Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gepulsten oder kontinuierlichen Faserlaser oder -Verstärker mit einer aktiven (Lichtleit-)Faser, die einen Faserkern und einen Fasermantel sowie einen oder mehrere dotierte Bereiche mit einer aktiven Dotierung aufweist, die eine Verstärkung einer durch die Faser propagierenden Laserstrahlung ermöglicht.

Für Anwendungen im Bereich der optischen Daten- übertragung über optische Fasernetze, beispielsweise in der kohärenten Datenkommunikation mit Lasern, im Bereich optische Gegenmaßnahmen sowie im Bereich Laserwaffen und auch zur Materialbearbeitung mit Lasern hoher Pulsenergien im Bereich von einigen 100 J bis einigen mJ sind optische Strahlquellen guter Strahl- qualität erforderlich. Insbesondere zur Erzeugung von Laserstrahlung mit Pulsen hoher Repetitionsrate eignen sich besonders Faserlaser. Diese sind jedoch durch parasitäres Lasing oder ASE (Amplified Spontaneous Emission) in ihrer maximal erzeugbaren Pulsenergie limitiert. Eine Nutzung anderer Festkörperlasertypen ist für die obigen Anwendungen zwar möglich, allerdings nur mit einer relativ geringen Repetitionsrate und mittleren Leistung.

Für Anwendungen im Bereich der Laserwaffen und auch zur Materialbearbeitung mit Lasern sind auch hohe Laserleistungen im Bereich von einigen kW bis einigen 10 kW guter Strahlqualität erforderlich. Eine Nutzung anderer Festkörperlasertypen ist für diese obigen Anwendungen zwar möglich, allerdings nur mit einer relativ komplexen Architektur und signi fikantem Aufwand im Abwärmemanagement . Faserlaser bieten hier große Vorteile durch die Wellenleitung und die große Wärmeaustausch-Mantel fläche bei geringer zu überbrückender Kühlstrecke zwischen aktivem Kern und gekühltem Mantel .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die mit einem gepulsten Faserlaser oder Faserverstärker erzeugbare Pulsenergie oder die in einem kontinuierlich betriebenen Faserlaser oder Faserverstärker erreichbare Leistung zu erhöhen .

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit dem Faserlaser oder -Verstärker gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Faserlaser oder Faserverstärker sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Aus führungsbeispielen entnehmen .

Die vorgeschlagenen Faserlaser oder Faser- verstärker weisen eine aktive Faser mit einem Faserkern und einem Fasermantel sowie einem oder mehreren dotierten Bereichen mit einer aktiven Dotierung auf , die der Verstärkung einer durch die Faser propagierenden Laserstrahlung dient . In einer Ausgestaltung weist die Faser einen hohlen Faserkern auf , in dem bezogen auf das transversale Intensitäts- profil der in der Faser geführten Laserstrahlung die höchste Intensität / der Laserstrahlung auf tritt . Hierbei kann es sich um einen kontinuierlichen oder auch um einen gepulsten Faserlaser oder -Verstärker handeln . Die aktive Faser zeichnet sich durch eine besondere transversale Verteilung der Dotierungs- konzentration der aktiven Dotierung aus . Diese Verteilung ist so gewählt , dass ein geometrischer Überlapp zwischen dem einen oder den mehreren dotierten Bereichen und einem zu verstärkenden Intensitätsprofil der Laserstrahlung beträgt und ein radialer Schwerpunkt R _p der transversalen Verteilung der Dotierungskonzentration der aktiven Dotierung in einem Bereich einer Intensität / der Laserstrahlung mit < 0,8 liegt . Vorzugsweise beträgt der geometrische Überlapp T < 0,5, besonders bevorzugt und der radiale Schwerpunkt R _p liegt bei l R _p ) < 0,5 liegt bei , besonders bevorzugt bei l R _p ) < 0,25. Bei einer Faser mit einem kreisrunden Querschnitt und einem Gauß- förmigen Intensitätsprofil der Laserstrahlung liegt die verstärkungsrelevante Dotierung dadurch in einem Bereich der Faser vor, in dem das transversale Intensitätsprofil der Laserstrahlung eine Laser- intensität aufweist , die <80% , vorzugsweise < 50% , besonders bevorzugt <20% (und natürlich j eweils >0% ) der maximalen Laserintensität des Intensitätsprofils beträgt . Außerhalb dieses Bereiches der Faser liegt vorzugsweise keine der Verstärkung dienende Dotierung vor . Der Begri f f der verstärkungsrelevanten Dotierung bezieht sich hierbei auf die transversale Verteilung der Dotierungskonzentration der zur Verstärkung der Laserstrahlung dienenden Dotierung . Die Dotierung kann im dotierten Bereich homogen oder inhomogen sein, beispielsweise durch Einbringen von dotierten, sich während der Faserherstellung nicht komplett auflösenden Nanopartikeln . Der geometrische Überlapp und der radiale Schwerpunkt R _p werden weiter unten genauer definiert .

