CN102023335A - 一种大模场微结构光纤 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大模场微结构光纤。该光纤包括纤芯和包层，包层由基质材料(1)、第一类孔(2)和第二类孔(3)组成；第一类孔(2)的孔中心分布于以光纤中心为圆心的180-240度的扇形区域内，第二类孔(3)的孔中心分布于其余扇形区域内；每个第一类孔(2)的孔中心与光纤中心的距离≥Λ₂，每个第二类孔(3)的孔中心与光纤中心的距离≥Λ₃；所述第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔周期满足Λ3>1.5Λ2，归一化直径的关系满足：d2/Λ2>d3/Λ3，其交界面至少有一对孔间距≤Λ3；第一类孔(2)和第二类孔(3)的折射率均小于基质材料(1)的折射率；纤芯为第一类孔(2)和第二类孔包围的区域。该光纤采用两种不同周期的孔对纤芯模式形成束缚，利用周期较小、归一化直径较大的孔防止光纤弯曲时的光泄露的特点，实现了单模、大模场、低弯曲损耗传输的目的。

Description

一种大模场微结构光纤

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及大模场、低弯曲损耗的单模微结构光纤。

背景技术

大模场光纤在高功率光纤激光器、放大器，以及强激光传输中有着重要的应用。采用传统光纤结构很难获得工作在1064nm附近且纤芯直径大于20 μm的单模光纤。由光纤理论，对于阶跃折射率光纤来说，要保证光纤是单模传输，要求光纤的归一化频率V小于2.405。这里                                                

，a为纤芯半径，λ为光波长，n _c，n _b分别为纤芯与包层的折射率。因此，对于阶跃光纤而言，在增大纤芯半径以增大光纤模场面积的同时，必须减小纤芯和包层的折射率差以保证光纤单模传输。由于工艺的限制，纤芯与包层的折射率差很难做得很小。同时，纤芯与包层折射率差的降低，也使得光纤的弯曲损耗增大，从而使得光纤的适用性变差。因此传统光纤很难实现大模场面积、低弯曲损耗传输。

由于光子晶体光纤可以实现无休止单模传输，因此，采用光子晶体光纤结构可以实现大模场单模传输。单模光子晶体光纤的纤芯直径已经可达100 μm。但它是以降低纤芯与包层的折射率差为代价的。因此，轻微的弯曲或扰动就可能导致光无法在光纤中传输。人们还提出了采用具有高折射率差的多模光纤实现大模场传输[S. Ramachandran, et al., “Light propagation with ultralarge modal areas in optical fibers,” Opt. Lett., 2006, 31(12): 1797]，其方法是将输入光通过光纤光栅转换为某一高阶模，再利用高阶模模场面积较大的特点，实现等效的单模传输。但这种方法需要在光纤两端刻制光纤光栅，工艺复杂；同时由于光栅转换效率的限制，光纤并非是完全单模传输的。还有人提出了基于六个空气孔环绕纤芯的大模场光纤[W. S. Wong, et al., "Breaking the limit of maximum effective area for robust single-mode propagation in optical fibers," Opt. Lett., 2005, 30(21): 2855]，这种结构利用光纤中高阶模损耗较高而光纤基模损耗较低的特点，再通过将光纤弯曲的方法，可以进一步增大光纤基模与高阶模的损耗差，从而有效地去除高阶模。但这种光纤的基模损耗一般也比较大，而高阶模损耗又很难提高，因此，其使用还存在局限性。

专利申请号为200610119574.6的“大模场双包层单模光纤”公开了一种单模大模场光纤，纤芯直径可达72 μm，但未解决光纤的弯曲损耗问题，且结构比较复杂，不利于制作。

