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WO2004038466A2 - Photonic crystal fibers and methods for the production thereof - Google Patents

Photonic crystal fibers and methods for the production thereof Download PDF

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WO2004038466A2
WO2004038466A2 PCT/EP2003/011723 EP0311723W WO2004038466A2 WO 2004038466 A2 WO2004038466 A2 WO 2004038466A2 EP 0311723 W EP0311723 W EP 0311723W WO 2004038466 A2 WO2004038466 A2 WO 2004038466A2
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WO
WIPO (PCT)
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channels
fiber
central
photonic
photonic crystal
Prior art date
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PCT/EP2003/011723
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German (de)
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Inventor
Nina Skibina
Valentin Beloglazov
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Iap - Institut fur Angewandte Photonik Ev
IFG Institut fur Geratebau GmbH
Original Assignee
Iap - Institut fur Angewandte Photonik Ev
IFG Institut fur Geratebau GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE2003130361 external-priority patent/DE10330361A1/en
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Definitions

  • the invention relates to a photonic fiber and a photonic crystal fiber and methods for their production and is applicable in particular for the production of new materials, components and devices. These are used, for example, to form short light pulses for nonlinear frequency conversion, as optical switches and to control the dispersion of other nonlinear optical effects , and to generate a super continuum in a wide spectral range.
  • New devices that can be implemented by the invention are, for example, broadband fiber lasers, magnetoresistors and oscillators.
  • the invention allows the solution of a 'series of problems of modern physics, including spectroscopic applications.
  • the use of broadband sources for coherent radiation in linear and non-linear spectroscopy allows the spectra to be recorded with a single laser pulse, which is extremely important for the investigation of non-stationary media and superfast phenomena.
  • photonic crystals were considered an exotic idea for basic research.
  • Currently, however, a variety of methods for realizing such structures are developing, the basis for the known methods being the planar technology for the synthesis of thin layers and heterostructures and the lithography technology which ensure the nano-dimension of the structure.
  • a metal-dielectric photonic crystal is known from US Pat. No. 5,990,850, which has a three-dimensional structure which consists of metallic balls which are surrounded by dielectric material.
  • EP 1 015 917 describes a transparent metal dielectric structure which allows the transmission of light in a large wavelength interval.
  • WO 99/00685 AI describes a single-mode fiber, this fiber consisting of a central area and air channels surrounding this area.
  • a manufacturing method for a perforated fiber is described in US Pat. No. 6,444,133.
  • the invention has for its object to provide a photonic fiber and a photonic crystal fiber and processes for their production, the processes should enable series production with reproducible parameters and a simple and inexpensive production of the photonic crystal fibers and the photonic crystal fibers in the generation of a super continuum in enable a wide spectral range.
  • a particular advantage of the ' invention is that the photonic fiber is completely new optical and electrical
  • the new structure contains a central fiber and a periodic sheathing, two diametrically arranged metal fibers, which can act as metallic nano conductors, for example, are located in close proximity to the central fiber.
  • microstructured light guides allows more effective control of dispersion and non-linearity as well as the production of nanomaterial, which in principle has new optical and electrical or magnetic properties.
  • a next advantage of the invention is that the photonic crystal fiber enables the production of compact and stable, highly brilliant broadband light sources, in that the photonic crystal fiber is designed in such a way that at least six inner channels adjoin a central fiber core and a large number of them adjoin the inner channels Outer channels, the diameter of which increases with the distance to the central defect or to the central fiber core, are arranged.
  • Another advantage of the invention is the effective production of the photonic crystal fibers based on traditional fiber and drawing technologies, the Process flow is characterized by the process steps listed below.
  • the capillary used and the central fiber core are made of glass, the first inner diameter of the capillary being smaller than the second inner diameter and the second inner diameter of the capillary being smaller than the third inner diameter, etc.
  • the final structure of the photonic crystal fiber can be realized by a single or a repeated drawing process, depending on the geometry to be achieved.
  • 1 shows the cross section of a metal-dielectric photonic fiber
  • 2 shows an embodiment variant, in which the channels 3 also have a hexagonal structure
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the entire photonic crystal fiber.
  • FIG. 1 shows the cross section of a metal-dielectric photonic fiber.
  • the cross section is a hexagonal structure, with a multiplicity of air-filled channels 3, which surround a central fiber 1 arranged in the center of the hexagonal structure.
  • Two diametrically opposed metallic nanoconductors 2 are arranged in the immediate vicinity of the central fiber 1.
  • the metallic nano conductors 2 are metal fibers which extend along the central fiber 1 and have been formed by pouring liquid molten metal into channels 3 lying on both sides next to the central fiber 1.
  • the air-filled channels 3 form a sheath in relation to the central fiber 1.
  • this sheathing can also contain rods and dielectric. It is also possible to arrange elements made of soluble glass in the casing, which can be completely or partially removed after the drawing process and thus the formation of
  • FIG. 2 shows a variant in which the channels 3 also have a hexagonal structure.
  • the metal which is filled into the channels 3 according to FIGS. 1 and 2 is a slightly melting solder, which consists of lead or tin or a lead-tin alloy or silver.
  • the essence of manufacturing technology is the drawing of capillaries and rods, their arrangement in, for example, hexagonal packages, the heating and multiple drawing until the required geometry and the required dimensions of the individual structural elements are achieved. It is essential in this manufacturing technology that the channels 3 formed by the capillaries are filled with molten metal, e.g. low melting solder. In the present exemplary embodiment, the metal is introduced into the channels 3 in an intermediate step and the drawing process is then continued.
  • molten metal e.g. low melting solder
  • tubes and rods are drawn from the glass melt, for which glass blocks with a weight of thirty to fifty kilograms are used.
  • the tubes or capillaries and rods are drawn with a certain geometry. For example, they can be circular or hexagonal depending on the nozzle used for drawing.
  • Basic elements and soluble elements are produced using different types of glass. From these preforms with macro dimensions, elements with smaller dimensions are drawn according to the principle of similarity. In the following, these elements are sorted, cut, calibrated and prepared for arrangement in packages.
  • the topological image of the package corresponds in shape and geometric dimensions against the required product, the necessary cavities, gaps and the like being generated by the arrangement of elements made of soluble glass.
  • the formed package is reduced in size by a factor of 10 by drawing at defined temperatures, while the geometric relationships are maintained according to the principle of similarity.
  • the drawn elements are then cut into pieces of a certain length, ground and polished. This mechanical processing is followed by a washing process with which the soluble glass is removed.
  • the glass is easily soluble and is removed in a weak hydrochloric acid solution at a temperature of 60-80 ° C. within 20 to 40 minutes *.
  • capillaries are arranged around a rod which later forms the central fiber and these then form a geometric structure or a package.
  • the capillaries are arranged according to specific specifications
  • a desired final shape in the present exemplary embodiment to achieve a hexagonal cross-sectional structure.
  • other rods or elements made of soluble glass can be arranged.
  • the central fiber and the capillaries as well as the rods can consist of glass of the same type or of different glass.
  • molten liquid metal is poured into the cavities of the capillaries 3 in close proximity to the central fiber 1. It is also possible to fill further capillaries with metal or other substances.
  • the targeted dissolution of the soluble glass can create voids or specific geometric structures. 5
  • 15 high-precision preforms can be formed from soluble glass (e.g. with a diameter of 30 mm, the accuracy is + 0.02 mm).
  • the fiber technology allows the use of preforms of complex shapes and a high degree of automation of the drawing process.
  • the fiber technology allows the use of preforms of complex shapes and a high degree of automation of the drawing process.
  • geometric shapes can be, for example, cylindrical, flat, conical, twisted, barrel-shaped or as any polygons
  • microchannels with a predetermined one can be used directly during their manufacture
  • Cross-section ' including with a thin membrane
  • Such functions are, for example, lines for working fluid, waveguides for electromagnetic radiation and thermal neutrons, molecular and biological filters, electrostatic electric lenses and pressure sensors.
  • the photonic crystal fiber consists of a central fiber core la and air channels surrounding this central fiber core la, a large number of outer channels 3a being arranged on the central fiber core la six-inner channels 2a and adjacent to these inner channels 2a.
  • the inner diameter of the outer channels 3a can be designed differently. It is thus possible to make the inside diameter of the outer channels 3a smaller, for example 1 ⁇ m, in the area around the central fiber core la than the inside diameter in the direction of the periphery 7.
  • the inside diameter can increase continuously or discontinuously in the direction of the periphery 7.
  • inner cavities 4 are arranged between the central fiber core 1a and the inner channels 2a.
  • outer cavities 5a between the inner channels 2a and the outer channels 3a and outer cavities 5b are arranged between the outer channels 3a.
  • the inner channels 2a and / or the outer channels 3a have a sheathing 6, which in the present exemplary embodiment is hexagonal.
  • the inner cavities 4 and / or the outer cavities 5 have a triangular cross-sectional shape in the present exemplary embodiment.
  • the casing 6 consists of glass of the glass type K-8 (crown glass), which corresponds to the glass type Schott BK7. The production of a photonic crystal fiber will be described in more detail below using a specific exemplary embodiment.
  • the photonic crystal fiber is a photonic fiber with different periodicity, ie de facto a quasi-periodic photonic fiber.
  • a total of six capillaries with an inner diameter are arranged around the central fiber core la in a first process step.
  • this first inner diameter is 0.6 mm
  • the wall thickness of the capillary is 0.035 mm and thus the outer diameter of the capillary is 0.67 mm.
  • a large number of further capillaries, in the present exemplary embodiment 1261 capillaries, with a second inner diameter are arranged around these six capillaries with the first inner diameter surrounding the central fiber core 1 a.
  • This second inner diameter is significantly larger than the first inner diameter and is 1.8 mm in the present exemplary embodiment, the wall thickness of the capillary 0.1 mm and thus the outer diameter of this capillary 2 mm.
  • the softening temperature in the present exemplary embodiment is approximately 590 ° C. Now the entire bundle is pulled through to
  • the final dimensions are an outer diameter of the overall structure of 73.3 ⁇ m (without coating).
  • the drawing process is based on the similarity principle and can be carried out in one or more stages. It is moderate to coat the fiber structure during the drawing process.
  • the layer created with the coating consists of plastic, for example acrylate, and serves to increase the mechanical stability, elasticity and flexibility of the structure.
  • the drawn photonic crystal fiber has the following geometrical final dimensions:
  • a preferred use of the photonic crystal fiber is the generation of a super continuum by coupling in laser radiation.
  • a broad super continuum is generated that extends over a wavelength of 180 nm to 1800 nm.
  • the average power of the laser is 900 mW at a wavelength of 800 nm.
  • the pulse duration is 100 fs at a pulse rate of 80 MHz.
  • the photonic crystal structures according to the invention make it possible to significantly broaden the spectrum of laser pulses in the femtosecond range, a significant proportion being in the far and near UV range.
  • These options for controlling the spectrum of ultrashort light pulses can be used to solve problems in medical optics, in particular for the implementation of arrangements for optical coherent tomography and the production of broadband radiation sources.
  • the use of broadband coherent radiation sources in linear and nonlinear spectroscopy allows the registration of the spectra during a laser pulse, which is extremely important for the investigation of non-stationary media and superfast biological reactions.

