Lichtwellenleiter (häufig in Form von optischen Fasern aus Quarzglas oder Kunststoff) sind in verschiedenen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Lichtwellenleiter sind Leitungen zur Übertragung von Licht. Die bekannten Lichtwellenleiter sind dielektrische Wellenleiter, die aus konzentrischen Schichten aufgebaut sind. Im Zentrum liegt ein lichtführender Kern, der umschlossen ist von einem Mantel, der einen gegenüber dem Kern niedrigeren Brechungsindex aufweist. Bei kommerziellen Lichtwellenleitern sind außerdem den Mantel umgebende Schutzschichten aus Kunststoff vorgesehen. Je nach Anwendungsfall hat der Kern einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu über einem Millimeter. Man unterscheidet Lichtwellenleiter unter anderem nach der Anzahl von ausbreitungsfähigen Moden der elektromagnetischen Strahlung des Lichts, die durch den Kerndurchmesser limitiert wird (Singlemode-/Multimodefasern). Die Weiterentwicklung von Faserlasern in jüngerer Zeit hat dazu geführt, dass Lichtwellenleiter als aktives Medium ein zuverlässiges Konzept für Hochleistungslaser liefern. Die Entwicklung von Niedrigenergielasern zu Hochleistungslasern für industrielle Anwendungen basiert auf der Fähigkeit von Lichtwellenleitern, hohe Leistung handhaben zu können. Das sehr gute Verhältnis von Oberfläche zu aktivem Volumen erlaubt es, Wärme effizient abzuführen. Dies ist eine hervorragende Voraussetzung für einen Hochleistungsbetrieb. Allerdings führen Bedingungen im Lichtwellenleiter zu verschiedenen Problemen. So führt beispielsweise die Einschränkung des Lichtsignals auf den Kern des Lichtwellenleiters zu hoher Lichtintensität und zu Wechselwirkungen zwischen dem Material des Lichtwellenleiters und dem Lichtsignal. Dabei entstehen insbesondere auch schwer zu kontrollierende nichtlineare Effekte. Damit wird die Signalqualität stark beeinträchtigt.