近期有人提出一种新型微结构光纤[M. Napiera??a et al., "Extremely large-mode-area photonic crystal fibre with low bending loss," Opt. Express, 2010, 18(15): 15408]，采用周期相同但大小不同的空气孔，实现了大模场面积、在一定的弯曲角度范围内的单模、低弯曲损耗传输。其缺点是要求严格控制弯曲方向，弯曲角度必须控制在几度的极小范围内，否则会导致基模弯曲损耗的迅速增大而无法使用。因此，这种光纤很难实用化。另外，弯曲会导致基模模场面积的减小，而且弯曲半径越小，模场面积减少得越多。因此，虽然光纤可以允许较小的弯曲半径，但实际使用时对弯曲方向和角度的控制要求很严格，影响其实际使用；另外，光纤弯曲时模场面积会减小，这就使得大模场光纤的模场面积大的优势大为降低。例如，论文中提出的一种大模场光纤，在直光纤状态时的模场面积为2524 μm²，而在弯曲半径为10 cm时的模场面积下降为1065 μm²。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有效地滤除高阶模，在很宽的弯曲角度范围内且弯曲半径很小时仍然具有极低的弯曲损耗的大模场微结构光纤。

本发明的技术方案为：包括纤芯和包层，该包层由基质材料、第一类孔和第二类孔组成；第一类孔的孔中心分布于以光纤中心为圆心的180-240度的扇形区域内，第二类孔的孔中心分布于其余扇形区域内；每个第一类孔的孔中心与光纤中心的距离≥

Λ₂，每个第二类孔的孔中心与光纤中心的距离≥Λ₃；第一类孔和第二类孔的孔周期满足Λ₃>1.5Λ₂，归一化直径的关系满足：d₂/Λ₂>d₃/Λ₃，其交界面至少有一对孔间距≤Λ_3??；第一类孔和第二类孔的折射率均小于基质材料的折射率；纤芯为第一类孔和第二类孔包围的区域；

其中：孔周期为两个同类型孔的孔中心之间的距离，d₂，d₃为第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔直径，Λ₂，Λ₃为第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔周期，归一化直径为孔直径与孔周期的比值，孔间距为两个不同类型孔的孔中心的距离。

作为本发明的进一步改进，第一类孔的直径d₂与孔周期Λ₂满足d₂/Λ₂>0.5；第二类孔的孔直径d₃与孔周期Λ₂满足d₃/Λ₃<0.5。第一类孔的折射率n₂和第二类孔的折射率n₃与基质材料的折射率n₁之间的关系为：n₁-n₂>0.001，n₁-n₃>0.001。

作为本发明的进一步改进，该纤芯中包括第三类孔，其分布在远离第二类孔的一侧，其分布面积不大于纤芯截面积的一半；第一类孔的孔周期Λ₂与第三类孔的孔周期Λ₄之间满足Λ₄<Λ₂；第三类孔的直径d₄与其孔周期Λ₄满足d₄/Λ₄<0.4，其折射率小于基质材料的折射率。

作为本发明的进一步改进，第三类孔的折射率n₄与基质材料的折射率n₁之间满足n₁-n₄<0.003。

本发明的技术效果为：包层采用两种不同周期的孔对纤芯模式形成束缚，利用周期较小、归一化直径较大的孔防止光纤弯曲时的光泄露；而利用周期较大、而归一化直径较小的孔保证光纤在直光纤状态时，光纤基模具有低的束缚损耗，同时又能有效地泄漏高阶模。从而实现了单模、大模场、低弯曲损耗传输的目的。

通过引入的第三类孔，使有第三类孔的这一侧的纤芯折射率下降，当光纤弯曲且第三类孔的区域朝向外侧时，由于第三类孔的区域原来的折射率较低，只要弯曲半径不超过一定值，仍然可以保证纤芯朝内和朝外的两个区域的折射率相差较小，从而避免模场过于向纤芯朝外一侧的集中。