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Abstract

The invention relates to photonic fibers and methods for the production thereof. A photonic fiber consists of a central area and ducts surrounding said central area and is characterized by the fact that at least two metallic conductors (2) are disposed near and along a central fiber (1). A photonic crystal fiber consists of a central fiber core and air ducts surrounding said central fiber core and is characterized in that at least six inner ducts are arranged so as to border the central fiber core while outer ducts are disposed so as to border the inner ducts. According to the inventive method for producing said photonic fibers, capillary elements and/or rods made of glass are combined into geometrical structures comprising at least one central fiber and an outer coating, said geometrical structures are heated and are subjected to a drawing process, and molten liquid metal is filled into hollow spaces of the capillary elements near the central fiber once the drawing process has been completed.

Description

Photonische Fasern und Verfahren zu ihrer Herstellung Photonic fibers and processes for their manufacture

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft eine photonische Faser sowie eine photonische Kristallfaser und Verfahren zu deren Herstellung und ist anwendbar insbesondere zur Herstellung von neuen Materialien, Bauelementen und Geräten. Diese dienen beispielsweise der Formierung von kurzen Lichtimpulsen zur nichtlinearen Frequenzumwandlung, als optische Schalter und zur Steuerung der Dispersion anderer nichtlinearer optischer Effekte ' sowie zur Generierung eines Superkontinuums in einem breiten Spektralbereich.The invention relates to a photonic fiber and a photonic crystal fiber and methods for their production and is applicable in particular for the production of new materials, components and devices. These are used, for example, to form short light pulses for nonlinear frequency conversion, as optical switches and to control the dispersion of other nonlinear optical effects , and to generate a super continuum in a wide spectral range.

Durch die Erfindung realisierbare neue Geräte sind beispielsweise breitbandige Faserlaser, Magnetoresistoren und Oszillatoren.New devices that can be implemented by the invention are, for example, broadband fiber lasers, magnetoresistors and oscillators.

Die Erfindung ermöglicht die Lösung einer' Reihe von Problemen der modernen Physik, einschließlich von spektroskopischen Anwendungen. Der Einsatz von breitbandigen Quellen für kohärente Strahlung in der linearen und nichtlinearen Spektroskopie erlaubt die Aufnahme der Spektren mit einem einzigen Laserimpuls, was außerordentlich wichtig für die Untersuchung von nichtstationären Medien und superschnellen Erscheinungen ist. In der Vergangenheit galten photonische Kristalle als exotische Idee der Grundlagenforschung. Gegenwärtig entwickeln sich jedoch vielfältige Verfahren zur Realisierung solcher Strukturen, wobei die Grundlage für die bekannten Verfahren' die Planartechnologie für die Synthese von dünnen Schichten und HeteroStrukturen und die Lithographietechnik, die die Nanoabmessung der Struktur gewährleisten, bilden.The invention allows the solution of a 'series of problems of modern physics, including spectroscopic applications. The use of broadband sources for coherent radiation in linear and non-linear spectroscopy allows the spectra to be recorded with a single laser pulse, which is extremely important for the investigation of non-stationary media and superfast phenomena. In the past, photonic crystals were considered an exotic idea for basic research. Currently, however, a variety of methods for realizing such structures are developing, the basis for the known methods being the planar technology for the synthesis of thin layers and heterostructures and the lithography technology which ensure the nano-dimension of the structure.

