으로 변환하는 능력; 수소 도핑을 통한 광학 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서의 낮은 전파 손실; 광학 코어에서의 등급 지표(GRIN) 구조물; 굴절 지수를 변경시키기 위한 실리카 유리에 대한 개질제; 유효 굴절 지수를 변경시키기 위한 실리카 유리로 구성된 구조물; 및 UV 방사선으로부터 코어를 차폐하기 위한 실리카 유리에 대한 개질제를 포함한다.
또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 이들 섬유 및 방법이 제공되며: 용융 실리카 유리 또는 화학 개질제를 갖는 용융 실리카 유리를 모두 기본으로 하는, 광학 코어, 내부 피복 및 제 2 내부 피복 및 외부 피복을 포함하며; 희토류 이온의 직접적인 레이징을 통해 낮은 빔 품질의 광(M2 >> 1.5)을 높은 빔 품질의 광(M2 <1.5)으로 변환하며; 비선형 광학에 의해 유도된 에너지 교환 공정을 통해 낮은 빔 품질 광(M2 >> 1.5)을 높은 빔 품질 광(M2 <1.5)으로 변환하며; 실리카-계 유리의 수소 도핑으로 인한 UV 및 가시 부분에서 낮은 광 전파 손실을 포함하며; 유리 매트릭스에 대한 개질제를 첨가함으로써 광학 코어에 등급 지표(GRIN) 구조물을 함유하며; 인, 알루미늄, 또는 알루미늄과 인의 몇몇 조합의 첨가에 의해서 광학 코어에 등급 지표(GRIN) 구조물을 함유하며; 개질제는 순수 용융 실리카의 굴절 지수를 증가시키고 청색 광에 의해 조사될 때 솔라화되지 않는 임의의 원소 또는 분자이며; 광섬유의 기본 모드인 LP01 모드에 대해 가장 높은 비선형 이득을 나타내며; 내부 피복 굴절 지수보다 더 낮은 유효 굴절 지수를 갖는 제 2 피복 층을 함유하며; 유리 매트릭스에 대한 화학 개질제를 사용하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 낮추며; 비-고체 구조물을 사용하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 낮추며; 낮은 굴절 지수의 폴리머를 사용하여 제 2 피복 층의 굴절 지수 낮추며; 제 2 피복 층보다 유효 지수가 더 높은 제 3 피복 층을 함유하며; 자외선 조사로부터 광섬유의 내부 피복 및 코어를 보호하기 위한 화학 개질제를 함유한다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유에 대한 지수 프로파일의 실시예의 그래프이다.
본 발명의 실시예는 전파 손실이 적은 광섬유, 다중-피복 섬유, 그리고 고파워 및 고휘도 광을 위한 광섬유의 구성에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 다중-피복 광섬유이다. 다중-피복 광섬유는 광학 스펙트럼의 가시 부분에서 고파워, 저휘도 광으로부터 고파워, 고휘도 광을 생성하기 위해서 여러 발전을 포함한다. 따라서, 이러한 실시예는 높은 NA(예를 들어, 0.2 > NA > 0.8)로 한정된 입사 광을 수용하고 이를 낮은 NA(예를 들어, 0.02 < NA < 0.1)에서 광섬유를 빠져나가는 광으로 변환하기 위해서 다중-피복 층, 예를 들어 2, 3, 4, 5 이상의 층을 함유한다. 코어는 인 및/또는 알루미늄으로 만들어진 등급-지표 구조물과 조합된 순수 용융 실리카로 만들어지고 피복 층은 예를 들어, 순수 용융 실리카, 불소-도핑된 용융 실리카, 불소-게르마늄-도핑된 순수 용융 실리카, 또는 순수 용융 실리카로 만들어진 광 결정 구조물로 만들어질 수 있다.
다음 표는 광섬유의 일 실시예에 대한 상대 굴절 지수를 열거한다.