附图说明

  图1为本发明的一种实施例的横截面示意图；

图2为本发明的另一种实施例的横截面示意图；

图3为阶跃型光纤被弯曲后其等效的折射率分布示意图；

图4为图1光纤为直光纤的模场分布；

图5为图1光纤沿-X轴方向弯曲的模场分布；

图6为图2光纤为直光纤的模场分布；

图7为图2光纤沿-X轴方向弯曲的模场分布；

其中：1-基质材料，2-第一类孔，3-第二类孔，4-第三类孔。

具体实施方式

图1给出了本发明的一种实施例的横截面示意图，该光纤包括纤芯和包层，该包层由基质材料1、第一类孔2和第二类孔3组成，其整个纤芯被包层的第一类孔2和第二类孔3所包围，其中，第一类孔2组成的区域将纤芯的大部分所包围，而纤芯的另一侧由第二类孔3包围，其目的是为了保证光纤可以在很宽的弯曲角度都保持低损耗传输。由于第二类孔3的作用是对基模起束缚作用、同时要保证高阶模的有效泄漏，因此，第二类孔3的孔周期一般要较大。

定义孔周期为两个同类型孔的孔中心之间的距离，Λ₂为第一类孔2的孔周期，Λ₃为第二类孔3的孔周期，Λ₄为第三类孔4的孔周期。第一类孔2、第二类孔3、第三类孔4的直径分别为d₂,d₃,d₄。因此，第一类孔2、第二类孔3、第三类孔4的归一化直径(归一化直径即孔直径与孔周期之比)分别为d₂/Λ₂,d₃/Λ₃,d₄/Λ₄。孔间距为两个不同类型孔的孔中心之间的距离。

所有的第一类孔2的孔中心应处于以光纤中心为圆心的180-240度的扇形区域内。所有的第二类孔3的孔中心分布于未被第一类孔2包围的扇形区域，同样起束缚光的作用。第一类孔2的孔周期Λ₂与第二类孔3的孔周期Λ₃之间一般满足Λ₃>1.5Λ₂，第一类孔2的归一化直径和第二类孔3的归一化直径之间满足d₂/Λ₂>d₃/Λ₃。第一类孔2具有较强的束缚光能力，当光纤弯曲，第一类孔2区域位于朝向外侧时，第一类孔2能够将光束缚在纤芯内。而第二类孔3主要在光纤为直光纤状态时起束缚光纤基模的作用，并对高阶模进行有效的泄露。第一类孔2、第二类孔3的折射率均低于基质材料，即这种光纤是一种折射率引导型光纤。

为了有效避免光纤的基模从第一类孔2与第二类孔3交界处产生泄露。要求与第二类孔3相邻的第一类孔2中必有至少一个孔，其与第二类孔3中的一个孔的孔间距≤Λ_3??(即第二类孔3的周期)。由于第一类孔2与第二类孔3有两个交界面，要求每一个交界面均满足以上要求。

与纤芯相邻的最内层孔的数量方面，第一类孔2的数量应大于第二类孔3的数量。这样做的目的是为了保证光纤可以在较宽的角度范围内弯曲时都能够获得低损耗传输。

一般而言，第一类孔2的直径d₂满足d₂/Λ₂>0.5，第二类孔3的直径d₃ 满足d₃/Λ₃<0.5。第一类孔2的折射率n₂和第二类孔3的折射率n₃与基质材料1的折射率n₁之间的关系为：n₁-n₂>0.001，n₁-n₃>0.001。即第一类孔2和第二类孔3与基质材料之间应具有较大的折射率差，这样孔才有较强的束缚光能力，从而保证光纤的泄露损耗和弯曲损耗较低。

本发明的基本原理是：由光纤的弯曲理论可知，当光纤弯曲时，其结构可等效为一直波导，这个直波导的折射率是在原光纤折射率分布的基础上产生一个扰动。即等效的直波导的折射率分布可表示为：

，这里

是未弯曲时光纤的横截面折射率分布，

等效的直波导的折射率分布，

为材料的弹光系数，R为光纤的弯曲半径。如图3所示，实线表示阶跃型光纤的折射率分布，虚线表示光纤向-x轴方向弯曲时，光纤等效的折射率曲线。因此，当光纤弯曲时，其朝外的一侧的折射率将增加，而其朝向弯曲内侧的折射率将减小。实际上，当光纤弯曲到一定程度后，就会由于朝外的一侧的包层的折射率过高而导致这一侧不再满足全内反射条件，从而产生光向这一侧的泄漏，即产生弯曲损耗。同时，纤芯折射率不再是均匀分布的。纤芯朝向弯曲一侧的折射率下降，而另一侧折射率上升，这就导致光纤的模场将向纤芯朝外的一侧集中，从而导致光纤模场面积的减小。本发明通过在包层采用两种不同类型的孔，实现了在直光纤时利用周期较大、归一化直径较小的第二类孔3保持单模传输；而在光纤弯曲时，利用周期较小、归一化直径较大的第一类孔2有效地抑制了弯曲损耗的产生。