Die Anwendung der lithographischen Technologie hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. So können hiermit keine Elemente mit einem hohen Aspektverhältnis hergestellt werden. Auch sind keine Mikroleiter, keine elektrischen Kondensatoren und keine Wicklungen innerhalb des Mikroproduktes mit einer vorgegebenen Form des Querschnittes herstellbar. Schließ- lieh können mit Hilfe dieser Technologie auch keine Produkte mit komplizierter äußerer Oberfläche wie z.B. einer schraubenförmigen Oberflächengestaltung hergestellt werden.However, the use of lithographic technology has a number of disadvantages. In this way, no elements with a high aspect ratio can be produced. Also, no micro-conductors, no electrical capacitors and no windings can be produced within the micro-product with a predetermined shape of the cross section. Finally, with the help of this technology, products with a complicated outer surface such as e.g. a helical surface design.

Aus der US 5,990,850 ist ein metall-dielektrischer photoni- scher Kristall bekannt, welcher eine dreidimensionale Struktur aufweist, die aus metallischen Kugeln besteht, welche von dielektrischem Material umgeben sind.A metal-dielectric photonic crystal is known from US Pat. No. 5,990,850, which has a three-dimensional structure which consists of metallic balls which are surrounded by dielectric material.

In der EP 1 015 917 wird eine durchsichtige metalldielektrische Struktur beschrieben, die die Übertragung von Licht in einem großen Wellenlängenintervall erlaubt.EP 1 015 917 describes a transparent metal dielectric structure which allows the transmission of light in a large wavelength interval.

Weiterhin beschreibt die WO 99/00685 AI eine Einmodenfaser, wobei diese Faser aus einem zentralen Bereich und diesen Bereich umgebende Luftkanäle besteht. In der US 6,444,133 ist ein Herstellungsverfahren für eine gelochte Faser beschrieben.Furthermore, WO 99/00685 AI describes a single-mode fiber, this fiber consisting of a central area and air channels surrounding this area. A manufacturing method for a perforated fiber is described in US Pat. No. 6,444,133.

Weiterhin bekannt ist eine im Artikel von K. Saitoh, M. Koshiba et all (21.04.2003, vol.11, Nr. 8' OpticsExpress, p 843) beschriebene Struktur. In diesem Artikel wird ein theoretisches Modell einer photonischen Kristallfaser- Struktur mit veränderlicher Schrittweite der den zentralen Defektkern umgebenen ringförmigen Schichten vorgestellt .Also known is a structure described in the article by K. Saitoh, M. Koshiba et all (April 21, 2003, vol. 11, No. 8 ' OpticsExpress, p 843). In this article a theoretical model of a photonic crystal fiber Structure with variable step size of the annular layers surrounding the central defect core is presented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photonische Faser sowie eine photonische Kristallfaser und Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, wobei die Verfahren eine Serienproduktion bei reproduzierbaren Parametern sowie eine einfache und preiswerte Herstellung der photonischen Kristallfasern ermöglichen sollen und die photonischen Kristallfasern die Generierung eines Superkontinuums in einem breiten Spektralbereich ermöglichen.The invention has for its object to provide a photonic fiber and a photonic crystal fiber and processes for their production, the processes should enable series production with reproducible parameters and a simple and inexpensive production of the photonic crystal fibers and the photonic crystal fibers in the generation of a super continuum in enable a wide spectral range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der, Ansprüche 1, 5, 8 und 13 in Verbindung mit den Merkmalen im jeweiligen Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claims 1, 5, 8 and 13 in conjunction with the features in the respective preamble. Appropriate embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der' Erfindung besteht darin, dass die photonische Faser völlig neue optische und elektrischeA particular advantage of the ' invention is that the photonic fiber is completely new optical and electrical

Eigenschaften aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass in räumlicher Nähe und längs zu einer Zentralfaser mindestens zwei metallische Leiter angeordnet sind. Die neuartige Struktur enthält eine zentrale Faser und eine periodische Ummantelung, wobei sich in unmittelbarer Nähe zur zentralen Faser beispielsweise zwei diametral angeordnete Metall- fasern befinden, welche als metallische Nanoleiter wirken können.Has properties. This is achieved in that at least two metallic conductors are arranged in spatial proximity and along a central fiber. The new structure contains a central fiber and a periodic sheathing, two diametrically arranged metal fibers, which can act as metallic nano conductors, for example, are located in close proximity to the central fiber.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die effektiveAnother advantage of the invention is that it is effective

Herstellung der photonischen Fasern auf Basis traditioneller Faser- und Ziehtechnologien.' Der Verfahrensablauf wird derart realisiert, dass Kapillaren und/oder Stäbe zu geometrischen Gebilden mit mindestens einer Zentralfaser und einer Ummantelung zusammengefügt werden, . die geometri- sehen Gebilde erwärmt und einem Ziehprozess unterzogen werden und in Hohlräume der Kapillaren in räumlicher Nähe zu der Zentralfaser geschmolzenes flüssiges Metall eingefüllt wird. Das Einfüllen des Metalls in die Kapillaren kann nach Beendigung des Ziehprozesses erfolgen oder aber vorzugsweise als Zwischenschritt derart, dass dann im weiteren Ziehprozess die Metallfasern oder Metallstäbe gemeinsam mit den Glaskapillaren und den Stäben aus Glas weiter gezogen werden. Zusätzlich ist es möglich, dass vor dem Ziehprozess in die geometrischen Gebilde Elemente aus löslichem Glas eingebracht werden. Nach dem Ziehprozess können diese Elemente ganz oder teilweise aufgelöst werden, wodurch sich Hohlräume in der Struktur der photonischen Faser bilden.Manufacture of photonic fibers based on traditional fiber and drawing technologies. 'The procedure is realized such that the capillaries and / or bars to geometric shapes are combined with at least one central fiber and a jacket. the geometrical see structures are heated and subjected to a drawing process and molten liquid metal is filled into cavities of the capillaries in close proximity to the central fiber. The metal can be filled into the capillaries after the drawing process has ended or, preferably, as an intermediate step such that the metal fibers or metal rods are then further drawn together with the glass capillaries and the glass rods in the further drawing process. In addition, it is possible for elements made of soluble glass to be introduced into the geometric structures before the drawing process. After the drawing process, these elements can be completely or partially dissolved, which creates voids in the structure of the photonic fiber.

Der Einsatz von Metallen in mikrostrukturierten Lichtleitern erlaubt eine effektivere Steuerung der Dispersion und der Nichtlinearität sowie die Herstellung von Nanomate- rial, welches prinzipiell neue optische und elektrische bzw. magnetische Eigenschaften besitzt.The use of metals in microstructured light guides allows more effective control of dispersion and non-linearity as well as the production of nanomaterial, which in principle has new optical and electrical or magnetic properties.