섬유 영역 상대 굴절 지수*
GRIN 코어 2.5 x 10-3> Δn > 0 (포물선)
내부 피복 0
중간 피복 -2.5 x 10-2
외부 피복 0
폴리머 재킷 2.5 x 10-3
* 작동 파장에서 용융 실리카에 대한
다중-피복 구성의 실시예에서, 코어 재료는 유리의 수소 도핑을 통해 개질되어 광학 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 전파 손실을 감소시키는 인 및/또는 알루미늄으로 만들어진 등급-지표 구조물과 조합된 용융 실리카-계 매트릭스이다.
저휘도 광을 고휘도 광으로 변환하기 위한 작은 유효 면적을 제공하기 위한 실시예에서, 광섬유의 중심 또는 내부 부분은 등급 지표("GRIN") 구조물이다. GRIN 구조물은 내부 피복 구조물에 대한 도펀트의 첨가에 의해 제조되며, 따라서 최내측 피복 층만이 원형 대칭 섬유를 위해 도핑될 수 있다. 도펀트는 광학 손실, 바람직하게는 인, 또는 알루미늄, 또는 모두를 현저히 증가시키지 않는 임의의 비-솔라화, 화학 및 기계적으로 안정한 재료 요소일 수 있다. 이러한 방식으로, GRIN 구조물은 광섬유의 광학 코어를 형성한다.
입사 광을 수용하기 위한 높은 NA는 내부 피복 영역을 둘러싸는 영역에서 유효 굴절 지수를 낮추기 위해서 추가의 도펀트 및/또는 실리카-계 구조물에 의해 생성된다. 광은 또한, 광섬유 외측의 낮은 지수의 폴리머와 같은 낮은 지수의 코팅에 의해 한정될 수 있다.
다음 표는 개시된 광섬유의 바람직한 실시예의 도펀트 농도 및 크기를 열거한다.
섬유 영역 도펀트 /농도
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 P2O5/2.5% @ 중심
H2/**		 20
내부 피복 H2/** 11.25
중간 피복 F/12.7%H2/** 6.25
외부 피복 ***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
다음 표는 개시된 광섬유의 추가 실시예의 도펀트 농도 범위 및 크기 범위를 열거한다.
섬유 영역 도펀트 /농도
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN P2O5/0.05 - 30%
Al/0.05 - 30%
H2/**		 5 ≤ r ≤ 40
내부 피복 H2/** 5 ≤ r ≤ 50
중간 피복 F/0.05 - 25%
B/0.05 - 25%
H2/**		 5 ≤ r ≤ 25
외부 피복 ***
H2/ **		 15 ≤ r ≤ 100
폴리머 코팅 N/A 10 ≤ r ≤ 100
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 1 내지 20일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들):V-GeCL4/V-SiCl4: 0.2-0.5
V-SF6/V-SiCl4: 0.01-0.3
V-O2sur/V-SiCl4: 0.5-15
GRIN 광학 코어에서 도펀트의 솔라화는 외부 피복 층에 추가 도펀트를 첨가함으로써 방지된다. 바람직한 도펀트는 게르마늄이며, 이는 외부 피복 층에서 더 적은 지수의 굴절 섭동을 위해 불소와 조합될 수 있다. 이들 추가 도펀트는 주변으로부터의 자외선 방사뿐만 아니라 섬유 제조 공정 동안 자외선 방사로부터 코어의 도펀트를 차폐한다.
다중 피복 섬유는 희토류 이온의 직접적인 레이징 천이(lasing transition) 또는 비선형 광학을 통한 주파수 편이(frequency shifting)를 통해 고파워, 저휘도 광을 고파워, 고휘도 광으로 변환하는 수단을 제공한다. 작은 모드 유효 면적(예를 들어, 200 μm2 이하) 및 긴 상호작용 길이(예를 들어, 50 미터 이하)는 고휘도 광이 효율적으로 생성되게 할 수 있다. 광섬유의 전파, 반도체 펌프 레이저가 용이하게 이용 가능하고, 희토류 이온이 적절한 흡수 및 방출 대역을 갖는 스펙트럼의 근적외선 부분에 주로 주의가 집중된다. 또한, 낮은 전파 손실은 실리카-계 유리에 의해 제공되는 적당한 비선형성에도 불구하고 효율적인 비-선형 광학 공정을 초래할 수 있다.
