CN101122654A - 大模场多芯光纤 - Google Patents
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Abstract
一种大模场多芯光纤，包括内包层区和外包层区，其特点是在所述的内包层区中按一定规律排列着多根亚波长直径纤芯，所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料制成，而且内包层区的折射率小于亚波长直径纤芯的折射率，但是大于外包层区的折射率；所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级，两相邻亚波长直径纤芯之间的距离在波长量级。本发明的多根纤芯强耦合，实现大模场的激光输出，而且能对光束进行整形，可以应用在激光整形及高功率光纤放大器、激光器等领域。
Description
技术领域
本发明涉及多芯光纤，尤其是一种大模场的多芯光纤。
背景技术
高功率光纤激光器以其卓越的性能和超值的价格，在激光加工、激光医疗、激光雷达、激光测距等多方面得了日益广泛的应用。在同样的输出功率下，光纤激光器的光束质量、可靠性和体积大小等都占有优势，此外由于光纤成本的降低和易于实现流水线大批量生产等，这不仅引起科学家们的兴趣，而且更吸引产业界专家们的极大关注。
光纤激光器最初在上世纪60年代提出，但一直进展缓慢，直至低损耗光纤和半导体激光器的制造技术的发展与应用，方为光纤激光器带来了新的前景。光纤激光器以掺杂光纤作为激光介质，与块状激光介质相比，具有以下显著的优点：介质细长易于散热；光纤的波导结构易于达到单横模；利用双包层技术易于达到高效率和高功率。近年来，对以双包层光纤为基础的包层泵浦技术的研发，使光纤激光器的输出功率已经突破kW，在工业及通信等领域具有广阔的应用前景。
光纤纤芯的大小与输出功率有很大关系。纤芯越大可传输的功率就越大，纤芯越小传输的功率过大会产生非线性效应，影响光纤输出功率，甚至会对光纤造成损伤。因此在双包层光纤中，在保证输出光束质量的前提下，要尽量增大光纤的纤芯，但一般的双包层掺稀土光纤中，纤芯的增大会影响光束质量，造成光纤激光器和放大器的多模输出，因此纤芯的增大程度是有限的。
微结构光纤(Microstructured fiber，简称为MF)是由晶格常数为光波长量级的二维光子晶体构成的，即规则排列着空气孔的二氧化硅光纤阵列构成光纤的包层，光纤的核心是由一个破坏了包层结构周期性的缺陷构成。这个缺陷可以是固体二氧化硅，也可以是空气孔。微结构光纤与传统光纤相比有许多特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域。但是纤芯的增大会引起相应的弯曲损耗，这使得微结构光纤在实际应用中受到很大限制。
最近，由浙江大学童利民等人采用两步拉制法得到的光纤直径可低至50nm，并且保持较低的光纤损耗【Nature 426 816-819，2003】。上海交通大学陈险峰等人总结了前人经验提出了条形电加热炉拉锥方法，采用这种新的拉锥方法已经成功的拉制出直径可低至650nm，长度可达十几个厘米量级，光损耗在0.1dB/cm左右的亚波长直径光纤【Opt.Express 14(12)5055-5060.2006】。这种光纤具有很强的倏逝场，这一特性可以在很多领域有广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于克服普通大模场光纤的不足，提供一种大模场的多芯光纤。该多芯光纤能够使得多根纤芯有效耦合，实现大模场，而且能对导入的激光进行空间整形，可以应用在激光整形、均匀化及高功率光纤激光组束等领域。
本发明的技术解决方案如下：
一种大模场多芯光纤，包括内包层区和外包层区，其特点是在所述的内包层区中按一定规律排列着多根亚波长直径纤芯，所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料制成，而且内包层区的折射率小于亚波长直径纤芯的折射率，但是大于外包层区的折射率；所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级，两相邻亚波长直径纤芯之间的距离在波长量级。
所述的内包层区的形状为矩形或正方形，所述的亚波长直径纤芯排列成三角形、正方形、六边形或环形。
所述的亚波长直径纤芯是掺杂的有源材料制成，或所述的内包层区是掺杂的有源材料制成。
所述的有源材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的玻璃。
由于亚波长直径纤芯芯径在百纳米量级，相邻亚波长直径纤芯距离在波长量级。可以保证多纤芯有效的相位锁定。
经试用表明，本发明的具有纤芯强耦合，实现大模场的激光输出，而且能对光束进行整形，可以应用在激光整形及高功率光纤放大器、激光器等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1的光纤截面示意图。
图2为本发明实施例2的光纤截面示意图。
图3为本发明实施例3的光纤截面示意图。
图4为本发明实施例4的光纤截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
图1为本发明实施例1的光纤截面示意图。由图可见，本发明大模场多芯光纤，包括内包层区3和外包层区4，在所述的内包层区3中按一定规律排列着多根亚波长直径纤芯2，所述的内包层区3和外包层区4均由折射率均匀分布的固体材料制成，而且内包层区3的折射率小于亚波长直径纤芯2的折射率，但是大于外包层区4的折射率；所述的亚波长直径纤芯2的芯径在百纳米量级，两相邻亚波长直径纤芯2之间的距离在波长量级。
这里内包层区3中的亚波长直径纤芯2呈三角形排列，在内包层区3上覆盖外包层区4。亚波长直径纤芯为100nm，相邻亚波长直径纤芯2之间的距离为5μm，内包层区3形状为矩形，大小为60μm×40μm，外包层区4直径为125μm。亚波长直径纤芯2的折射率为1.458，内包层区3的折射率为1.45，外包层区4的折射率为1.44。亚波长直径纤芯3是掺镱的石英玻璃制成的。
实施例2：
图2为本发明实施例2的光纤截面示意图。这里内包层区3中的亚波长直径纤芯2呈正方形排列，在内包层区3上覆盖外包层区4的大模场多芯光纤。本实施例中，光纤的尺寸和折射率大小可以参照实施例1。
实施例3：
图3为本发明实施例3的光纤截面示意图。这是内包层区3中的亚波长直径纤芯2呈六边形排列，在内包层区3上覆盖外包层区4的大模场多芯光纤。内包层形状为正方形，尺寸为60μm×60μm。在本实施例中，光纤的其他尺寸参数和折射率大小可以参照实施例1。
实施例4：
图4为本发明实施例4的光纤截面示意图。这是内包层区3中的亚波长直径纤芯2呈环形排列，在内包层区3上覆盖外包层区4的大模场多芯光纤。在本实施例中，光纤的尺寸参数和折射率大小可以参照实施例3。
Claims (4)
1.一种大模场多芯光纤，包括内包层区(3)和外包层区(4)，其特征在于所述的内包层区(3)中按一定规律排列着多根亚波长直径纤芯(2)，所述的内包层区(3)、外包层区(4)均由折射率均匀分布的固体材料制成，而且内包层区(3)的折射率小于亚波长直径纤芯(2)的折射率，但是大于外包层区(4)的折射率；所述的亚波长直径纤芯(2)的芯径在百纳米量级，两相邻亚波长直径纤芯(2)之间的距离在波长量级。
2.根据权利要求1所述的大模场多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(3)的形状为矩形或正方形，所述的亚波长直径纤芯(2)排列成三角形、正方形、六边形或环形。
3.根据权利要求1所述的大模场多芯光纤，其特征在于所述的亚波长直径纤芯(2)是掺杂的有源材料制成，或所述的内包层区(3)是掺杂的有源材料制成。
4.根据权利要求3所述的大模场多芯光纤，其特征在于所述的有源材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的玻璃。
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