Ein nächster Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die photonische Kristallfaser die Herstellung kompakter und stabiler, hochbrillanter breitbandiger Lichtquellen ermög- licht, indem die photonische Kristallfaser derart gestaltet ist, dass angrenzend an einen zentralen Faserkern mindestens sechs Innenkanäle und angrenzend an die Innenkanäle eine Vielzahl von Außenkanälen, deren Durchmesser jeweils mit dem Abstand zum zentralen Defekt bzw. zum zentralen Faserkern zunimmt, angeordnet sind.A next advantage of the invention is that the photonic crystal fiber enables the production of compact and stable, highly brilliant broadband light sources, in that the photonic crystal fiber is designed in such a way that at least six inner channels adjoin a central fiber core and a large number of them adjoin the inner channels Outer channels, the diameter of which increases with the distance to the central defect or to the central fiber core, are arranged.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die effektive Herstellung der photonischen Kristallfasern auf Basis traditioneller Faser- und Ziehtechnologien, wobei der Verfahrensablauf durch die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte gekennzeichnet ist.Another advantage of the invention is the effective production of the photonic crystal fibers based on traditional fiber and drawing technologies, the Process flow is characterized by the process steps listed below.

Anordnung von mindestens sechs Kapillaren mit einem ersten Innendurchmesser um einen zentralen Faserkern herum,Arrangement of at least six capillaries with a first inner diameter around a central fiber core,

Anordnung einer Vielzahl weiterer Kapillare mit einem zweiten Innendurchmesser um die mindestens sechs Kapil- lare mit dem ersten Innendurchmesser herum,Arranging a large number of further capillaries with a second inner diameter around the at least six capillaries with the first inner diameter,

Erwärmung des Gesamtbündels bis zur Erweichungstemperatur,Heating of the entire bundle to the softening temperature,

- Ziehen des Gesamtbündels bis zum Erreichen der geometrischen Endabmaße.- Pull the entire bundle until the geometric final dimensions are reached.

Die verwendeten Kapillare sowie der zentrale Faserkern bestehen aus Glas, wobei der erste Innendurchmesser der Kapillare kleiner ist als der zweite Innendurchmesser und der zweite Innendurchmesser der Kapillare kleiner ist als der dritte Innendurchmesser usw..The capillary used and the central fiber core are made of glass, the first inner diameter of the capillary being smaller than the second inner diameter and the second inner diameter of the capillary being smaller than the third inner diameter, etc.

Es ist zweckmäßig, gleich während des Ziehprozesses eine Beschichtung vorzunehmen, welche vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Die Endstruktur der photonischen Kristall- faser kann durch einen einmaligen oder auch durch einen mehrmaligen Ziehprozess realisiert werden in Abhängigkeit von der zu erreichenden Geometrie.It is advisable to apply a coating during the drawing process, which is preferably made of plastic. The final structure of the photonic crystal fiber can be realized by a single or a repeated drawing process, depending on the geometry to be achieved.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Es zeigen:The invention is to be described in more detail below with reference to exemplary embodiments shown at least in part in the figures. Show it:

Fig. 1 der Querschnitt einer metall-dielektrischen photonischen Faser; Fig. 2 eine AusführungsVariante, in welcher die Kanäle 3 auch eine hexagonale Struktur aufweisen;1 shows the cross section of a metal-dielectric photonic fiber; 2 shows an embodiment variant, in which the channels 3 also have a hexagonal structure;

Fig. 3 eine stark vergrößerte Darstellung des Zentral- bereiches der photonischen Kristallfaser im Querschnitt und3 shows a greatly enlarged illustration of the central region of the photonic crystal fiber in cross section and

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung der gesamten photonischen Kristallfaser.Fig. 4 is a cross-sectional view of the entire photonic crystal fiber.

Die Figur 1 zeigt den Querschnitt einer metall-dielektri- schen photonischen Faser. Der Querschnitt ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hexagonale Struktur, mit einer Vielzahl luftgefüllter Kanäle 3, welche eine im Zentrum der hexagonalen Struktur angeordnete Zentralfaser 1 umgeben. In unmittelbarer räumlicher Nähe zu der Zentralfaser 1 sind zwei sich diametral gegenüberliegende metallische Nano- leiter 2 angeordnet. Die metallischen Nanoleiter 2 sind Metallfasern, welche sich längs der Zentralfaser 1 erstre- cken und durch Einfüllen von flüssigem geschmolzenem Metall in beidseitig neben der Zentralfaser 1 liegende Kanäle 3 gebi1det wurden.FIG. 1 shows the cross section of a metal-dielectric photonic fiber. In the present exemplary embodiment, the cross section is a hexagonal structure, with a multiplicity of air-filled channels 3, which surround a central fiber 1 arranged in the center of the hexagonal structure. Two diametrically opposed metallic nanoconductors 2 are arranged in the immediate vicinity of the central fiber 1. The metallic nano conductors 2 are metal fibers which extend along the central fiber 1 and have been formed by pouring liquid molten metal into channels 3 lying on both sides next to the central fiber 1.

Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, bilden die luftgefüll- ten Kanäle 3 in Bezug auf die Zentralfaser 1 eine Ummantelung. Diese Ummantelung kann zusätzlich zu den luftgefüllten Kanälen 3 noch Stäbe und Dielektrikum enthalten. Ebenso ist es möglich, in der Ummantelung Elemente aus löslichem Glas anzuordnen, welche nach dem Ziehprozess ganz oder teilweise entfernt werden können und somit der Bildung vonAs can be seen from FIG. 1, the air-filled channels 3 form a sheath in relation to the central fiber 1. In addition to the air-filled channels 3, this sheathing can also contain rods and dielectric. It is also possible to arrange elements made of soluble glass in the casing, which can be completely or partially removed after the drawing process and thus the formation of

Hohlräumen sowie der Schaffung spezifischer geometrischer Strukturen dienen.Cavities and the creation of specific geometric structures.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsvariante, in welcher die Kanäle 3 auch eine hexagonale Struktur aufweisen. Das Metall, welches in die Kanäle 3 gemäß der Figuren 1 und 2 eingefüllt wird, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein leicht schmelzendes Lot, welches aus Blei oder Zinn oder einer Blei-Zinn-Legierung oder aus Silber besteht.FIG. 2 shows a variant in which the channels 3 also have a hexagonal structure. In the present exemplary embodiment, the metal which is filled into the channels 3 according to FIGS. 1 and 2 is a slightly melting solder, which consists of lead or tin or a lead-tin alloy or silver.

Nachfolgend soll das Verfahren zur Herstellung der metalldielektrischen photonischen Fasern im Detail beschrieben werden.The process for producing the metal-dielectric photonic fibers is to be described in detail below.