본 발명의 실시예는 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 광섬유의 사용을 허용하여 저휘도 광을 고휘도 광으로 변환할 때 고파워를 생성한다. 그러나, 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 긴 상한 수명과 함께 실질적인 흡수 및 방출 횡단면을 갖는 희토류 이온이 거의 없으며, 따라서 일반적으로 비선형 광학계를 이용한 효율적인 작동을 교시하지 못한다. 유리하게, 대부분의 비-선형성은 1/λ의 함수를 증가시키며, 여기서 λ는 밀러의 법칙(Miller’s Rule)에 따른 광의 파장이다. 따라서, 비선형 계수는 스펙트럼의 근적외선 부분에 비해서 스펙트럼의 가시 및 UV 부분에서 더 높다. 그러나 레일리 산란(Rayleigh scattering)으로 인한 손실은 1/λ4로 증가하여 광학 손실로 효율적인 비선형 광학이 발생하는 것을 곧 방지할 수 있다. 또한, 많은 재료의 전자 흡수 대역 에지의 테일 에지(tail edge)는 스펙트럼의 UV로부터 가시 부분으로 연장한다.
본 발명의 실시예는 광섬유의 유효 비선형성을 증가시키기 위해 다중-피복 섬유 설계와 함께 스펙트럼의 UV 및 가시 부분에서 광학 손실의 감소와의 조합을 포함한다. 그 결과로 광섬유에서 스펙트럼의 가시 부분에서 저휘도 광을 고휘도 광으로 변환하는 효율적인 수단이 된다.
낮은 빔 품질의 광(M2 >> 1.5)을 높은 빔 품질의 광(M2 <1.5)으로 전송 및 변환하기 위한 광섬유. 본 시스템에 의해 변환되는 낮은 품질 레이저 빔, 특히 낮은 품질의 청색, 녹색 및 청녹색 레이저 빔은 약 1.55 내지 약 10, 약 2 내지 약 5, 약 1.6 내지 약 15, 및 이들 범위보다 더 큰 값뿐만 아니라 이들 범위 내의 모든 값의 M2을 가질 수 있다. 낮은 품질의 청색 레이저 빔을 포함한 이들 낮은 품질 레이저 빔의 변환에 의해 제공되는 높은 품질의 레이저 빔은 약 1.5 내지 약 1.1, 1.5 미만, 1.4 미만, 1.3 미만, 이론적으로 1, 및 이들 범위 내의 모든 값의 M2을 가질 수 있다. 또한, 본 시스템의 실시예에 의해 제공된 변환 레이저 빔의 M2 값은 시작 또는 낮은 품질 레이저 빔의 M2 값에 대해서 적어도 약 20 %, 적어도 약 30 %, 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 % 및 약 5 % 내지 약 50 %의 개선된 M2 값을 가질 수 있다.
특히 청색, 청록색 및 녹색 파장에 대한 본 광섬유의 실시예는 약 0.1 내지 약 0.8, 약 0.2 내지 약 0.8, 약 0.22 이상, 약 0.25 이상, 약 0.22, 약 0.3, 약 0.4 내지 약 0.5, 약 0.5 내지 약 0.8의 NA 값 및 더 크고 더 작은 NA 값뿐만 아니라 이들 범위 내의 모든 값을 가진다. 본 명세서에서 사용된 높은 NA는 0.22보다 더 큰 이러한 범위 내의 NA이다.
광섬유의 실시예는 약 10 dB/km 내지 약 40 dB/km, 약 10 dB/km 내지 약 30 dB/km, 약 20 dB/km 내지 약 40 dB/km, 약 15 dB/km 초과, 약 10 dB/km 초과, 및 더 크고 더 작은 값뿐만 아니라 이들 범위 내의 모든 값인 낮은 전파 손실을 특히 청색, 청록색 및 녹색 파장에 제공한다.