Die Lösung der obigen Aufgabe wird somit durch Verwendung einer aktiven Faser erreicht , die eine spezielle transversale Dotierungsverteilung (Verlauf oder Verteilung der Dotierungskonzentration) aufweist und entweder in einem cw- Faserlaser oder -Verstärker oder in einem gepulsten Faserlaser, beispielsweise einem Güte-geschalteten oder einem Güte-geschalteten und Moden-gekoppelten Faserlaser, oder einem gepulsten Faserverstärker, insbesondere als Hochleistungs- verstärker in einer gepulsten Faserverstärkerkette , eingesetzt wird . Die aktive Faser ist hierzu mit laseraktiven Ionen derart dotiert , dass durch die gewählte transversale Verteilung der Dotierungs- konzentration die für die Laserverstärkung der Laser- bzw . Signalphotonen verantwortlichen laseraktiven Ionen in einem Bereich konzentriert sind bzw . ihre höchste Konzentration aufweisen, in dem die Laserintensität der durchlaufenden Laserstrahlung bzw . des durchlaufenden Laserpulses gegenüber der Maximalintensität im Zentrum des Faserkerns nur niedrig oder moderat ist . Dieser Bereich wird im Folgenden aufgrund seiner Lage außerhalb des Zentrums des Faserkerns auch als äußerer Bereich bezeichnet . Im Bereich höherer Laserintensität , also im und nahe dem Zentrum des Faserkerns , liegt demgegenüber keine oder eine deutlich niedrigere Dotierungskonzentration vor .

Der äußere Bereich kann dabei vollständig und gleichmäßig dotiert sein, also eine homogene Dotierungsverteilung enthalten, eine in radialer und/oder azimutaler Richtung graduell oder sprunghaft veränderliche Dotierungsverteilung, eine zufällige Verteilung oder auch einen oder mehrere nicht miteinander verbundene dotierte Bereiche aufweisen, außerhalb derer dann keine der Verstärkung dienende Dotierung vorliegt . Die j eweiligen Bereiche können wiederum eine homogene , eine graduell oder sprunghaft veränderliche oder auch eine zufällig verteilte Dotierungskonzentration aufweisen . Teile von Kern und/oder Mantel der Faser können auch aus hohlen Strukturen bestehen, welche im Betrieb leer verbleiben oder Gase oder Flüssigkeiten aufnehmen können . Dieser Hohlraum oder diese Gase oder Flüssigkeiten können teilweise zur Lichtleitung dienen . Diese Gase oder Flüssigkeiten können auch das laseraktive Medium darstellen .

Der vorgeschlagene Faserlaser oder Faserverstärker unterscheidet sich in der speziell dotierten Faser, in der Ausgestaltung mit stabförmig ausgebildeten dotierten Bereichen zusätzlich durch diese dotierten Bereiche , von bekannten Faserlasern oder Faser- verstärkern des Standes der Technik . Er kann also ansonsten identisch aufgebaut sein wie aus dem Stand der Technik bekannte Faserlaser oder Faserverstärker, insbesondere sowohl in einer endgepumpten als auch in einer über den Fasermantel gepumpten Ausgestaltung realisiert sein .