Das Wesen der Herstellungstechnologie besteht im Ziehen von Kapillaren und Stäben, deren Anordnung in beispielsweise hexagonalen Paketen, der Erwärmung und des mehrfachen Ziehens bis zur Erreichung der geforderten Geometrie und der geforderten Abmessungen der einzelnen Strukturelemente. Wesentlich ist bei dieser Herstellungstechnologie die Füllung der durch die Kapillaren gebildeten Kanäle 3 mit geschmolzenem Metall, z.B. niedrig schmelzendem Lot. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Metall in einem Zwischenschritt in die Kanäle 3 eingebracht und der Ziehprozess danach fortgesetzt.The essence of manufacturing technology is the drawing of capillaries and rods, their arrangement in, for example, hexagonal packages, the heating and multiple drawing until the required geometry and the required dimensions of the individual structural elements are achieved. It is essential in this manufacturing technology that the channels 3 formed by the capillaries are filled with molten metal, e.g. low melting solder. In the present exemplary embodiment, the metal is introduced into the channels 3 in an intermediate step and the drawing process is then continued.

In einer Vorstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Röhren und Stäbe aus der Glasschmelze gezogen, wofür Glas- blöcke mit einem Gewicht von dreißig bis fünfzig Kilogramm eingesetzt werden. Die Röhren oder auch Kapillaren und Stäbe werden mit einer bestimmten Geometrie gezogen. Sie können beispielsweise kreisrund oder sechseckig je nach der zum Ziehen verwendeten Düse sein. Unter Verwendung von verschiedenen Glassorten werden Grundelemente und lösliche Elemente hergestellt. Aus diesen Preformen mit Makroabmessungen werden nach dem Ähnlichkeitsprinzip Elemente mit geringerer Abmessungen gezogen. Im Folgenden werden diese Elemente sortiert, geschnitten, -kalibriert und zur Anordnung in Pakete vorbereitet. Das topologische Bild des Pake- tes entspricht in der Form und den geometrischen Abmessun- gen dem geforderten Produkt, wobei die notwendigen Hohlräume, Spalten und Ähnliches durch die Anordnung von Elementen aus löslichem Glas erzeugt werden.In a preliminary stage of the method according to the invention, tubes and rods are drawn from the glass melt, for which glass blocks with a weight of thirty to fifty kilograms are used. The tubes or capillaries and rods are drawn with a certain geometry. For example, they can be circular or hexagonal depending on the nozzle used for drawing. Basic elements and soluble elements are produced using different types of glass. From these preforms with macro dimensions, elements with smaller dimensions are drawn according to the principle of similarity. In the following, these elements are sorted, cut, calibrated and prepared for arrangement in packages. The topological image of the package corresponds in shape and geometric dimensions against the required product, the necessary cavities, gaps and the like being generated by the arrangement of elements made of soluble glass.

Das formierte Paket wird durch Ziehen bei definierten Temperaturen um den Faktor 10 in den Abmessungen verringert, wobei die geometrischen Verhältnisse nach dem Ähnlichkeitsprinzip erhalten bleiben. Die gezogenen Elemente werden nachfolgend in Stücke bestimmter Länge geschnitten, geschliffen und poliert. An diese mechanische Bearbeitung schließt sich ein Waschvorgang an, mit welchem das lösliche Glas entfernt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um leicht lösliches Glas, das in einer schwachen Salzsäurelösung bei einer Temperatur von 60-80°C innerhalb von 20 bis 40 Minuten* entfernt wird.The formed package is reduced in size by a factor of 10 by drawing at defined temperatures, while the geometric relationships are maintained according to the principle of similarity. The drawn elements are then cut into pieces of a certain length, ground and polished. This mechanical processing is followed by a washing process with which the soluble glass is removed. In the present exemplary embodiment, the glass is easily soluble and is removed in a weak hydrochloric acid solution at a temperature of 60-80 ° C. within 20 to 40 minutes *.

Die bis zu diesem Zeitpunkt entstandenen Elemente durchlaufen nun einen Prozess der Metallisierung zum Aufbringen von Kontaktbeschichtungen, sofern dies für die spezifischen Einsatzgebiete erforderlich ist.The elements created up to this point now go through a process of metallization for the application of contact coatings if this is necessary for the specific areas of application.

Die eigentliche Herstellung der photonischen Fasern erfolgt derart, dass um einen die spätere Zentralfaser bildenden Stab herum Kapillaren angeordnet werden und diese dann ein geometrisches Gebilde oder ein Paket bilden. Die Anordnung der Kapillaren erfolgt gemäß spezifischen Vorgaben zurThe actual production of the photonic fibers takes place in such a way that capillaries are arranged around a rod which later forms the central fiber and these then form a geometric structure or a package. The capillaries are arranged according to specific specifications

Erzielung einer gewünschten Endform (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Erzielung einer sechseckigen Querschnittsstruktur) . Zusätzlich zu den Kapillaren können weitere Stäbe oder Elemente aus löslichem Glas angeordnet werden. Die Zentralfaser und die Kapillaren sowie die Stäbe können aus Glas der gleichen Sorte oder auch aus unterschiedlichem Glas bestehen. Nach Erwärmung und Durchführung des Ziehprozesses wird in die Hohlräume der Kapillaren 3 in räumlicher Nähe zu der Zentralfaser 1 geschmolzenes flüssi- ges Metall eingefüllt. Es ist auch möglich, weitere Kapillaren mit Metall oder anderen Substanzen zu füllen. Durch die gezielte Auflösung des löslichen Glases können Hohlräume oder spezifische geometrische Strukturen erzeugt werden. 5Achievement of a desired final shape (in the present exemplary embodiment to achieve a hexagonal cross-sectional structure). In addition to the capillaries, other rods or elements made of soluble glass can be arranged. The central fiber and the capillaries as well as the rods can consist of glass of the same type or of different glass. After heating and carrying out the drawing process, molten liquid metal is poured into the cavities of the capillaries 3 in close proximity to the central fiber 1. It is also possible to fill further capillaries with metal or other substances. The targeted dissolution of the soluble glass can create voids or specific geometric structures. 5

Der Einsatz der vorstehend beschriebenen Technologie erlaubt durch Bündelung von einzelnen Elementen komplizierte topologisch/morphologische Bilder in einem einheitlichen technologischen Zyklus zu formieren. Die Faser-The use of the technology described above allows complex topological / morphological images to be formed in a uniform technological cycle by bundling individual elements. The fiber

10 technologie garantiert die geometrischen Abmessungen mit einer Genauigkeit von ± 1%, die durch das Ziehen der Glasprodukte nach dem Ähnlichkeitsprinzip gewährleistet wird. Die Genauigkeit der Abmessungen und Formen der vorgesehenen Hohlräume wird gesichert, da sie aus10 technology guarantees the geometric dimensions with an accuracy of ± 1%, which is ensured by pulling the glass products according to the principle of similarity. The accuracy of the dimensions and shapes of the cavities provided is assured as they are made from

15 hochgenauen Preforms aus löslichem Glas formiert werden können (z.B. bei einem Durchmesser von 30 mm beträgt die Genauigkeit + 0,02 mm). Die Fasertechnologie erlaubt den Einsatz von Preforms komplexer Formen und einen hohen Grad der Automatisierung des Ziehprozesses. Außerdem erlaubt die15 high-precision preforms can be formed from soluble glass (e.g. with a diameter of 30 mm, the accuracy is + 0.02 mm). The fiber technology allows the use of preforms of complex shapes and a high degree of automation of the drawing process. In addition, the