도 1을 참조하면 광섬유의 실시예의 코어의 중심으로부터 외부 반경까지의 상대 굴절 지수 프로파일의 실시예를 도시하는 차트가 있다. 이러한 실시예에서, 굴절 지수 프로파일은 개시된 광섬유의 방사상 대칭을 나타낸다. 파선은 의도된 파장 또는 작동에 대한 순수 용융 실리카의 굴절 지수를 나타낸다. 파선보다 더 높은 값은 의도된 작동 파장에서 순수 용융 실리카의 굴절 지수보다 더 높은 굴절 지수를 나타낸다. 파선보다 더 낮은 값은 의도된 작동 파장에서 순수 용융 실리카의 굴절 지수보다 더 낮은 굴절 지수를 나타낸다.
이러한 실시예에서, 섬유는 20 μm의 코어 반경, 11.25 μm의 제 1 피복 두께, 6.25 μm의 제2 피복 두께 및 25 μm의 제3(및 외부) 피복 두께를 가지며 외부 코팅이 폴리이미드 또는 아크릴레이트로 만들어지고 60 μm의 두께를 가진다. 순수 용융 실리카의 기준 굴절 지수는 작동 파장에서 점선 1로 도시된다. 광섬유 코어의 중심에서 시작하는 GRIN 영역(2)은 내부 피복 영역(3)에 대해 증가된 굴절 지수를 갖는 것으로 도시된다. 제2 피복 영역(4)은 내부 피복 영역(3)에 비해서 낮은 굴절 지수를 가져서 큰 수치의 조리개를 생성한다. 외부 피복 영역(5)은 제2 피복 영역(4)의 외부 에지 근처에 UV 흡수 개질제의 첨가로 인해서 순수 용융 실리카보다 약간 더 높은 굴절 지수를 갖는 광섬유의 최종 유리 부분이다.
광섬유의 GRIN 코어(2)는 GRIN 코어(2)와 내부 피복(3) 사이에 양의 지수 차이를 생성하기 위해서 순수 용융 실리카보다 더 높은 굴절 지수를 갖는 개질제를 함유한다. 양의 굴절 지수는 섬유 내측의 일정한 렌즈로서 역할을 하여 하위 모드의 유효 면적을 더 작게 한다. 더 작은 유효 면적은 4파 혼합(four wave mixing), 유도 브릴루인 산란(stimulated Brillouin scatter) 및 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering)과 같은 조도 의존성 비선형 광학 공정 동안 더 큰 에너지 교환을 유도한다. 게르마늄과 같은 원소를 배제한 개질제는 가시광선에 의해 조사될 때 추가적인 손실을 유발하지 않도록 선택된다. 이러한 제한은 바람직한 실시예에서 알루미늄 및/또는 인의 사용을 허용한다.
개질제는 또한, 에너지 교환 공정에서 활용될 비선형 계수가 내부 피복 층에 대해 증가되도록, 즉 4파 혼합을 위한 X(3) 텐서에 대한 전자 기여, 유도 라만 산란을 위한 X(3)에 대한 진동 기여 및 유도 브릴루인 산란을 위한 X(3) 텐서에 대한 전기변형 기여를 위해 선택된다. 바람직한 실시예에서, 개질제는 순수 용융 실리카의 라만 이득 곡선의 효율적인 커플링 및 증가로 인해 인이 되도록 선택된다.
개질제의 유형 및 양
내부 피복(3) 및 제2 피복(4)의 목적은 굴절 지수의 최대 차이를 제공하는 것이다. 높은 굴절 지수 차이는 규정된 원뿔 체적 내의 광이 광섬유의 내부 피복에 커플링되게 한다. 섬유의 NA는 광섬유 내부 피복으로 안내될, 섬유 축에 대한 입사광선의 최대 각도의 사인(sine)으로서 정의된다. 광을 공기에서 섬유에 커플링할 때, NA는 NA = (ncl , inner 2 - ncl , outer 2)0.5로서 정의되며, 여기서 ncl , inner는 내부 피복(3)의 굴절 지수이고 ncl , outer는 제2 피복(4)의 굴절 지수이다.