In einem gepulsten Faserlaser ist die gespeicherte Energie und somit die extrahierbare Laserpulsenergie und Laserpulsdauer durch das Auftreten von parasitärer Lasertätigkeit oder ASE begrenzt , sobald die Verstärkung den entsprechenden Verstärkungsschwellwert für parasitäre Os zillationen oder ASE überschreitet . Bei Nutzung einer normalen Faser gemäß dem Stand der Technik, in der der gesamte Bereich des Faserkerns gleichmäßig dotiert ist , wird dieser Verstärkungs- schwellwert bei einer relativ geringen Inversion erreicht , da der Überlapp ( in transversaler Richtung) des dotierten und durch Pumplaserstrahlung invertierten Bereiches mit dem Laserintensitätsprofil des zu verstärkenden Laserpulses hoch ist . Durch die vorgeschlagene transversale Verteilung der Dotierung bzw . Dotierungskonzentration erfolgt ein Überlapp des aktiv dotierten Bereiches ( oder der aktiv dotierten Bereiche ) mit dem Laserintensitätsprofil lediglich in einem Bereich der Faser, in dem die Laserintensität reduziert ist . Dadurch ist die durch eine gegebene Inversion über die Faserlänge erzeugte Verstärkung eines Laserpulses kleiner als bei der gleichen Inversion im Intensitätsmaximum bzw . Zentrum des Faserkerns . Die Faser kann dadurch bei einer höheren Inversion betrieben werden, bis sie die gleiche Verstärkung erzeugt .

Die Anfangsverstärkung g _i , die zur Erzeugung einer bestimmten Pulsdauer eines Laserpulses bei der Güteschaltung erforderlich ist , wird durch die Hauptgleichung des Güteschaltungsprozesses beschrieben . Die Pulsdauer ist D arin stellen die Photonenlebensdauer im Resonator, n (r) die Extraktionseffizienz und das Verhältnis der logarithmischen Verstärkung vor dem Puls zur logarithmischen Schwellwertverstärkung g _th eines entsprechenden CW-Lasers bei Güteschaltung, z.B. dar. δ _a und δ _e sind die spektroskopischen Wirkungsquerschnitte für Absorption und Emission, die Schwell-Inversionsdichte bei freigegebenem Resonator, die Inversionsdichte beim Freigeben des Resonators und die Dichte der laseraktiven Ionen. ist hierbei der geometrische Überlappungsfaktor, der den Überlapp des dotierten Bereiches mit einer transversalen Intensität I(r,φ) der Lasermode beschreibt. Daher muss in einer Faser mit einem kleineren dotierten Bereich die anfängliche Inversions- dichte entsprechend höher sein, um die gleiche Verstärkung und damit die gleiche Pulsdauer zu erhalten .

Die pro Puls extrahierte Energie ist worin V das dotierte Volumen und die finale Inversionsdichte nach Durchlaufen des Pulses darstellen . Somit erhält man

Daran ist ersichtlich, dass das verringerte Volumen der Dotierung der erhöhten möglichen Inversionsdichte durch den geringeren Überlappungs faktor entgegenwirkt . Da j edoch die Intensitäts-gewichtete Überlappung mit zunehmendem radialem Abstand vom Zentrum des Faserkerns oder vom Maximum der Moden- Intensität bzw . des transversalen Laserintensitätsprofils schneller abnimmt als ein in diesem radialen Abstand verfügbares ringförmige Flächenelement 2π ldr und damit das zugehörige Volumen 2 Ldr, kann die Pulsenergie verglichen mit einem vollständig dotierten Kern erhöht werden . Ein Maß für diese bei einer gegebenen Dotierungsverteilung zur Verfügung stehende Fläche (und somit das Volumen) ist der radiale Schwerpunkt R _p der laseraktiven Dotierungsverteilung /N(r, δ ) . Diesen erhält man aus der mittleren radialen Dotierungsverteilung zu Es ist nun im Sinne der Erfindung vorteilhaft , wenn dieser Schwerpunkt der Verteilung in einem Bereich der Intensität mit I(R _p ) < 0,8, vorzugsweise l(Rp) < 0,5, besonders bevorzugt I(R _p ) < 0,25 zu liegen kommt .

Dies wird später in einem Aus führungsbeispiel anhand einer im Querschnitt ringförmigen Dotierung nochmals beispielhaft gezeigt .