20. Fasertechnologie die Herstellung von Mikroerzeugnissen einer völlig neuen Qualität. Es wird praktisch eine beliebige geometrische Form der Details und Einzelelemente20. Fiber technology the manufacture of micro products of a completely new quality. It becomes practically any geometric shape of the details and individual elements

(tatsächlich eine dreidimensionale) realisiert. Die geometrischen Formen können beispielsweise zylindrisch, eben, 25 konisch, verdrillt, fassförmig oder als beliebige Vielecke(actually a three-dimensional one). The geometric shapes can be, for example, cylindrical, flat, conical, twisted, barrel-shaped or as any polygons

(gleichmäßige und ungleichmäßige) ausgeführte Strukturen sein. Mit diesen Strukturen ist die Konstruktion von komplizierten Mikromechanismen mit einer großen Auswahl von Funktionsmöglichkeiten gegeben.structures (even and uneven). With these structures, the construction of complicated micromechanisms with a large selection of functional possibilities is given.

30 Die Oberflächenrauigkeit der Einzelelemente beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,01 bis 0,003 μm, wodurch die Konstruktion und Herstellung von Bewegungselementen mit äußerst geringen Reibungskräften ermöglicht wird. In den Mikromechanismen können unmittelbar bei ihrer Herstellung 35 neben den elektrischen Leitern Mikrokanäle mit vorgegebenem Querschnitt' (einschließlich mit einer dünnen Membran) erzeugt werden, die verschiedene Funktionen ausführen können. Solche Funktionen sind beispielsweise Leitungen für Arbeitsflüssigkeit, Wellenleiter für elektromagnetische Strahlung und thermische Neutronen, molekulare und biologische Filter, elektrostatische Elektrolinsen und Drucksensoren.30 The surface roughness of the individual elements in the present exemplary embodiment is 0.01 to 0.003 μm, which enables the design and manufacture of movement elements with extremely low frictional forces. In the micromechanics, in addition to the electrical conductors, microchannels with a predetermined one can be used directly during their manufacture Cross-section ' (including with a thin membrane), which can perform various functions. Such functions are, for example, lines for working fluid, waveguides for electromagnetic radiation and thermal neutrons, molecular and biological filters, electrostatic electric lenses and pressure sensors.

Wie in Figur 3 dargestellt, besteht die photonische Kristallfaser aus einem zentralen Faserkern la und diesen zentralen Faserkern la umgebende Luftkanäle, wobei an den zentralen Faserkern la sechs- Innenkanäle 2a und angrenzend an diese Innenkanäle 2a eine Vielzahl von Außenkanälen 3a angeordnet sind. Der Innendurchmesser der Außenkanäle 3a kann unterschiedlich ausgebildet sein. So ist es möglich, den Innendurchmesser der Außenkanäle 3a im Bereich um den zentralen Faserkern la herum kleiner, beispielsweise 1 μm, auszubilden als die Innendurchmesser in Richtung der Peripherie 7. Die Innendurchmesser können sich kontinuier- lieh oder diskontinuierlich in Richtung der Peripherie 7 vergrößern.As shown in FIG. 3, the photonic crystal fiber consists of a central fiber core la and air channels surrounding this central fiber core la, a large number of outer channels 3a being arranged on the central fiber core la six-inner channels 2a and adjacent to these inner channels 2a. The inner diameter of the outer channels 3a can be designed differently. It is thus possible to make the inside diameter of the outer channels 3a smaller, for example 1 μm, in the area around the central fiber core la than the inside diameter in the direction of the periphery 7. The inside diameter can increase continuously or discontinuously in the direction of the periphery 7.

Wie in Figur 4 zu ersehen ist, sind zwischen dem zentralen Faserkern la und den Innenkanälen 2a Innenhohlräume 4 angeordnet. Zwischen den Innenkanälen 2a und den Außenkanälen 3a befinden sich Außenhohlräume 5a und zwischen den Außenkanälen 3a sind Außenhohlräume 5b angeordnet. Die Innenkanäle 2a und/oder die Außenkanäle 3a weisen eine Ummantelung 6 auf, welche im vorliegenden Ausführungs- beispiel sechseckig ausgebildet ist. Die Innenhohlräume 4 und/oder die Außenhohlräume 5 dagegen weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dreieckige Querschnittsform auf. Die Ummantelung 6 besteht aus Glas vom Glastyp K-8 (Kronglas) , was der Glassorte Schott BK7 entspricht. Nachfolgend soll die Herstellung einer photonischen Kristallfaser an einem konkreten Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.As can be seen in FIG. 4, inner cavities 4 are arranged between the central fiber core 1a and the inner channels 2a. There are outer cavities 5a between the inner channels 2a and the outer channels 3a and outer cavities 5b are arranged between the outer channels 3a. The inner channels 2a and / or the outer channels 3a have a sheathing 6, which in the present exemplary embodiment is hexagonal. In contrast, the inner cavities 4 and / or the outer cavities 5 have a triangular cross-sectional shape in the present exemplary embodiment. The casing 6 consists of glass of the glass type K-8 (crown glass), which corresponds to the glass type Schott BK7. The production of a photonic crystal fiber will be described in more detail below using a specific exemplary embodiment.

Die photonische Kristallfaser ist in diesem Ausführungs- beispiel eine photonische Faser mit unterschiedlicher Pe- riodizität, also de fakto eine quasi - periodische photonische Faser. Zur Herstellung der photonischen Kristall- faser werden in einem ersten Verfahrensschritt um den zentralen Faserkern la herum insgesamt sechs Kapillaren mit einem Innendurchmesser angeordnet. Dieser erste Innendurchmesser beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,6 mm, die Wandstärke der Kapillare 0,035 mm und somit der Außendurchmesser der Kapillare 0,67 mm.In this exemplary embodiment, the photonic crystal fiber is a photonic fiber with different periodicity, ie de facto a quasi-periodic photonic fiber. To produce the photonic crystal fiber, a total of six capillaries with an inner diameter are arranged around the central fiber core la in a first process step. In the present exemplary embodiment, this first inner diameter is 0.6 mm, the wall thickness of the capillary is 0.035 mm and thus the outer diameter of the capillary is 0.67 mm.

Um diese den zentralen Faserkern la umgebenden sechs Kapillaren mit dem ersten Innendurchmesser herum wird eine Vielzahl weiterer Kapillare, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1261 Kapillare, mit einem zweiten Innendurchmesser angeordnet. Dieser zweite Innendurchmesser ist wesentlich größer als der erste Innendurchmesser und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1,8 mm, die Wandstärke der Kapillare 0,1 mm und somit der Außendurchmesser dieser Kapillare 2 mm.A large number of further capillaries, in the present exemplary embodiment 1261 capillaries, with a second inner diameter are arranged around these six capillaries with the first inner diameter surrounding the central fiber core 1 a. This second inner diameter is significantly larger than the first inner diameter and is 1.8 mm in the present exemplary embodiment, the wall thickness of the capillary 0.1 mm and thus the outer diameter of this capillary 2 mm.