높은 NA를 얻으려면 제2 피복(4)에 대한 더 낮은 굴절 지수를 내부 피복 영역(3)에의 사용을 필요로 한다. 광학 손실을 최소화하기 위해서, 내부 피복 영역에 대한 바람직한 실시예는 순수 용융 실리카의 사용이다. 용융 실리카 유리에 대한 개질제는 굴절 지수를 낮추기 위해서 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 개질제는 제2 피복(4)에서 불소, 붕소, 또는 불소와 붕소의 조합이다.
제 2 피복 영역(4)에 대한 다른 바람직한 실시예는 광결정 섬유(PCF) 구조물의 사용이다. PCF 구조물은 제2 피복의 유효 굴절 지수가 내부 피복보다 더 낮고 실리카 유리에서 불소, 붕소, 또는 불소와 붕소의 조합과 같은 개질제의 사용에 의해 가능한 굴절 지수보다 더 낮을 수 있도록 설계된다.
다음 표는 제2 피복 영역으로 사용되는 PCF 구조물의 관련 매개변수 및 크기를 열거한다.
PCF 구조물 매개변수 크기 (㎛)
공기 구멍 직경 0.5 ≤ d ≤ 5
공기 구멍 벽 두께 0.1 ≤ t ≤ 0.5
제2 피복 영역(4)의 또 다른 바람직한 실시예는 UV-경화성 저 굴절 지수 폴리머의 사용이다. 폴리머는 청색 영역에서 최소의 흡수 및 낮은 굴절 지수로 선택된다. 제안된 섬유의 예는 다음 표에 주어진다.
섬유 영역 조성 영역 반경* (㎛)
GRIN P2O5/0.05 - 30%
Al/0.05 - 30%
H2/**		 5 ≤ r ≤ 35
내부 피복 H2/** 0 ≤ r ≤ 10
폴리머 피복 저 굴절지수 폴리머
(n≤1.38 @ 450nm)		 10 ≤ r ≤ 50
외부 재킷 아크릴레이트 10 ≤ r ≤ 100
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 1 내지 20일의 기간 동안 수행됨
외부 피복(5)는 임의의 광학적 광을 안내하는 것이 아니라 2 개의 기능을 제공하는 의미이다. 첫째, 가시광이 전형적으로 외부 피복의 외측에 놓이는 기계적으로 견고한 외부 코팅(6)과 상호 작용하는 것을 방지한다. 외부 코팅(6)은 금속, 유기질 또는 무기질일 수 있다. 둘째, 외부 피복은 광섬유의 내부 피복(3, 4) 및 코어(2)와 상호 작용하는 UV 광을 흡수하는 개질제를 함유한다.
다른 청색 섬유 레이저 실시예는 섬유 상의 도광 코팅이 섬유 코어 내측에 펌프 광을 한정하는데 사용되는 저 굴절 지수 폴리머로 구성되는 구성이다. 그러한 폴리머의 예는 저 굴절 지수 폴리머 LUVANTIX PC373이다. 그러한 재료는 매우 높은 수치의 조리개, 즉 내부 전반사에 의해 후속 안내되는 광의 매우 가파른 입력 원뿔을 허용한다. 이들 폴리머는 고파워 광으로부터의 광학 손상에 대한 양호한 저항성을 가진다. 폴리머 코팅으로 생성된 높은 수치의 조리개(NA)는 내부 전반사 표면을 생성하기 위해서 피복 유리에만 도핑됨으로써 생성된 입력 각도를 초과한다. 바람직한 실시예에서, 중합체 코팅의 사용에 의해 생성된 NA 섬유는 0.22 초과의 NA를 가진다. 이러한 실시예에서, 섬유 코어는 전술된 GRIN 구조물을 함유할 수 있고 내부 피복을 가질 수도 갖지 않을 수도 있으며, 즉 외부 코팅은 펌프 광에 대한 1차 또는 2차 한정 표면으로서 역할을 할 수 있다.
청색 섬유 레이저에 대한 다른 실시예는 섬유 코어가 D 형상 코어 또는 타원 형상 코어를 갖는 경우와 같이 섬유의 펌프 안내 섹션과 비대칭인 경우이다. 이들 경우에, 비대칭 코어의 목적은 펌프 모드의 추출을 최적화하는 것이다.