本发明的每个第一类孔2的孔中心与光纤中心的距离≥

Λ₂；每个第二类孔3的孔中心与光纤中心的距离≥Λ_3，从而保证了较大的纤芯结构，相比于纤芯仅由缺失的一个孔组成的光纤结构，在同样的纤芯面积下，第一类孔2的孔周期可以更小。由光子晶体光纤的理论可知，较小周期的孔组成的包层结构的等效折射率更低，因而，可以更有效地束缚光，从而保证光纤具有低的弯曲损耗。

包层区第一类孔2的孔周期较小、且孔直径较大。因此，当光纤朝外的一侧为第一类孔2区域时，由于第一类孔2区域对应的等效折射率较低，因此可以有效地保证即使光纤的弯曲半径较小，光纤朝外一侧的折射率依然较低，从而有效地防止弯曲损耗的产生。

因为第一类孔2的孔周期较小且归一化孔直径较大。因此，如果包围纤芯的孔均由周期为Λ₂的第一类孔2组成，则由于包层和纤芯的折射率差过大，将无法避免高阶模的产生。为此，我们在光纤的一侧采用周期更大而归一化直径较小的第二类孔3。由光子晶体光纤的基本理论可知，当光子晶体光纤的包层由相同尺寸的空气孔排布在三角网格上组成、而纤芯由中心缺失的一个孔所形成（即纤芯尺寸较小时），只要归一化孔直径小于一定值，光纤就可以实现无休止单模传输（对孔为空气孔的情况，其归一化孔直径应小于0.406，[N. A. Mortensen, J. R. Folkenberg, M. D. Nielsen, and K. P. Hansen, "Modal cutoff and the V parameter in photonic crystal fibers, ", Opt.Lett. 2003, 28(20): 1879]）。此时包层区孔的数量的多少都不会导致高阶模的产生，而只会影响到光纤基模的损耗大小。而当纤芯由多个孔的缺失所形成时，由于纤芯面积增大，为保证光纤的无休止单模传输，要求孔的归一化直径很小(例如，当纤芯由缺失的7个空气孔组成时，孔的归一化直径最大只能在0.1左右)。这会导致孔对纤芯中模式的束缚能力较弱，从而需要多层孔来束缚光；同时，过小的孔制作起来也会比较困难。在纤芯的一侧采用了孔周期较大的第二类孔3，这样与纤芯尺寸相比，第二类孔3的孔周期较大，因此可以在第二类孔3较大的情况下，实现对光纤的基模的更有效的束缚，同时还能保证光纤是单模传输的。由于第二类孔3区域具有泄漏高阶模的足够强的能力，且只需在纤芯较小的一个周边包围纤芯。因此，可以允许第一类孔2具有足够强的束缚光能力、且纤芯的大部分被第一类孔2所包围，这样光纤就可以在更宽的弯曲角度范围内具有低损耗传输特性。

在第二类孔3组成的区域，其等效的折射率较高，即这一侧包层的等效折射率与纤芯折射率相差较少。因而，如果光纤弯曲时，第二类孔3组成的包层区是朝外的一侧，则其弯曲损耗将很大。因此，光纤弯曲时，应使弯曲时第二类孔3组成的包层区朝向内侧。