Nachdem nun diese Kapillare um den zentralen Faserkern la herum angeordnet sind, erfolgt die Erwärmung des Gesamtbündels bis zur Erweichungstemperatur. Die Erweichungstemperatur beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 590 °C. Nunmehr erfolgt der Ziehprozess des Gesamtbündels bis zumNow that these capillaries are arranged around the central fiber core la, the entire bundle is heated to the softening temperature. The softening temperature in the present exemplary embodiment is approximately 590 ° C. Now the entire bundle is pulled through to

Erreichen der geometrischen Endabmaße. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Endabmaße ein Außendurchmesser der Gesamtstruktur von 73,3 μm (ohne Beschichtung) . Der Ziehprozess erfolgt nach dem Ähnlichkeitsprinzip und kann ein- oder mehrstufig ausgeführt werden. Es ist zweck- mäßig, während des Ziehprozesses eine Beschichtung der Faserstruktur vorzunehmen. Die mit der Beschichtung erzeugte Schicht besteht aus Kunststoff, beispielsweise Acrylat, und dient der Erhöhung der mechanischen Stabilität, Elasti- zität und Flexibilität der Struktur.Reaching the final geometrical dimensions. In the present exemplary embodiment, the final dimensions are an outer diameter of the overall structure of 73.3 μm (without coating). The drawing process is based on the similarity principle and can be carried out in one or more stages. It is moderate to coat the fiber structure during the drawing process. The layer created with the coating consists of plastic, for example acrylate, and serves to increase the mechanical stability, elasticity and flexibility of the structure.

Im folgenden Ausführungsbeispiel hat die gezogene photonische Kristallfaser folgende geometrische Endabmaße:In the following exemplary embodiment, the drawn photonic crystal fiber has the following geometrical final dimensions:

- Außendurchmesser (ohne Beschichtung) 73,3 μm, Durchmesser der Außenkanäle 3a 1,8 μm,- outer diameter (without coating) 73.3 μm, diameter of the outer channels 3a 1.8 μm,

Lochabstand der Außenkanäle 3a in der Ummantelung 6 2,2 μm,Hole spacing of the outer channels 3a in the casing 6 2.2 μm,

Außendurchmesser der zentral angeordneten Quasistruk- tur, also des zentralen Faserkerns la, mit den ihn umgebenden Innenkanälen 2a 2,2 μm, Durchmesser der Innenkanäle 2a 0,6 μm, Lochabstand zwischen den Innenkanälen 2a 0,7 μm, Durchmesser des zentralen Faserkerns la 0,7 μm.Outside diameter of the centrally arranged quasi structure, that is to say of the central fiber core la, with the inner channels 2a 2.2 μm surrounding it, diameter of the inner channels 2a 0.6 μm, hole spacing between the inner channels 2a 0.7 μm, diameter of the central fiber core la 0 , 7 µm.

Eine bevorzugte Verwendung der photonischen Kristallfaser ist die Generierung eines Superkontinuums durch Einkopplung von LaserStrahlung.A preferred use of the photonic crystal fiber is the generation of a super continuum by coupling in laser radiation.