Lichtwellenleiter sollten demnach derart ausgelegt werden, dass nichtlineare Effekte und Wechselwirkungen mit dem Fasermaterial reduziert werden. Am einfachsten und effektivsten werden nichtlineare Effekte durch ein Vergrößern des Durchmessers des Kerns reduziert. Dadurch wird zum einen die Intensität des Lichts im Kern reduziert und zum anderen kann, beispielsweise bei doppelmanteligen Lichtwellenleitern, die Absorption von Pumplicht erhöht werden. Aufgrund der verbesserten Absorption des Pumplichts kann der Lichtwellenleiter verkürzt werden und damit können nichtlineare Effekte weiter reduziert werden.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese Maßnahmen zur Optimierung von Lichtwellenleitern für den Hochleistungsbetrieb nicht verhindern können, dass es zu Modeninstabilität bei hohen Leistungen kommt. Dabei wird das Ausgangsignal des Lichtwellenleiters oder eines damit realisierten Faserlasers instabil, sobald eine bestimmte Leistungsschwelle überschritten wird. Es wird Energie von einer Grundmode in Moden höherer Ordnung übertragen. Das z.B. ursprünglich stabil Gauß-förmige Strahlprofil der im Lichtwellenleiter propagierenden Strahlung beginnt sich zu verändern und das Strahlprofil fluktuiert zeitlich aufgrund einer zeitlich veränderlichen Überlagerung der Grundmode mit einer oder mehreren Moden höherer Ordnung. Das Zeitverhalten dieser Fluktuationen kann deterministisch oder, je nach Leistung der propagierenden Strahlung, auch zufällig oder chaotisch sein. Dabei ist es bekannt, dass die Modeninstabilität auf räumlichen Temperaturvariationen innerhalb des Lichtwellenleiters aufgrund der Modeninterferenz basiert. Diese bewirkt eine räumlich und zeitlich veränderliche Strahlungsabsorption im Material des Lichtwellenleiters. Aufgrund thermooptischer Effekte wirkt sich dies unmittelbar auf die Lichtführung aus. Durch das sich aufgrund der Modeninterferenz einstellende räumliche Temperaturprofil des Lichtwellenleiters entsteht eine Gitterstruktur des Brechungsindexprofils, die einen Energietransfer zwischen den verschiedenen Moden der propagierenden Strahlung begünstigt. Zur Überwindung der existierenden Begrenzungen und zur Steigerung der erreichbaren Lichtleistung, z.B. in Lasersystemen zur Materialbearbeitung, ist es aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z.B. DE 10 2014 001 252 A1 ), räumlich getrennte optische Verstärker, spektrale Verbreiterungselemente oder auch nur Transportkanäle zu verwenden, wobei eine Aufspaltung eines Eingangsstrahls mittels Strahlteilern in mehrere Teilstrahlen erfolgt. Die Teilstrahlen werden in mehreren räumlich getrennten, unabhängigen optischen Elementen/Kanälen verstärkt, spektral verbreitert oder transportiert und schließlich wieder in einem Ausgangstrahl kombiniert. Dabei ist zwischen Kombination von Signalen gleicher oder unterschiedlicher Spektren zu unterscheiden. Bei der spektral gleichen Kombination propagieren in den verschiedenen Kanälen die gleichen spektralen Komponenten, es findet am Strahlteiler nur eine Teilung der Leistung statt. Bei der spektralen Kombination hingegen findet zusätzlich noch eine spektrale Teilung des Eingangssignals statt. Kombinationen beider Verfahren sind möglich. Bei der zuvor beschriebenen Methode der Aufteilung und Rekombination der Strahlung können die unabhängigen Kanäle durch die verschiedenen, jeweils einen Teilstrahl führenden Kerne einer Mehrkernfaser gebildet sein, bei der die Kerne von einem gemeinsamen Mantel (in den zur optischen Verstärkung das Pumplicht eingekoppelt werden kann) umgeben sind. Es ist bekannt, dass in einer solchen Mehrkernfaser die Schwelle, ab der Modeninstabilität und nichtlineare Effekte auftreten, in etwa mit der Zahl der Kerne skaliert. Die Aufteilung der Strahlung auf die einzelnen Kerne und die Rekombination der Strahlung nach Durchlaufen der Mehrkernfaser erfolgt dabei außerhalb der Mehrkernfaser mittels geeigneter optischer Komponenten (Strahlteiler).

Bei der Rekombination der Teilstrahlen ist die zeitliche Phasenlage der einzelnen Strahlen von fundamentaler Bedeutung, welche im sub-Wellenlängenbereich übereinstimmen muss. Eine Abweichung führt zu einer Verringerung der Kombinationseffizienz. Um dies zu erreichen, ist eine aktive Stabilisierung der Phasenlagen nötig. Hierzu werden in der Regel in Strahlrichtung vor oder hinter der Mehrkernfaser den einzelnen Kanälen zugeordnete Phasenanpassungs elemente vorgesehen, die die Phase der Strahlung im jeweiligen Teilstrahl beeinflussen. Dadurch können die in den einzelnen Kanälen auftretenden unterschiedlichen Phasenverschiebungen ausgeglichen werden, um eine phasenrichtige Überlagerung der Teilstrahlen im Ausgangsstrahl zu ermöglichen. Hierzu wird ein Regelkreis verwendet, in dem die Phasen der Strahlung in den Teilstrahlen Stellgröße sind. Eigenschaften des Ausgangsstrahls (z.B. Durchschnittsleistung, Pulsspitzenleistung), die geeignet detektiert werden, sind Regelgröße. Auf diese Weise können Phasenverschiebungen in den einzelnen Kanälen automatisch ausgeglichen werden.