采用两种不同参数的第一类孔2和第二类孔3组成光纤的包层结构，可以使光纤单模传输且具有低弯曲损耗。但这种结构仍未解决光纤弯曲时模场面积减小的问题。光纤的基模模场仍将向纤芯朝向外侧的一侧集中，从而导致其模场面积的减小。而且弯曲半径越小，模场面积减小越严重。这种模场面积的减小，将不利于高功率光的传输；同时，在光纤激光器和放大器领域，也要求光纤在弯曲时仍保持大模场面积，从而降低光纤中的非线性效应。如图2所示，可以在纤芯远离第二类孔3的一侧，排布低折射率的第三类孔4。通过引入的第三类孔4，可以使有第三类孔4的这一侧的纤芯折射率下降。这样当光纤弯曲且第三类孔4区域朝向外侧时，虽然弯曲会导致第三类孔4区域折射率的增加，但由于第三类孔4区域原来的折射率较低，因此，只要弯曲半径不超过一定值，则仍然可以保证纤芯朝内和朝外的两个区域的折射率相差较小，从而避免模式场过于向纤芯朝外一侧的集中。

由于第三类孔4引入后，在直光纤情况下，纤芯不再是均匀折射率分布的，即第三类孔4这一侧纤芯折射率较低，而另一侧纤芯折射率较高。因此，在直光纤时，模式场将向纤芯折射率较高的一侧集中。为了避免直光纤时，模式场过于集中，从而导致模场面积的减小，第三类孔4的归一化直径不能过大，且第三类孔4的折射率也不能过低。同时，第三类孔4区域为一个微结构的纤芯区，为使得引入第三类孔4后的模场分布仍然比较均匀（即孔4中的模式场强度与第三类孔4区域基质材料中的模式场强度相差不至于过大），第一类孔2的孔周期Λ₂、第三类孔4的孔周期Λ₄之间要求满足Λ₄<Λ₂。

一般而言，第三类孔4所占区域不可过大或过小。由于第三类孔4的折射率低于基质材料1，因此第三类孔4区域的等效折射率同样低于基质材料1的折射率。第三类孔4所占区域过大，会导致在直波导状态下，基模的模式场被挤到没有第三类孔4的较窄的纤芯区域内，从而导致其模场面积的减小；同时，基模扩展向第二类孔3区域，因而光也将更容易从第二类孔3区域泄露出去。而第三类孔4所占区域过小则其在光纤弯曲时增大模式模场面积的效果会变弱。为保证直光纤时，光纤的基模模场面积较大，排布第三类孔4的这部分纤芯面积一般不大于未排布第三类孔4的纤芯区的面积，即不大于纤芯截面积的一半。

在光纤横截面折射率分布具有一重对称性(即若沿某条直线对折，对折的两部分是完全重合的)的情况下，可以作一条与对称轴相垂直的直线，将纤芯划分为两个区域。要求其中有一个区域，这个区域没有第二类孔3与其相邻，可这一个区域中排布第三类孔4。

第一类孔2、第二类孔3既可以是空气孔，也可以填充折射率低于基质材料1的固体、液体或气体。第三类孔4须填充折射率低于基质材料的固体，对于基质材料为纯石英的情形，第三类孔4可填充掺杂的石英，如掺氟的石英等。一般情况下，第一类孔2、第二类孔3、第三类孔4均由固体材料组成，这种全固态的光纤与其它光纤的连接会比较方便。

第三类孔4的直径d₄满足d₄/Λ₄<0.4。纤芯区第三类孔4的折射率n₄与基质材料(1)的折射率n₁之间满足n₁-n₄<0.003。第一类孔2的周期Λ₂、第二类孔3的周期Λ₃、第三类孔4的周期Λ₄之间典型的比例为：Λ₃=3Λ₂=6Λ₄。

虽然这种光纤由于结构的关系，两偏振模并不简并，但由于纤芯尺寸很大，光纤的两个偏振基模的有效折射率仍然可以保持在较低的水平。

需要注意的是，在弯曲状态下，光纤会出现高阶模，因此在使用时需要在光纤两端各保持一段直光纤(或一段弯曲半径很大的光纤)，这样在两端高阶模可以被有效地泄漏，从而使光纤保持等效的单模传输。可在光纤涂覆时对光纤进行非对称的涂覆，标记弯曲方向，从而有利于实际使用时选择弯曲方向。