Durch Einkoppeln von gepulster Laserstrahlung, beispiels- weise von einem Ti-Saphir-Laser bei einer Wellenlänge von 0,79 μm in den zentralen Faserkern la wird ein breites Superkontinuum erzeugt, dass sich über eine Wellenlänge von 180 nm bis 1800 nm erstreckt. Die mittlere Leistung des Lasers beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 900 mW bei einer Wellenlänge von 800 nm. Die Impulsdauer beträgt 100 fs bei einer Pulsrate von 80 MHz. Mit diesen Parametern ist es möglich, ein Superkontinuum vom UV-Bereich bis in den nahen Infrarot-Bereich zu erzeugen. Hieraus resultiert die Möglichkeit, mittels der erfindungs- gemäßen photonischen Kristallfasern kompakte, stabile und hochbrillante breitbandige Lichtquellen zu realisieren. Durch die erfindungsgemäßen photonischen Kristallstrukturen ist es möglich, das Spektrum von Laserimpulsen im Femto- sekundenbereich wesentlich zu verbreitern, wobei ein bedeutender Anteil im fernen und nahen UV-Bereich liegen wird. Diese Möglichkeiten der Steuerung des Spektrums von ultrakurzen Lichtimpulsen können zur Lösung von Problemen der medizinischen Optik eingesetzt werden, insbesondere für die Realisierung von Anordnungen für eine optische kohärente Tomographie und die Herstellung von breitbandigen Strah- lungsquellen. Der Einsatz von breitbandigen kohärenten Strahlungsquellen in der linearen und nichtlinearen Spektroskopie erlaubt die Registrierung der Spektren während eines Laserimpulses, was von außerordentlicher Bedeutung für die Untersuchung von nichtstationären Medien und superschnellen biologischen Reaktionen ist.By coupling pulsed laser radiation, for example from a Ti-sapphire laser at a wavelength of 0.79 μm, into the central fiber core la, a broad super continuum is generated that extends over a wavelength of 180 nm to 1800 nm. In this exemplary embodiment, the average power of the laser is 900 mW at a wavelength of 800 nm. The pulse duration is 100 fs at a pulse rate of 80 MHz. With these parameters it is possible to create a super continuum from the UV range to the near infrared range. This results in the possibility of realizing compact, stable and highly brilliant broadband light sources by means of the photonic crystal fibers according to the invention. The photonic crystal structures according to the invention make it possible to significantly broaden the spectrum of laser pulses in the femtosecond range, a significant proportion being in the far and near UV range. These options for controlling the spectrum of ultrashort light pulses can be used to solve problems in medical optics, in particular for the implementation of arrangements for optical coherent tomography and the production of broadband radiation sources. The use of broadband coherent radiation sources in linear and nonlinear spectroscopy allows the registration of the spectra during a laser pulse, which is extremely important for the investigation of non-stationary media and superfast biological reactions.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele, vielmehr ist es möglich, durch Kombination der aufgezeigten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the exemplary embodiments shown here, rather it is possible to implement further embodiment variants by combining the means and features shown without leaving the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims 1. Photonische Faser, bestehend aus einem Zentralbereich und diesen Zentralbereich umgebende Kanäle, dadurch gekennzeichnet, dass in räumlicher Nähe und längs zu einer Zentralfaser (1) mindestens zwei metallische Leiter (2) angeordnet sind.1. Photonic fiber, consisting of a central area and channels surrounding this central area, characterized in that at least two metallic conductors (2) are arranged in spatial proximity and along a central fiber (1). 2. Photonische Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Leiter (2) als Nanoleiter ausgebildet , sind und sich dimetral gegenüberliegend neben der Zentralfaser (1) angeordnet sind und die metallischen Leiter (2) mit Metall gefüllte Kanäle (3) sind, wobei die Zentralfaser (1) und die metallischen Leiter (2) von einer Ummantelung bestehend aus luftgefüllten Kanä- len (3) und/oder Stäben und/oder Dielektrikum umgeben sind.2. Photonic fiber according to claim 1, characterized in that the metallic conductors (2) are designed as nano conductors, and are arranged diametrically opposite one another next to the central fiber (1) and the metallic conductors (2) are metal-filled channels (3) The central fiber (1) and the metallic conductors (2) are surrounded by a sheath consisting of air-filled channels (3) and / or rods and / or dielectric. 3. Photonische Faser, nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein leichtschmelzendes Lot ist und das Lot aus Blei und/oder Zinn und/oder Silber besteht.3. Photonic fiber, according to claim 1 or 2, characterized in that the metal is a low-melting solder and the solder consists of lead and / or tin and / or silver. 4. Photonische Faser nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Ummantelung Elemente aus löslichem Glas anorden- bar und zur Bildung von Hohlräumen ganz oder teilweise entfernbar sind. 4. Photonic fiber according to claim 2, characterized in that elements made of soluble glass can be arranged in the sheathing and can be completely or partially removed to form cavities. 5. Verfahren zur Herstellung photonischer Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass5. A process for the production of photonic fibers, characterized in that Kapillare und/oder Stäbe aus Glas zu geometrischen • Gebilden mit mindestens einer Zentralfaser und einer Ummantelung zusammengefügt werden, die geometrischen Gebilde erwärmt und einem Ziehprozess unterworfen werden und vor oder nach Beendigung des Ziehprozesses in Hohlräume der Kapillare in räumlicher Nähe zu der Zentralfaser geschmolzenes flüssiges Metall eingefüllt wird.Capillaries and / or rods made of glass are joined to geometric structures with at least one central fiber and a sheathing, the geometric structures are heated and subjected to a drawing process and molten liquid metal in spatial proximity to the central fiber before or after the end of the drawing process in cavities of the capillary is filled. 6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die durch Einfüllen von flüssigem Metall in die Kapil- ■ lare entstandenen Metallfasern oder Metallstäbe gemeinsam mit den Kapillaren und/oder Stäben aus Glas dem weiteren Ziehprozess unterworfen werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the metal fibers or metal rods formed by filling liquid metal into the capillaries are subjected together with the capillaries and / or glass rods to the further drawing process. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ziehprozess in die geometrischen Gebilde Elemente aus löslichem Glas eingebracht werden, welche nach ihrer ganzen oder teilweisen Auflösung Hohlräume bilden und oder der Schaffung spezifischer geometrischer Strukturen dienen und die geometrischen Gebilde nach dem Ziehprozess in Stücke definierter Länge geschnitten, geschliffen und poliert werden.7. The method according to claim 5, characterized in that before the drawing process, elements made of soluble glass are introduced into the geometric structures, which form cavities after their total or partial dissolution and or serve to create specific geometric structures and the geometric structures after the drawing process Pieces of a defined length can be cut, sanded and polished. 8. Photonische Kristallfaser, bestehend aus einem zentralen Faserkern (1) und den zentralen Faserkern (1) umgebende Luftkanäle, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an den zentralen Faserkern (1) mindestens sechs Innkanäle (2) und angrenzend an die Innenkanäle (2) Außenkanäle (3) angeordnet sind.8. Photonic crystal fiber, consisting of a central fiber core (1) and the central fiber core (1) surrounding air channels, characterized in that At least six inner channels (2) are arranged adjacent to the central fiber core (1) and outer channels (3) are arranged adjacent to the inner channels (2). 9. Photonische Kristallfaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zentralen Faserkern (1) und den Innenkanälen (2) Innenhohlräume (4) und zwischen den Innenkanälen (2) und den Außenkanälen (3) Außenhohlräume (5a) und zwischen den Außenkanälen (3) Außenhohlräume (5b) angeordnet sind.9. Photonic crystal fiber according to claim 8, characterized in that between the central fiber core (1) and the inner channels (2) inner cavities (4) and between the inner channels (2) and the outer channels (3) outer cavities (5a) and between the outer channels (3) outer cavities (5b) are arranged. 10. Photonische Kristallfaser nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkanäle (4) 'unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen und die Innendurchmesser der Außenkanäle (3) vom Bereich um den zentralen Faserkern (1) herum in Richtung der Peripherie (4) zunehmend ausgebildet sind.10. Photonic crystal fiber according to claims 8 or 9, characterized in that the outer channels (4) 'have different inner diameters and the inner diameter of the outer channels (3) from the area around the central fiber core (1) in the direction of the periphery (4) increasingly are trained. 11. Photonische Kristallfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkanäle (2) und/oder die Außenkanäle (3) eine Ummantelung (6) aufweisen, welche sechseckig ausgebil- det ist und die Innenhohlräume (4) und/oder die Außenhohlräume (5) eine dreieckige Querschnittsform aufweisen.11. Photonic crystal fiber according to one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that the inner channels (2) and / or the outer channels (3) have a sheath (6) which is hexagonal and the inner cavities (4) and / or the outer cavities (5) have a triangular cross-sectional shape. 12. Photonische Kristallfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (6) aus Glas vom Glastyp K-8 (Kronglas) oder Schott BK7 besteht. 12. Photonic crystal fiber according to claim 5, characterized in that the casing (6) consists of glass of the glass type K-8 (crown glass) or Schott BK7. 13. Verfahren zur Herstellung photonischer Kristallfasern, bestehend aus einem zentralen Faserkern und diesen umgebende Luftkanäle, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:13. Process for the production of photonic crystal fibers, consisting of a central fiber core and surrounding air channels, characterized by the following process steps: Anordnung von mindestens sechs Kapillaren mit einem ersten Innendurchmesser um einen zentralen Faserkern herum, - Anordnung einer Vielzahl weiterer Kapillare mit einem zweiten Innendurchmesser um die sechs Kapillare mit dem ersten Innendurchmesser herum,Arrangement of at least six capillaries with a first inner diameter around a central fiber core, arrangement of a large number of further capillaries with a second inner diameter around the six capillaries with the first inner diameter, Erwärmung des Gesamtbündels bis zur Erweichungstemperatur,Heating of the entire bundle to the softening temperature, Ziehen des Gesamtbündels bis zum Erreichen der geometrischen Endabmaße,Pulling the entire bundle until the geometrical final dimensions are reached, wobei der erste Innendurchmesser der Kapillare kleiner ist als der zweite Innendurchmesser und der zweitewherein the first inner diameter of the capillary is smaller than the second inner diameter and the second Innendurchmesser kleiner ist als der dritte Innendurchmesser.Inner diameter is smaller than the third inner diameter. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehprozesses eine Beschichtung der Faserstruktur erfolgt und die Beschichtung aus Kunststoff besteht und das Gesamtbündel mehrmals gezogen wird.14. The method according to claim 13, characterized in that during the drawing process the fiber structure is coated and the coating consists of plastic and the entire bundle is drawn several times. 15. Verwendung einer photonischen Kristallfaser nach' Anspruch 8 zum Generieren eines Superkontinuums durch Einkopplung von LaserStrahlung. 15. Use of a photonic crystal fiber according to ' Claim 8 for generating a super continuum by coupling in laser radiation.
PCT/EP2003/011723 2002-10-23 2003-10-22 Photonic crystal fibers and methods for the production thereof Ceased WO2004038466A2 (en)

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