Nachteiligerweise ist der vorbekannte Ansatz der Strahllaufteilung und Rekombination in Mehrkernwellenleitern sehr aufwendig und damit in der praktischen Umsetzung teuer. Der Grund dafür ist die Komplexität des Systems mit externen, d.h. separat von der Faser angeordneten optischen Komponenten zur Aufteilung der Strahlung auf die einzelnen Kerne und die Rekombination der Strahlung nach Durchlaufen der Mehrkernfaser, sowie den erforderlichen Sensoren, Reglern und Stellelementen für die erforderliche Phasen- anpassungsregelung und Stabilisierung.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, einen Mehrkern- Lichtwellenleiter für den Hochleistungsbetrieb bei gegenüber dem Stand der Technik reduzierter System komplexität bereitzustellen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Lichtwellenleiter der eingangs angegebenen Art dadurch, dass die Kerne in der Weise zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, dass die Ausbreitungsmoden des in dem Lichtwellenleiter bei einer Arbeitswellenlänge propagierenden Lichts aneinander koppeln, wobei die Länge des Lichtwellenleiters so gewählt ist, dass sich das in einen einzigen der Kerne an einem Ende des Lichtwellenleiters eingekoppelte Licht während der Propagation durch den Lichtwellenleiter zunächst auf die anderen Kerne ausbreitet und nach Durchlaufen des Lichtwellenleiters am anderen Ende den Lichtwellenleiter wiederum aus einem einzigen Kern mit wenigstens 60%, vorzugsweise wenigstens 75% der insgesamt in dem Lichtwellenleiter propagierenden Lichtleistung verlässt.

Die Erfindung weicht von dem zitierten Stand der Technik, in dem sorgfältig voneinander abgeschirmte Kerne der Mehrkernfaser die Teilstrahlen führen, ab. In dem für Hochleistungsanwendungen konzipierten Lichtwellenleiter der Erfindung sind die Kerne so angeordnet und beabstandet, dass sie miteinander interagieren, d.h. gekoppelt sind. Die gezielte Kopplung zwischen den Kernen des Lichtwellenleiters ermöglicht, dass sich das Licht, das zunächst nur in einen einzigen der Kerne eingekoppelt wird, auf die anderen Kerne ausbreitet. Dies korrespondiert zu der Strahlteilung in herkömmlichen Systemen. Danach kehrt das Licht wiederum zu einem einzigen Kern, z.B. zu dem ursprünglichen Kern, in den das Licht eingekoppelt wurde, zurück. Dies entspricht der Rekombination in herkömmlichen Systemen. An einem Ende des Lichtwellenleiters wird also das Licht in den einen Kern eingekoppelt und breitet sich dann durch die gegenseitige Kopplung der Ausbreitungsmoden über eine gewisse Propagationsstrecke in die anderen Kerne aus, um nach einer weiteren Propagationsstrecke zu einem einzigen Kern, z.B. dem ursprünglichen Kern zurückzukehren. Auf diese Weise ändert sich das Intensitätsmuster, das das Licht über den Querschnitt des Lichtwellenleiters erzeugt, während es sich entlang desselben ausbreitet, periodisch und erfasst, als Funktion der Propagationsstrecke, zunächst einen Kern, dann mehrere Kerne und dann wieder einen Kern. Dieser Zyklus kann mehrmals entlang des Lichtwellenleiters wiederholt werden. Das Hauptmerkmal der Erfindung ist, dass das Licht am Eingang des Lichtwellenleiters in einen einzigen Kern gekoppelt wird und am Ausgang der Großteil der Lichtleistung (wenigstens 60%) den Lichtwellenleiter wieder aus einem einzigen Kern verlässt.

Der Grund für die automatische Rekombination des Lichts nach einer bestimmten Propagationsstrecke in einem Kern, insbesondere dem ursprünglichen Kern ist der Talbot-Effekt. Dieser Effekt sorgt dafür, dass die periodische Struktur, in der die den gesamten Lichtleiter durchgehend durchlaufenden Kerne am eingangsseitigen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet sind, mit der dort sich ergebenden Intensitätsverteilung des Lichts, in Querschnittsebenen des Lichtwellenleiters, die sich in bestimmten periodischen Abständen entlang des Lichtwellenleiters befinden, abgebildet wird. Die Periodizität dieser Abbildung entlang des Lichtwellenleiters hängt dabei von den Abständen der Kerne zueinander, d.h. von der Periodenlänge der eingangsseitigen Struktur ab, sowie von den Brechungsindizes der Kerne. Aus diesem Grund kann die Länge des Lichtwellenleiters nach Maßgabe der Anordnung und Beabstandung der Kerne sowie der Brechungsindexverhältnisse gezielt so gewählt werden, dass das Licht am Ausgang des Lichtwellenleiters wieder (nahezu) vollständig in einen einzigen, vorzugsweise denselben Kern zurückgekoppelt wird, in den das Licht ursprünglich am Eingang des Lichtwellenleiters eingekoppelt wurde. Gemäß der Erfindung erfolgt die Aufteilung der Lichtstrahlung in Teilstrahlen durch die Kopplung der Ausbreitungsmoden automatisch, ebenso wie die Rekombination. Anders als im Stand der Technik sind daher keine separaten Komponenten für die Strahlaufteilung und Strahlkombination erforderlich. Auch eine Regelung mit Phasenstellung zur Stabilisierung der Rekombination kann entfallen. Damit ist ein Lasersystem, in dem der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter zum Einsatz kommt, gegenüber dem Stand der Technik deutlich weniger komplex und weniger fehleranfällig.