本发明采用两种不同参数的孔形成对纤芯中模式的束缚，使光纤在低弯曲半径下在仍能保持低损耗传输；同时，保证了光纤具有单模传输的特性。并且，其低损耗传输所允许的弯曲角度范围可达90°以上，因此在使用时无需对弯曲角度进行精密控制，大大降低了光纤使用的复杂性、提高了其工作的稳定性。这种新型光纤，在1064 nm波长，可获得 3000 μm²以上的超大模场面积，同时弯曲半径可低至15 cm以下。通过在纤芯区选择性地引入低折射率材料，还可保证光纤在弯曲状态下仍具有大模场面积传输特性，有效地解决了常规大模场光纤无法在弯曲状态下保持与直光纤时相当的模场面积的缺点。这种光纤结构可以采用与常规光子晶体光纤相同的制作工艺实现。

采用聚合物材料制作的这种具有单模、大模场面积、低弯曲损耗特性的微结构光纤，避免了传统多模阶跃光纤或梯度折射率光纤存在的带宽受限问题；同时，其模场面积可达1000 μm²以上，即模场直径可达35 μm以上，因此，光纤之间的连接以及光耦合进光纤都会比较容易。基于这种微结构的塑料光纤，可实现宽带、大容量的光通信，可望在局域网等中短距离通信领域获得应用。

本发明光纤并不仅仅只能沿-X轴方向弯曲，其弯曲角度范围可在-X轴为中心线的一个对称的角度范围内。实施例中给出的几种光纤均可在±45°的宽范围内保持低弯曲损耗传输。

图4给出了图1光纤为直光纤时的模场分布，图5为图1光纤沿-X轴方向弯曲、弯曲半径为20cm时的模场分布。在直光纤时，模场主要集中在纤芯左侧，而当弯曲时，光将向光纤外侧集中，因而其模场面积会减小，但仍然能够保证低损耗传输。

图6给出了图2光纤为直光纤时的模场分布，图7为图2光纤沿-X轴方向弯曲、弯曲半径为30cm时的模场分布。在直光纤状态下，纤芯中的模式场将向无第三类孔4的纤芯左侧集中，这是因为第三类孔4的引入使得右侧纤芯区的等效折射率下降，从而对纤芯左侧的光产生束缚作用。因此第三类孔4的引入会使光纤的模场面积有所减小。在弯曲状态下，虽然光向纤芯右侧集中，但与无第三类孔4的结构相比，此时基模仍具有较大的模场面积。因此，第三类孔4的引入，可保证光纤在直光纤和弯曲状态下具有相近的模场面积，有利于其在高功率激光领域的应用。

以下以石英或聚合物材料为基质材料为例，说明光纤的传输特性。实际应用时，可根据不同的基质材料和基质材料所适用的波长范围来选择相应的光纤结构。

实施例一：

光纤的横截面结构如图1所示。基质材料采用纯石英，孔材料采用掺杂的石英材料。第一类孔2的周期Λ₂为16 μm，孔直径d₂为9.6 μm，孔的折射率比基质材料低0.004。第二类孔3的周期Λ₃为48 μm，孔直径d₃为14.4 μm，孔的折射率比基质材料低0.004。传输波长为1064 nm时，在直光纤时的基模模场面积可达3224 μm²，在弯曲半径为20 cm时，基模的模场面积为1210.8 μm²。光纤可在弯曲半径可低至12 cm时仍保持低损耗传输。直光纤时其基模泄漏损耗小于 0.002 dB/m，高阶模损耗大于60 dB/m。光纤的允许的弯曲角度范围可达±45°。