Die gemäß der vorliegenden Erfindung gewählte transversale Verteilung der Dotierungskonzentration in der aktiven Faser ermöglicht eine höhere Inversions- dichte und damit eine Erhöhung der gespeicherten und extrahierbaren Energie bei einer gegebenen Verstärkung . Dadurch können mit gepulsten Faserlasern oder gepulsten Faserlaserverstärkern, die eine derartige aktive Faser einsetzen, die Pulsenergien gegenüber der Nutzung von Fasern mit einer wie bisher vollständigen und gleichmäßigen Dotierung des Kerns erhöht werden . Die maximal erreichbare Pulsenergie wird daher durch die gewählte transversale Dotierungsverteilung gegenüber derartigen Fasern mit einer vollständigen und gleichmäßigen Dotierung des Kerns gesteigert . Auch bei kontinuierlichen Faserlasern oder Faserverstärkern lässt sich dadurch die Laserleistung erhöhen . Beispielsweise kann eine Führung der hohen Laser- leistung in einem hohlen Bereich die Schwellen nichtlinearer Ef fekte erhöhen . Der vorgeschlagene Faserlaser oder Faserverstärker wird daher vorzugsweise mit dieser höheren Inversionsdichte betrieben .

Die vorgeschlagene aktive Faser lässt sich vorteilhaft als aktives Medium in einem Faserlaser oder auch als Verstärkungsmedium in einem Faserverstärker eines Lasers , insbesondere eines Faserlasers , einsetzen . Das Pumpen der aktiven Faser kann dabei wie bisher sowohl über den Fasermantel als auch in einer endgepumpten Anordnung durch Einkopplung von einer oder beiden Enden der Faser in den Faserkern erfolgen .

Derartige Faserlaser oder Faserverstärker lassen sich beispielsweise für die Laser-Materialbearbeitung und insbesondere für optronische Gegenmaßnahmen und Laserwaf fen oder auch zur optischen Datenübertragung einsetzen . Dies ist selbstverständlich keine abschließende Auf zählung .

Bei einem bevorzugten einmodigen Betrieb der aktiven Faser werden der Faserdurchmesser und die ef fektive numerische Apertur (NA) der Faser so gewählt , dass die erste Mode höherer Ordnung eines durch die Faser propagierenden Laserpulses bzw . der durch die Faser propagierenden Laserstrahlung einen beträcht- lichen Verlust aufweist und/oder ausreichend große Modendurchmesser, so dass der Überlapp mit den laseraktiven Ionen klein genug ist , um signi fikante parasitäre Verstärkung dieser höheren Mode zu begrenzen . Die Faser kann dazu auch als eine für den Einmodenbetrieb mikrostrukturierte Faser ( endlessly single-mode microstructured fiber ) ausgebildet werden .

Sowohl der Faserkern als auch der Fasermantel können zusätzlich mit anderen aktiven Ionen dotiert sein, die anderen Zwecken als der Signalverstärkung dienen . Dies betri f ft insbesondere die Funktion der Brechungsindex-Anpassung zwischen Kern und Fasermantel . Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auch nicht auf Stufenindex-Fasern beschränkt , sondern kann auch für andere Fasertypen oder andere Typen von Wellenleitern, die entsprechend strukturierte Dotierung erlauben, eingesetzt werden, um die gleichen Vorteile zu erzielen . Bei einer Faser mit hohlem Faserkern (bspw . in einer hollow-core photonic crystal Faser, photonic bandgap Faser, Kagome Faser oder negative-curvature Faser als bevorzugten Ausgestaltungen) kann die laseraktive Dotierung in den Randstrukturen des Hohlraums eingebracht sein . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die hohen Intensitäten im Vakuum oder in einem Gas geführt werden und somit nichtlineare Ef fekte im Vergleich zu einem vollen Kern drastisch vermindert werden können und die strahlungsinduzierte Zerstörschwelle heraufgesetzt werden kann . Dies gilt sowohl für gepulste als auch für kontinuierliche Betriebsmodi .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorgeschlagene aktive Faser wird nachfolgend anhand von Aus führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert . Hierbei zeigen :

Fig . 1 schematische Darstellungen von drei Beispielen für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration;

Fig . 2 ein Beispiel für das Verhältnis der pro Puls extrahierten Energie zwischen einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen aktiven Faser und einer aktiven Faser mit gleichmäßiger Dotierung des gesamten Kerns in Abhängigkeit von Dotierungsparametern der vorgeschlagenen aktiven Faser ;

Fig . 3 schematische Darstellungen von drei weiteren Beispielen für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration;

Fig . 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer photonic crystal Faser mit hohlem Kern;

Fig . 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer photonic crystal Faser mit hohlem Kern;

Fig . 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer photonic bandgap Faser mit hohlem Kern;

Fig . 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Kagome-Faser mit hohlem Kern; und

Fig . 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine transversale Verteilung der Dotierungskonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer negative-curvature Faser mit hohlem Kern .