Gleichzeitig ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters die gesamte Lichtleistung über mehrere Kerne verteilt, so dass nichtlineare Effekte vermieden werden und, aufgrund der Verteilung der thermischen Last auf mehrere Kerne, die Leistungsschwelle, ab der Modeninstabilität auftritt, angehoben wird. Damit ist der Lichtwellenleiter für Hochleistungsanwendungen, wie z.B. in der lasergestützten Materialbearbeitung, gut geeignet. Der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter verhält sich wie ein Einzelkern- Lichtwellenleiter mit größerem Kerndurchmesser und kann in der Anwendung entsprechend gehandhabt werden. Mit z.B. fünf Kernen kann ein effektiver Kerndurchmesser erzielt werden, der zwei- bis dreimal so groß ist wie der Kerndurchmesser eines entsprechenden Einzelkern-Lichtwellenleiters. Die Periodizität des Talbot-Effekts hängt von der Wellenlänge des Lichts ab. Aus diesem Grund ist der Lichtwellenleiter hinsichtlich seiner Länge und der Anordnung der Kerne und deren Brechungsindexprofile auf eine bestimmte Arbeitswellenlänge auszulegen. Mit Arbeitswellenlänge ist im Sinne der Erfindung nicht ein einziger Wellenlängenwert gemeint, sondern ein mittlerer Wellenlängenwert. Um diesen Wert herum funktioniert das Prinzip des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters mit für die meisten Anwendungen hinreichender spektraler Bandbreite. Die Anforderung, dass mehr als 60% oder auch mehr als 75% der Leistung den Lichtwellenleiter aus dem einen Kern verlassen, ist für ein breites Wellenlängenspektrum erfüllt.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter weist dieser in dem den ersten Mantel bildenden Bereich zweckmäßig einen niedrigeren Brechungsindex auf als in den die Kerne bildenden Bereichen. Dies entspricht dem herkömmlichen Design von Lichtwellenleitern. Die Brechungsindexunterschiede gewährleisten die Führung des Lichts in den verschiedenen Kernbereichen. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kerne voneinander (leicht) verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Vorteilhaft ist insbesondere eine Ausgestaltung, bei der ein zentraler, für die Ein- und Auskopplung des Lichts zuständiger Kern, einen anderen Brechungsindex aufweist als die anderen, diesen zentralen Kern umgebenden Kerne, in die sich das Licht durch die Kopplung ausbreitet.

Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter als Stufenindexfaser ausgebildet sein. Eine andere Realisierung, z.B. als photonische Kristallfaser ist aber ebenfalls denkbar.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung variiert der Brechungsindex (d.h. das Brechungsindexprofil, im Querschnitt des Lichtwellenleiters gesehen) in den die Kerne bildenden Bereichen entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters, und zwar als Funktion der Propagationsdistanz, bevorzugt für jeden Kern mit unterschiedlichem Verlauf. Z.B. kann der Brechungsindex des einen Kerns, in den das Licht in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, mit zunehmender Propagationsdistanz zunächst (kontinuierlich) angehoben (oder abgesenkt) werden, während der Brechungsindex in den anderen Kernen konstant bleibt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass nach der Ausbreitung des in den einen Kern eingekoppelten Lichts auf die anderen Kerne über weite Propagationsdistanzen die gegenseitige Kopplung der Kerne aufgehoben wird, so dass im Verlauf des Lichtwellenleiters das Licht nicht wieder zurück in den einen Kern gelangen kann. Erst zum Ende des Wellenleiters hin erreicht der eine Kern wieder seinen ursprünglichen Brechungsindexwert, so dass das Licht in diesen Kern zurückkoppelt und schließlich aus diesem Kern den Lichtwellenleiter wieder verlässt.

Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters als optischer Verstärker, beispielsweise in einem MOPA-Lasersystem („Master Oscillator Power Amplifier“), kann der Lichtwellenleiter in einer bevorzugten Ausgestaltung einen zweiten Mantel aufweisen, der, im Querschnitt des Lichtwellenleiters gesehen, den ersten Mantel umschließt, wobei der Lichtwellenleiter in dem den zweiten Mantel bildenden Bereich einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als im Bereich des ersten Mantels. Bei dieser Ausgestaltung kann an den ersten Mantel, den sich alle Kerne des Lichtwellenleiters teilen, eine Pumplichtquelle optisch gekoppelt werden. Das Pumplicht wird dann in dem ersten Mantel geführt. Die optische Verstärkung in dem Lichtwellenleiter kann z.B. durch nichtlineare Effekte (z.B. stimulierte Raman-Streuung) in den Kernbereichen erfolgen oder durch stimulierte Emission, wozu die Kerne zweckmäßig mit Seltenerdionen dotiert sind. Die von einer Laserlichtquelle emittierte Strahlung wird in den einen Kern an einem Ende des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters eingekoppelt, durchläuft den optisch gepumpten Lichtwellenleiter, wobei die Intensitätsverteilung, wie oben beschrieben, periodisch wechselnd auf die anderen Kerne verteilt wird, so dass sämtliche Kerne an der Führung und Verstärkung der Laserstrahlung beteiligt sind, die Laserstrahlung also, mit anderen Worten, während des Verstärkungsvorgangs auf sämtliche Kerne verteilt ist. Am anderen Ende des Lichtwellenleiters wird die verstärkte Strahlung wiederum unter Ausnutzung des Talbot-Effekts aus dem einen Kern mit wenigstens 60% der insgesamt in dem Lichtwellenleiter erzeugten Leistung ausgekoppelt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest einer der Kerne, des Lichtwellenleiters mit Seltenerdionen dotiert. Bei einer möglichen Ausgestaltung sind alle Kerne dotiert. Besonders bevorzugt ist allerdings eine Ausgestaltung, bei der zumindest einer der Kerne nicht mit Seltenerdionen dotiert, also passiv ist. Vorzugsweise sind alle bis auf den einen Kerne, in den das Licht eingekoppelt wird und aus dem das Licht den Lichtwellenleiter wieder verlässt, mit Seltenerdionen dotiert. Die Verstärkung findet demnach nur in den anderen Kernen statt, in die sich das Licht nach der Einkopplung in den einen Kern ausbreitet. Der passive Kern, der z.B., im Querschnitt des Lichtwellenleiters gesehen, zentral angeordnet ist und von den anderen (aktiven) Kernen umgeben ist, dient nur der Ein- und Auskopplung des Lichts und nimmt nicht an der Verstärkung teil. Der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter eignet sich aber nicht nur als optischer Verstärker, sondern, ohne optisches Pumpen, auch als einfache Transportfaser oder als Spektralverbreiterungsfaser, bei der nichtlineare Effekte (z.B. Selbstphasenmodulation) in den Kernen in gewissem Ausmaß zugelassen und sogar erwünscht sind. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein, im Querschnitt des Lichtwellenleiters gesehen, mittig angeordneter zentraler Kern vorgesehen, der zweckmäßig zur Lichtein- und -auskopplung dient. Der zentrale Kern ist von mindestens vier weiteren Kernen in kreuzförmiger Anordnung umgeben. So ergibt sich eine im Querschnitt periodische Anordnung der Kerne, was für die Ausnutzung des Talbot-Effekts von Vorteil ist. Eine alternative periodische Anordnung ergibt sich, wenn der zentrale Kern von den weiteren Kernen in einer oder mehreren konzentrischen, kreisförmigen Anordnungen umgeben ist.