섬유 제조 공정 동안, 외부 코팅(6)은 액체 형태로 적용되고 UV 광에 노출되면 액체를 고체로 경화시켜, 유리 광섬유에 대한 기계적 보호층을 형성한다. 코어의 개질제에 대한 UV의 노출은 색 중심 결함(color center defect)과 같은 추가적인 손실 메커니즘을 유발할 수 있다. 외부 피복에 개질제 또는 개질제들을 포함하면 섬유 제조 공정 동안 UV 광을 흡수하고 UV 광이 GRIN 코어 및 제2 피복(존재하면)의 개질제와 상호작용하는 것을 금지할 것이다. 바람직한 실시예에서, 외부 피복의 개질제는 게르마늄이다.
실시예에서, 다중-피복 광섬유 설계는 낮은 광학 손실, 높은 수치의 조리개(NA) 및 높은 광학 이득을 기본 전파 모드인 광학 스펙트럼의 UV 및 가시 부분에서의 선형 편광(LP) 01 모드에 제공하기 위해서 설명된다. 광섬유 설계는 섬유 제조 공정 동안 추가 손실을 피하면서 코어 영역에서 광학 이득을 동시에 증가시키기 위해서 도펀트를 함유할 수 있다. 광섬유 설계는 효율적인 레이징을 위해서 희토류 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 코어에서 전파 모드의 모달 특징(modal characteristic)은 고효율 비선형 혼합을 촉진하여, 방출된 광의 높은 빔 품질(M2 < 1.5) 출력을 제공한다.
다음 표는 섬유 길이, 광 파워 인(in), 광 파워 아웃(out), 빔 품질 인 및 빔 품질 아웃의 범위를 제공한다.
매개변수 단위 범위
입력 파워 와트 5 - 2000
출력 파워 와트 0.1 - 1500
빔 품질 인 (M2) N/A 3 - 100
빔 품질 아웃 (M2) N/A 1 - 2
다음의 예는 본 레이저 시스템 및 작동, 특히 전자 저장 장치의 구성요소를 포함한 구성요소를 용접하기 위한 청색 레이저 시스템의 다양한 실시예를 예시하기 위해 제공된다. 이들 예는 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주하지도 달리 제한되지도 않아야 한다.
예 1
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 20
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 11.25
중간 피복 SiO2-계
F/12.7%
H2/**		 6.25
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
예 2
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 20
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 11.25
중간 피복 SiO2-계
H2/**		 2.4/0.22 ****
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
**** 열거된 공기 구멍 직경/벽 두께를 갖는 PCF 영역
예 3
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2 / **		 12.5
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 11.25
중간 피복 SiO2-계
H2/**		 2.4/0.22 ****
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
**** 열거된 공기 구멍 직경/벽 두께를 갖는 PCF 영역
예 4
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 12.5
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 7.5
중간 피복 SiO2-계
H2/**		 2.4/0.22 ****
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
**** 열거된 공기 구멍 직경/벽 두께를 갖는 PCF 영역
예 5
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 30
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 20
중간 피복 SiO2-계
F/12.7%
H2/**		 6.25
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
예 6
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2 / **		 30
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 20
중간 피복 SiO2-계
H2/**		 2.4/0.22 ****
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
**** 열거된 공기 구멍 직경/벽 두께를 갖는 PCF 영역
예 7
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 30
내부 피복 SiO2-계
H2/**		 10
중간 피복 SiO2-계
H2/**		 2.4/0.22 ****
외부 피복 SiO2-계
***
H2/**		 25
폴리머 코팅 N/A 60
* 영역은 이전 영역의 끝 및 다음 영역의 끝과 시작 부분에서 시작함
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
*** V(버블러를 통한 가스 흐름 또는 가스 흐름들): V-GeCL4/V-SiCl4: 0.359
V-SF6/V-SiCl4: 0.072
V-O2sur/V-SiCl4: 6.12
**** 열거된 공기 구멍 직경/벽 두께를 갖는 PCF 영역
예 7A
섬유 영역 조성
(몰 % ) 		영역 반경* (㎛)
GRIN 코어 SiO2-계
P2O5/2.5% @ 중심 (포물선)
H2/**		 60
낮은 굴절 지수의
폴리머 코팅
(광 안내)		 Luvantix PC373 100
** 과잉의 H2를 갖는 H2/O2 화염이 ~ 1000 ℃ 온도에서 6.2 일의 기간 동안 수행됨
예 8
바람직한 일 실시예에서, 내부 피복은 0.2 < NA < 0.8과 같은 높은 수치의 조리개를 가진다.