Wege zur Ausführung der Erfindung

Zur Erhöhung der aus einer aktiven Faser eines gepulsten Faserlasers oder gepulsten Faserverstärkers extrahierbaren Pulsenergie oder der extrahierbaren Laserleistung eines kontinuierlichen Faserlasers oder Faserverstärkers wird vorgeschlagen, die der Verstärkung dienende Dotierung der aktiven Faser mit einer speziellen transversalen Verteilung der Dotierungskonzentration zu erzeugen . Hierbei wird die transversale Verteilung der Dotierungskonzentration der aktiven Dotierung so gewählt , dass der geometrische Überlapp zwischen dem oder den dotierten Bereich ( en) und dem zu verstärkenden Intensitätsprofil der Laserstrahlung vorzugsweise besonders bevorzugt beträgt und der radiale Schwerpunkt R _p der transversalen Verteilung der Dotierungs- konzentration im Bereich einer Intensität I der Laserstrahlung mit I(R _p ) < 0,8, vorzugsweise l(Rp) < 0,5, besonders bevorzugt I(R _p ) < 0,25, liegt . Figur 1 zeigt hierzu drei Beispiele , zu denen im oberen Teil der Figur j eweils ein Querschnitt durch die aktive Faser mit Faserkern 1 und Fasermantel 2 und im unteren Teil der Figur das transversale Intensitätsprofil eines Laserpulses oder einer Laserstrahlung in der Grundmode dargestellt ist , der bzw . die durch die Faser propagiert . In allen drei Beispielen liegen die dotierten Bereiche 3 j eweils im äußeren Bereich des Faserkerns 1 . Der Faserkern 1 wird hierbei als der Teil der Faser bezeichnet , in dem hauptsächlich die Führung der Laserstrahlung innerhalb der Faser stattfindet . Bei einer einfachen Stufenindexfaser ist dies beispielsweise der innerste Teil der Faser mit dem höchsten Brechungsindex . Die dotierten Bereiche 3 liegen hierbei j eweils in einem Bereich des Faserkerns 1 , in dem die Laserintensität gegenüber der im Zentrum des Kerns vorliegenden Maximalintensität auf einen relativ kleinen Wert abgefallen ist , wie dies in den Teilabbildungen a ) bis c ) der Figur 1 ersichtlich ist .

In Teilabbildung a ) werden hierbei mehrere dotierte Bereiche 3 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung genutzt , die in diesem Beispiel auf einer Kreisbahn in konstantem Abstand nebeneinander angeordnet sind . Bezogen auf die gesamte Faser stellen diese dotierten Bereiche 3 stabartige Volumina dar, die sich entlang der Faser erstrecken . Die Stäbe können dabei um die Faserachse verdrillt sein . Hierzu werden bei der Herstellung der Faser entsprechend dotierte Stäbe in der den späteren Faserkern bildenden Kernstruktur integriert , die dann zusammen mit der Struktur für den Fasermantel zur Faser gezogen werden . In der Ausgestaltung der Teilabbildung b ) , die in der vorliegenden Patentanmeldung nicht beansprucht wird, ist ein vollständiger Ring um das Zentrum des Faserkerns 1 dotiert , der sich bis an den Rand des Kerns erstreckt . Teilabbildung c ) , die in der vorliegenden Patentanmeldung ebenfalls nicht beansprucht wird, zeigt wiederum einen dotierten ringförmigen Bereich, der allerdings vom Rand des Faserkerns 1 beabstandet ist . Wie bereits weiter oben angeführt , führen die gegenläufigen Ef fekte des ( gegenüber einem vollständig dotierten Faserkern) reduzierten Dotierungsvolumens und der größeren möglichen Inversionsdichte insgesamt zu einer Erhöhung der Pulsenergie . Dies wird nachfolgend anhand der Ausgestaltung der Figur 1b ) nochmals demonstriert . Der dotierte ringförmige Bereich 3 der Figur 1b ) weist einen inneren Radius von a ₁ und einen äußeren Radius von a auf , der dem Radius des Faserkerns 1 entspricht . Die durch einen Laserpuls extrahierte Energie bei einer Verstärkung g _t ist proportional zu während bei einem vollständig dotierten Kern mit dem Radius a und identischer Verstärkung g _t die extrahierte Pulsenergie beträgt . Hierbei wurde eine Gauß ' sehe Intensitäts- verteilung mit einem Einheitsradius angenommen .