Denkbar sind Ausgestaltungen, bei denen die Kerne gleiche oder unterschiedliche Durchmesser und/oder Brechungsindexprofile aufweisen. Zweckmäßig für die Herstellung des Lichtwellenleiters, z.B. als Lichtleitfaser, ist eine Ausgestaltung mit kreisförmigem Querschnitt. Grundsätzlich kann die Lichtleitfaser, abgesehen von der Anordnung und Beabstandung der Kerne in Bezug auf die Arbeitswellenlänge, wie eine herkömmliche Mehrkernfaser ausgebildet sein. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Führung von Licht in einem Lichtwellenleiter, der zwei oder mehr entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters parallel zueinander, voneinander beabstandet verlaufende lichtführende Kerne und einen die Kerne umschließenden ersten Mantel aufweist. Gemäß der Erfindung wird das Licht an einem Ende des Lichtwellenleiters in nur einen der Kerne eingekoppelt, wobei die Kerne in der Weise zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, dass die Ausbreitungsmoden des in dem Lichtwellenleiter bei einer Arbeitswellenlänge propagierenden Lichts aneinander koppeln und sich das Licht aus dem einen Kern in die anderen Kerne ausbreitet, wobei die Länge des Lichtwellenleiters so gewählt ist, dass das Licht unter Ausnutzung des Talbot-Effekts nach Durchlaufen des Lichtwellenleiters am anderen Ende den Lichtwellenleiter wiederum aus nur einem Kern mit wenigstens 60%, vorzugsweise wenigstens 75% der insgesamt in dem Lichtwellenleiter propagierenden Lichtleistung verlässt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : a) Querschnitt eines erfindungsgemäßen

Lichtwellenleiters mit fünf Kernen in kreuz förmiger Anordnung,

b) Leistungsverteilung des in dem Licht wellenleiter propagierenden Lichts als Funktion der Propagationsdistanz;

Figur 2: Querschnittdarstellungen von verschiede nen Ausführungsformen des Lichtwellen leiters mit unterschiedlichen Anordnungen der Kerne;

Figur 3: schematische Darstellung eines MOPA- Lasersystems mit dem erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter als optischer Verstärker.

Figur 1 a zeigt einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter in einer Querschnitt darstellung. Der Lichtwellenleiter weist fünf entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters (d.h. senkrecht zur Zeichnungsebene) parallel zueinander, voneinander beabstandet, jeweils durchgehend von einem zum anderen Ende des Lichtwellenleiters verlaufende lichtführende Kerne 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e auf, sowie einen die Kerne 1 a-1 e gemeinsam umschließenden ersten Mantel 2. Die Kerne 1 b-1 e sind um den zentralen Kern 1 a herum kreuzförmig angeordnet. Der Lichtwellenleiter weist in dem den ersten Mantel 2 bildenden Bereich einen niedrigeren Brechungsindex auf als in den die Kerne 1a-1 e bildenden Bereichen. Weiter ist ein zweiter Mantel 3 vorgesehen, der den als Pumpmantel dienenden ersten Mantel 2 umschließt, wobei der Lichtwellenleiter in dem den zweiten Mantel bildenden Bereich 3 einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als im Bereich des ersten Mantels 2. Das Matrixmaterial des als Lichtleitfaser ausgebildeten Lichtwellenleiters kann z.B. Quarzglas sein.

Gemäß der Erfindung wird Licht bei einer Arbeitswellenlänge nur in einen der identisch ausgebildeten Kerne 1 a-1 e, und zwar in den zentralen Kern 1a eingekoppelt. Je nach Ausführung der Kerne 1 a-1 e (nach Größe, Abstand und Führungseigenschaften) und der Länge des Lichtwellenleiters koppeln die Ausbreitungsmoden des in den Kern 1 a zunächst eingekoppelte Licht zwischen dem zentralen Kern 1a und den umgebenden Kernen 1 b-1e ein- oder mehrmals hin und her, so dass das Licht in dem Lichtwellenleiter über weite Distanzen in separaten Kanälen 1 a-1 e als Teilstrahlen geführt wird. Die gewünschte Rekombination der Teilstrahlen wiederum in dem einen Kern 1 a am Ende des Lichtwellenleiters wird durch die Wahl der geeigneten Länge des Lichtwellenleiters erreicht. Diese Bedingung ist aufgrund des Talbot-Effekts nach periodischen Propagationsintervallen erfüllt.