예 9
바람직한 실시예에서, 희토류 이온은 프라세오디뮴이다. 다른 바람직한 실시예에서, 희토류 이온은 툴륨이다.
예 10
바람직한 실시예에서, 비선형 광학 공정은 유도 라만 산란과 같은 위상-정합(phase-matching)을 요구하지 않는다.
예 11
다른 실시예에서, 비선형 광학 공정은 4파 혼합, 유도 브릴루인 산란 또는 고조파 발생과 같은 위상-정합을 요구한다.
예 12
바람직한 실시예에서, 실리카-계 유리의 수소 도핑은 예비 제조 수준에서 수행된다. 이는 예비 제조의 화학 기상 증착 단계 동안 수소-부화 화염(hydrogen-rich flame)을 실리카-계에 도입함으로써 달성된다.
예 13
바람직한 실시예에서, 화학 개질제는 불소, 붕소, 또는 불소와 붕소의 몇몇 조합이다.
예 14
바람직한 실시예에서, 비-고체 구조물은 광결정 구조물이다.
예 15
바람직한 실시예에서, 화학 개질제는 게르마늄이다.
예 16
다른 실시예에서, 화학 개질제는 광섬유의 내부 피복 및 코어가 UV 광에 노출되는 것을 방지하기 위해서 UV 광을 흡수하는 임의의 요소 또는 분자이다.
예 17
다른 실시예에서, 실리카 유리의 수소 도핑은 광섬유 제조 후에 수행된다. 이는 수소-부화 환경에 광섬유를 배치하고 실리카-계 유리 매트릭스로의 수소 이동을 촉진시키도록 열, 압력 또는 UV 방사선의 임의의 조합을 적용함으로써 달성된다.
본 명세서에서 제목의 사용은 명확함을 목적으로 하며 어떠한 방식으로도 제한되지 않음을 이해해야 한다. 따라서, 제목 아래에 설명된 공정 및 개시는 다양한 예를 포함한 본 명세서 전체의 맥락에서 읽혀져야 한다. 본 명세서에서 제목의 사용은 본 발명에 주어지는 보호 범주를 제한해서는 안 된다.
본 발명의 실시예의 대상이거나 그와 관련된 신규하고 혁신적인 공정, 재료, 성능 또는 다른 유리한 특징 및 특성을 기초로 하는 이론을 제공하거나 다룰 필요는 없음에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 분야의 기술을 더욱 발전시키기 위해서 본 명세서에서 다양한 이론이 제공된다. 본 명세서에 제시된 이론은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 청구된 발명에 주어지는 보호 범주를 어떤 방식으로도 한정하거나 제한하거나 좁히지 않는다. 이들 이론은 본 발명을 활용하는데 요구되거나 실시될 수 없다. 본 발명은 본 발명의 방법, 물품, 재료, 장치 및 시스템에 대한 실시예의 기능-특징을 설명하기 위해서 신규하고 지금까지 공지되지 않은 이론으로 유도될 수 있으며; 따라서 그와 같은 나중에 개발된 이론은 본 발명에 주어지는 보호 범주를 한정하지 않아야 한다.