Im Falle der ringförmigen Dotierung der Figur 1b ) beträgt das Verhältnis zwischen diesen beiden Energien

Dieses Verhältnis ist in Figur 2 für eine Faser mit einer normalisierten Frequenz (V-Parameter ) V = 2 , 405 dargestellt . Dies entspricht dem aus der Fasertheorie bekannten maximalen V-Parameter für einmodige

Licht Führung . Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass bei Reduzierung der Ringdicke zu einem äußeren schmalen Ring das Verhältnis ansteigt und sich schließlich dem Grenzwert annähert . Daher kann die extrahierbare Pulsenergie mit einer derartigen Dotierung bzw . Dotierungsverteilung gegenüber einer Faser mit vollständig dotiertem Kern deutlich erhöht werden .

Figur 3 zeigt schließlich noch drei weitere Beispiele einer möglichen Dotierungsverteilung in der aktiven Faser, von denen wiederum nur Teilabbildung a ) eine Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt . Bei diesen Beispielen ist die Faser nicht im Faserkern, sondern an den Faserkern angrenzend oder in ausreichender Nähe zum Faserkern im Fasermantel dotiert . Im unteren Teil der Figur 3 sind j eweils wie bei Figur 1 die Intensitätsverteilungen des in der Faser propagierenden Laserpulses ( in der Grundmode ) zu erkennen .

In Figur 3a ) ist wiederum eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt , bei der stabförmige dotierte Bereiche 3 in einem äußeren Bereich der Faser, diesmal angrenzend an den Faserkern 1 im Fasermantel 2 vorliegen . Diese können durch Anordnung entsprechend dotierter Stäbe vor dem Ziehen der Faser an der äußeren Seite oder nahe der Kernstruktur erzeugt werden . Die dotierten Stäbe können beispielsweise bei einem Stack- and Draw-Prozess entsprechend in die Struktur für den Fasermantel integriert werden, z . B . bei einer photonischen Kristall faser . Figur 3b ) zeigt wiederum eine ringförmige Dotierung 3 , die an den Rand des Faserkerns 1 angrenzt , Figur 3c ) eine ringförmige Dotierung 3 in einem geringen Abstand zum Faserkern 1 . Der Verstärkungsef fekt wird auch bei diesen Ausgestaltungen erzielt , da die in der Faser geführte Lasermode sich bis in den Fasermantel 2 erstreckt , wie dies im unteren Teil der Figur 3 angedeutet ist .

Bei Nutzung mehrerer dotierter Bereiche 3 wie bei Figur la ) oder Figur 3a ) müssen diese nicht aus der dargestellten Anzahl an Bereichen 3 gebildet sein . Vielmehr können auch nur zwei oder auch deutlich mehr dotierte Bereiche 3 entsprechend - bei einer geringen Anzahl <=12 Bereichen vorzugsweise symmetrisch - um den Kern 1 oder das Zentrum des Kerns 1 angeordnet sein . Auch müssen diese Bereiche nicht zwangsläufig kreis förmige Querschnitte aufweisen oder über die gesamte Faserlänge stabförmig verlaufen . Auch hier kann der Verlauf in Längsrichtung um die Faserachse verdrillt oder unterbrochen sein .