Dieses periodische Verhalten ist in Figur 1 b illustriert. Die fünf Diagramme sind mit den Bezugszeichen 1 a-1 e der fünf Kerne der Anordnung der Figur 1 a überschrieben und zeigen die Lichtleistung P des in dem jeweiligen Kern 1 a-1 e propagierenden Lichts als Funktion der Propagationsdistanz D. In dem Ausführungsbeispiel fungiert der Lichtwellenleiter als optischer Verstärker, so dass die Maximalleistung über die Propagationsdistanz D zunimmt. Die Leistung P beginnt nur im Kern 1 a mit einem von null verschiedenen Wert, in den das Licht (in den Diagrammen von links) eingekoppelt wird. Die Intensität P oszilliert dann in den fünf Kernen 1 a-1 e als Funktion der Propagationsdistanz, und zwar in den Kernen 1 b-1 e mit einer zu dem Kern 1a gegenläufigen Phase, woraus erkennbar ist, dass das Licht zwischen den Kanälen 1 a-1 e während der Propagation hin und her wechselt, d.h. mehrfach aufgeteilt und rekombiniert wird. Die Länge des Lichtwellenleiters ist so gewählt, das die Lichtleistung P im Kern 1 a am Ausgang des Lichtwellenleiters (in den Diagrammen rechts) maximal und in den anderen Kernen 1 b-1 e minimal ist. Entsprechend verlässt das Licht mit dem Großteil der Leistung (mehr als 75%) den Lichtwellenleiter aus dem zentralen Kern 1 a.

Die Figur 2 zeigt verschiedene mögliche Anordnungen der Kerne in dem erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter. In Figur 2a ist die Zahl der Kerne 1 größer als in Figur 1. Die Kreuzform wird jedoch beibehalten. In Figur 2b haben die Kerne 1 unterschiedliche Durchmesser. In Figur 2c ist wiederum die Kreuzform nach Figur 2a gewählt, wobei die Kerne 1 unterschiedliche Durchmesser in einer symmetrischen Anordnung haben. In Figur 2d ist der zentrale Kern 1a ringförmig von weiteren Kernen umgeben, in Figur 2e in zwei konzentrischen Ringen mit unterschiedlichen Radien.

In Figur 3 ist der Lichtwellenleiter schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht gezeigt, der in ein Lasersystem eingebunden ist. Die Strahlung einer Laserlichtquelle 4 (z.B. ein üblicher gepulster Faserlaser) wird in den zentralen Kern 1a eingekoppelt. Der Mantel 2 des Lichtwellenleiters ist an eine Pumplichtquelle 5 (z.B. ein üblicher Diodenlaser) gekoppelt. Die Kerne 1 a-1 e sind mit Seltenerdionen dotiert. Ein kerngepumpter Betrieb, bei dem das Pumplicht in zumindest einige der Kerne (1a-1 e) eingekoppelt wird, ist ebenfalls denkbar. In dem Lichtwellenleiter verteilt sich die Leistung in der Zeichnung von links her kommend zwischen dem zentralen Kern 1 a und den anderen Kernen 1 b-1 e, wie in Figur 3 durch die unterschiedliche Schattierung entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters angedeutet. Die Länge L des Lichtwellenleiters ist so gewählt, dass die Lichtleistung von der Mitte des Lichtwellenleiters bis zum Austrittsende rechts unter Ausnutzung des Talbot-Effekts zurück in den zentralen Kern 1a koppelt, wo das verstärkte Licht den Lichtwellenleiter verlässt. Während der Propagation des Licht durch den Lichtwellenleiter verteilt sich also die gesamte Lichtleistung über die Kerne 1 a-1 e, so dass nichtlineare Effekte vermieden werden und, aufgrund der Verteilung der thermischen Last auf alle Kerne 1a-1 e, Modeninstabilität vermieden wird. Damit ist der Lichtwellenleiter für Hoch- und Höchstleistungsanwendungen gut geeignet. Der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter kann wie ein Einzelkern-Lichtwellenleiter mit größerem Kerndurchmesser genutzt werden. Aufwendige optische Anordnungen zur Strahlteilung und -kombination sowie Regelanordnungen zur Stabilisierung der Phasen der Teilstrahlen sind nicht erforderlich.

- Patentansprüche -