实施例二：

光纤的横截面结构如图2所示。基质材料采用纯石英，孔材料采用掺杂的石英材料。第三类孔4的周期Λ₄为8 μm，孔直径d₄为2.4 μm，孔的折射率比基质材料低0.001。第一类孔2的周期Λ₂为16 μm，孔直径d₂为9.6 μm，孔的折射率比基质材料低0.004。第二类孔3的周期Λ₃为48 μm，孔直径d₃为19.2 μm，孔的折射率比基质材料低0.004。传输波长为1064 nm时，在直光纤时的基模模场面积可达2520.7 μm²；在弯曲半径为50 cm时，基模的模场面积为2778.6 μm²；在弯曲半径为30 cm时，基模的模场面积为2204.5 μm²。直光纤时其基模泄漏损耗小于0.01 dB/m，高阶模损耗大于30 dB/m。光纤的允许的弯曲角度范围可达±45°。

实施例三：

光纤的横截面结构如图1所示。基质材料和孔材料均采用聚合物材料。第一类孔2的周期Λ₂为10 μm，孔直径d₂为6 μm，孔的折射率比基质材料低0.006。第二类孔3的周期Λ₃为30 μm，孔直径d₃为12 μm，孔的折射率比基质材料低0.006。传输波长为633 nm时，在直光纤时的基模模场面积可达1218.8 μm²。其弯曲半径可低至7.5 cm。直光纤时，其基模泄漏损耗小于0.005 dB/m，高阶模损耗大于20 dB/m。这种具有单模、大模场特性和低弯曲损耗的聚合物光纤可用于中短距离通信中需要宽带、大容量通信的场合。

上述附图仅为说明性示意图，并不对本发明的保护范围形成限制。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

Claims (5)

1.一种大模场微结构光纤，包括纤芯和包层，其特征在于：所述包层由基质材料(1)、第一类孔(2) 和第二类孔(3)组成；第一类孔(2)的孔中心分布于以光纤中心为圆心的180-240度的扇形区域内，第二类孔(3) 的孔中心分布于其余扇形区域内；每个第一类孔(2)的孔中心与光纤中心的距离≥                                                

Λ₂，每个第二类孔(3)的孔中心与光纤中心的距离≥Λ₃；所述第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔周期满足Λ₃>1.5Λ₂，归一化直径的关系满足：d₂/Λ₂>d₃/Λ₃，其交界面至少有一对孔间距≤Λ_3??；第一类孔(2)和第二类孔(3)的折射率均小于基质材料(1)的折射率；纤芯为第一类孔(2)和第二类孔(3)包围的区域；

其中：孔周期为两个同类型孔的孔中心之间的距离，d₂，d₃为第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔直径，Λ₂，Λ₃为第一类孔(2)和第二类孔(3)的孔周期，归一化直径为孔直径与孔周期的比值，孔间距为两个不同类型孔的孔中心的距离。

2.如权利要求1所述的大模场微结构光纤，其特征在于：第一类孔(2)的直径d₂与孔周期Λ₂满足d₂/Λ₂>0.5；第二类孔(3)的孔直径d₃与孔周期Λ₂满足d₃/Λ₃<0.5

如权利要求1所述的大模场微结构光纤，其特征在于：第一类孔(2)的折射率n₂和第二类孔(3)的折射率n₃与基质材料(1)的折射率n₁之间的关系为：n₁-n₂>0.001，n₁-n₃>0.001。

3.如权利要求1、2或3所述的大模场微结构光纤，其特征在于：所述纤芯包括第三类孔(4)，其分布在远离所述第二类孔(3)的一侧，其分布面积不大于纤芯截面积的一半；所述第一类孔(2)的孔周期Λ₂与第三类孔(4)的孔周期Λ₄之间满足Λ₄<Λ₂；第三类孔(4)的直径d₄与其孔周期Λ₄满足d₄/Λ₄<0.4，其折射率小于基质材料(1)的折射率。

4.如权利要求4所述的大模场微结构光纤其特征在于，第三类孔(4)的折射率n₄与基质材料(1)的折射率n₁之间满足n₁-n₄<0.003。

5.如权利要求4所述的大模场微结构光纤，其特征在于，所述第一类孔2的周期Λ₂、第二类孔3的周期Λ₃、第三类孔4的周期Λ₄之间的比例为：Λ₃=3Λ₂=6Λ₄。

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