Die Figuren 4- 8 zeigen schließlich noch weitere Beispiele einer möglichen Dotierungsverteilung bei der vorgeschlagenen aktiven Faser . Bei diesen Beispielen weist die Faser einen nahezu oder komplett leeren Faserkern auf . Dieser kann nachträglich oder beim Faserziehen mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt sein . Figur 4 zeigt eine photonic crystal Faser mit einem kreis förmigen hohlen Faserkern 1 , welcher von festem Material des Mantels 2 umgeben ist . Die in Längsrichtung stabförmigen Löcher 4 innerhalb des Mantels 2 erzeugen den gewünschten Lichtleitef fekt im Kern . Der dotierte Bereich 3 ist hier eine kreis förmige Dotierung des innersten an den Kernbereich grenzenden Mantelmaterials . Dieser kann innerhalb der ersten Lochkreisreihe liegen oder auch ein bis mehrere Lochreihen beinhalten . Durch die unvermeidliche aber letztlich für die Lichtführung nötige geringe Penetration des Lichts in diese Mantelstruktur wird ein geringer Überlapp zwischen dotiertem Bereich 3 und Fasermode erzeugt .

Figur 5 zeigt zwei andere photonische-Kristall- Fasern (photonic crystal Faser ) mit einem kreis förmigen hohlen Faserkern 1 , welcher von festem Material des Mantels 2 umgeben ist . Die in Längsrichtung stabförmigen Löcher 4 innerhalb des Mantels 2 erzeugen beispielsweise eine Honigwabenstruktur für den gewünschten Lichtleitef fekt im Kern 1 . Der dotierte Bereich 3 ist hier eine Dotierung des innersten an den Kernbereich grenzenden Wabenmaterials . Dieser kann der in direktem Kontakt zum Kern 1 stehende Materialbereich der ersten Lochkreisreihe sein ( Fig . 5a ) oder auch ein bis mehrere Lochreihen beinhalten ( Fig . 5b ) . Durch die unvermeidliche aber letztlich für die Lichtführung nötige geringe Penetration des Lichts in diese Mantelstruktur wird ein geringer Überlapp zwischen dotiertem Bereich 3 und Fasermode erzeugt . Figur 6 zeigt eine photonic bandgap Faser mit einer kreis förmigen resonanten Struktur um einen hohlen Faserkern 1 welcher von abwechselnden Schichten 5 des Mantels 2 mit beispielsweise wechselnden Brechzahlen umgeben ist . Resonanzef fekte zwischen diesen Schichten 5 des Mantels 2 erzeugen den gewünschten Lichtleit- ef fekt im Kern 1 . Der dotierte Bereich 3 liegt hier im Bereich von einer oder mehreren dieser Schichten 5 . Durch das unvermeidliche aber letztlich für die Lichtführung nötige geringe Eindringen des Lichts in diese Schichtstruktur wird ein geringer Überlapp zwischen dotiertem Bereich 3 und Fasermode erzeugt .

Figur 7 zeigt eine Kagome-Faser mit einer Kagome- Struktur 6 um einen hohlen Faserkern 1 . Resonanzef fekte in dieser Struktur des Mantels 2 erzeugen den gewünschten Lichtleitef fekt im Kern . Der dotierte Bereich 3 besteht hier aus mindestens einem Teil der die Kagome-Struktur 6 bildenden Stege . Durch das unvermeidliche aber letztlich für die Lichtführung nötige geringe Eindringen des Lichts in diese Struktur wird ein geringer Überlapp zwischen dotiertem Bereich und Fasermode erzeugt .

Figur 8 zeigt eine negative-curvature Faser mit einer aus lokal kreis förmigen Strukturen negativer Krümmung bestehenden Mantel 2 um einen hohlen Faserkern 1 . Resonanzef fekte in dieser Struktur des Mantels 2 erzeugen den gewünschten Lichtleitef fekt im Kern 1 . Der dotierte Bereich 3 besteht hier aus einer oder mehreren dieser Strukturen mit negativer Krümmung . Durch das unvermeidliche aber letztlich für die Lichtführung nötige geringe Eindringen des Lichts in diese Struktur wird ein geringer Überlapp zwischen dotiertem Bereich und Fasermode erzeugt .

Bezugs zeichenliste 1 Faserkern (= Bereich mit signi fikanter

Licht Intensität )

2 Fasermantel (= Bereich mit stark reduzierter bis keiner Lichtintensität )

3 dotierter Bereich 4 stabförmige Löcher

5 Schichten des Fasermantels

6 Kagome-Struktur