본 명세서에 기재된 시스템, 장비, 기술, 방법, 활동 및 작동에 대한 다양한 실시예는 본 명세서에 기재된 것에 더하여 다양한 다른 활동 및 다른 분야에 사용될 수 있다. 또한, 이들 실시예는 예를 들어, 미래에 개발될 수 있는 다른 장비 또는 활동, 및 본 명세서의 교시에 기초하여 부분적으로 수정될 수 있는 기존의 장비 또는 활동에 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 서로 상이하고 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 명세서의 다양한 실시예에 제공된 구성은 서로 함께 사용될 수 있으며; 본 발명에 주어지는 보호 범주는 특정 실시예, 예, 또는 특정 도면의 실시예에 기재되는 특정 실시예, 구성 또는 배열에 한정되지 않아야 한다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특징을 벗어남이 없이 본 명세서에 구체적으로 개시된 것과 다른 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예는 모든 면에서 단지 예시적인 것이고 제한적인 것이 아니라고 간주되어야 한다.

Claims (18)

  1. 용융 실리카-계 다중-피복 광섬유로서,
    광섬유가 높은 NA를 가지며, 광섬유가 M2 >> 1.5를 갖는 낮은 빔 품질의 가시 또는 UV 광을 M2 <1.5를 갖는 높은 품질의 광으로 변환하도록 구성되게 하는, 제 1 피복 층에 의해 둘러싸인 코어; 및
    광섬유가 광학 스펙트럼의 가시 또는 UV 부분에서 낮은 전파 손실을 제공하도록 구성되게 하는 수소 도펀트를 포함하며;
    상기 코어가 GRIN 구조물을 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 GRIN 구조물은 굴절 지수를 변경하기 위한 실리카 유리에 대한 개질제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분, 유효 굴절 지수를 변경하기 위한 실리카 유리로 구성된 구조물, 및 UV 방사선으로부터 코어를 차폐하기 위한 실리카 유리에 대한 개질제를 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피복은 제 2 피복에 의해 둘러싸이고 상기 제 2 피복은 외부 피복에 의해 둘러싸이며, 각각의 피복은 용융 실리카 유리를 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피복은 제 2 피복에 의해 둘러싸이고 상기 제 2 피복은 외부 피복에 의해 둘러싸이며, 각각의 피복은 화학 개질제를 갖는 용융 실리카 유리를 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 낮은 빔 품질의 광은 희토류 이온의 직접적인 레이징(direct lasing)을 통해 높은 빔 품질의 광으로 변환되는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 낮은 빔 품질의 광은 비선형 광학에 의해 유도된 에너지 교환 공정을 통해 높은 빔 품질의 광으로 변환되는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전파 손실은 스펙트럼의 가시 및 UV 부분 모두에서 낮은,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 GRIN 구조물은 인, 알루미늄, 및 알루미늄과 인으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 GRIN 구조물은 순수 용융 실리카의 굴절 지수를 증가시키고 청색 광에 의해 조사될 때 솔라화되지(solarize) 않는 재료로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광섬유의 기본 모드인 LP01 모드에 가장 높은 비선형 이득을 나타내도록 구성되는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피복 층을 둘러싸는 제 2 피복 층을 포함하며, 상기 제 2 피복 층은 제 1 피복 층 굴절 지수보다 더 낮은 유효 굴절 지수를 가지는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 피복 층은 유리 매트릭스에 대한 개질제를 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 피복 층은 비-고체 구조물을 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 피복 층은 낮은 굴절 지수의 폴리머를 포함하여 제 2 피복 층의 굴절 지수를 제 1 피복 층의 굴절 지수보다 더 낮게 낮추는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  15. 제 1 항에 있어서,
    제 3 피복 층 및 제 2 피복 층을 포함하며, 상기 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 높은,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  16. 제 11 항에 있어서,
    제 3 피복 층을 포함하며, 상기 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 높은,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  17. 제 11 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 피복 층, 제 2 피복 층 및 제 3 피복 층 중 하나 이상은 UV 조사로부터 제 1 피복 및 코어를 보호하기 위한 화학 개질제를 포함하는,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.
  18. 제 11 항에 있어서,
    제 3 피복 층을 포함하며, 상기 제 3 피복 층의 유효 지수는 제 2 피복 층의 유효 지수보다 더 낮은,
    용융 실리카-계 다중-피복 광섬유.

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