CN105589127A - 一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤 - Google Patents

一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤 Download PDF

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Abstract

一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤。该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布第一硅环芯(2，1)、第一掺稀土离子环芯(3，1)…第N硅环芯(2，N)、第N掺稀土离子环芯(3，N)，围绕第N掺稀土离子环芯均匀分布M个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(4，1)…(4，M)，内包层(5)，外包层(6)；M、N为整数；芯区、环芯、瓣状纤芯的折射率相等；各个硅环芯的折射率相等；硅环芯的折射率小于掺稀土离子芯区的折射率；外包层(6)的折射率小于内包层(5)的折射率小于硅环芯的折射率。本发明制造方法简便有效，实现光纤大的有效模场面积，适用于大规模生产。

Description

一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤
技术领域
本发明涉及一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。
背景技术
掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm，Yb等)离子光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。
光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。随着激光技术应用的发展，材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量的激光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。而仅仅采用单模有源纤芯的双包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于等于10微米，受到非线性、结构元素和衍射极限的限制，承受的光功率有限，单模有源光纤纤芯连续波损坏阈值约1W/m2[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，andS.U.Alam，”HighPowerFiberLasers：NewDevelopments”，ProceedingsofSPIEVol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[NilssonJ,AlamSU,Alvarez-ChavezJ,etal.High-powerandtunableoperationoferbium-ytterbiumco-dopedcladding-pumpedfiberlasers[J].QuantumElectronics,IEEEJournalof,2003,39(8):987-994.]。
多芯光纤激光器实现单模输出，已经得到实现证实。文献中采用的多芯光纤有效模场面积达到465μm2[Vogel，MoritxM，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss，Andreas，Graf，Thomas，”Verylargemodeareasingle-modemulticorefiber”，Opt.Lett.34(18)，2876-2878(2009)]。然而这种单模激光器采用的多芯光纤，对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离需要精确的设计，对光纤纤芯之间的距离的容许误差小，批量生产成品率低。
分块包层光纤是一种新型光纤，选取特定的光纤参数，能够实现单模工作[A.Yeung，K.S.Chiang，V.Rastogi，P.L.Chu，andG.D.Peng，”Experimentaldemonstrationofsingle-modeoperationoflarge-coresegmentedcladdingfiber，”inOpticalFiberCommunicationConference，TechnicalDigest(CD)(OpticalSocietyofAmerica，2004)，paperThI4.]。这种光纤，其特定的结构是增加基模以外的损耗，实现了在芯层直径在50微米的光纤中实现单模工作，然而其功率的提高受限于芯层半径。
多沟槽光纤是一种新型光纤，通过多环形芯环绕，实现单模工作[D.Jain,C.Baskiotis,J.K.Sahu,”Modeareascalingwithmulti-trenchrod-typefibers,Opticsexpress”,2013]。这种光纤，工艺要求高，与普通光纤连接损耗大，弯曲引起的双折射是克服不了的难题。
发明内容
为克服现有大模场单模多芯光纤批量生产成品率低、分块包层光纤芯层直径有限、单芯多掺稀土离子区双包层光纤承受光功率有限以及多沟槽光纤弯曲敏感等缺陷，提出了一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤。
本发明的技术方案：
单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，该光纤中心为掺稀土离子芯区，由内到外分布第一硅环芯、第一掺稀土离子环芯……第N硅环芯、第N掺稀土离子环芯，该光纤内包层围绕第N掺稀土离子环芯均匀分布M个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯，内包层，外包层，1≤N≤5整数，3≤M≤32整数；
掺稀土离子芯区、第一掺稀土离子环芯……第N掺稀土离子环芯、瓣状纤芯的折射率相等；第一硅环芯……第N硅环芯的折射率相等；第一硅环芯……第N硅环芯的折射率小于掺稀土离子芯区、掺稀土离子环芯、瓣状纤芯的折射率；内包层的折射率小于第一硅环芯……第N硅环芯的折射率，外包层的折射率小于内包层的折射率。
掺稀土离子芯区、第一掺稀土离子环芯……第N掺稀土离子环芯、瓣状纤芯的掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子；掺稀土离子芯区、第一掺稀土离子环芯……第N掺稀土离子环芯、瓣状纤芯的掺稀土离子类型相同。
掺稀土离子芯区的纤芯直径小于等于50μm；第一掺稀土离子环芯……第N掺稀土离子环芯的各环芯厚度小于等于5μm，瓣状纤芯的厚度小于等于25μm。
掺稀土离子芯区与第一掺稀土离子环芯的最小距离小于等于5μm，各个掺稀土离子环芯之间的最小距离小于等于5μm，瓣状纤芯均匀分布，各块瓣状纤芯弧度等于180°除以M。
本发明的有益效果具体如下：一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，能实现大功率的激光输出，通过调整光纤中心掺稀土离子芯区的面积、掺稀土离子环芯的厚度，以及掺稀土瓣状纤芯的厚度和角度，调节硅环芯的层数和厚度，实现光纤大的有效模场面积，能实现大功率单模激光输出。由于硅环的存在和瓣状光纤的角度可调节，从而有利于实现纤芯热扩散，有效地提高了光纤的抗热能力和单模特性。
附图说明
图1为单模1环纤芯耦合3块掺稀土瓣状纤芯的光纤截面图。
图2为单模5环纤芯耦合16块掺稀土瓣状纤芯的光纤截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一，单模2环纤芯耦合3块掺稀土瓣状纤芯的光纤，参见图1。该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布第一硅环芯(2，1)、第一掺稀土离子环芯(3，1)，围绕第一掺稀土离子环芯(3，1)均匀分布3个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)，内包层(5)，外包层(6)，本实例中N＝1，M＝3；
掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)、瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)的掺稀土离子类型均为铒离子。
掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)、瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)的折射率相等；
第一硅环芯(2，1)的折射率小于掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)、瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)的折射率；内包层(5)的折射率小于第一硅环芯(2，1)的折射率，外包层(6)的折射率小于内包层(5)的折射率
掺稀土离子芯区(1)的直径为50μm，掺稀土离子环芯的厚度为3μm，瓣状纤芯的厚度为25μm，角度为60°
硅环芯的厚度为3μm。
实施例二，单模10环纤芯耦合16块掺稀土瓣状纤芯的光纤，参见图2。该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布第一硅环芯(2，1)、第一掺稀土离子环芯(3，1)、第二硅环芯(2，2)、第二掺稀土离子环芯(3，2)、第三硅环芯(2，3)、第三掺稀土离子环芯(3，3)、第四硅环芯(2，4)、第四掺稀土离子环芯(3，4)、第五硅环芯(2，5)、第五掺稀土离子环芯(3，5)，该光纤内包层围绕第五掺稀土离子环芯(3，5)均匀分布16个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)、(4，4)、(4，5)、(4，6)、(4，7)、(4，8)、(4，9)、(4，10)、(4，11)、(4，12)、(4，13)、(4，14)、(4，15)、(4，16)，内包层(5)，外包层(6)，本实例中N＝5，M＝16；
掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)、(3，2)、(3，3)、(3，4)、(3，5)，瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)、(4，4)、(4，5)、(4，6)、(4，7)、(4，8)、(4，9)、(4，10)、(4，11)、(4，12)、(4，13)、(4，14)、(4，15)、(4，16)的掺稀土离子类型均为铒离子。
掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)、(3，2)、(3，3)、(3，4)、(3，5)，瓣状纤芯(4，1)、(4，2)、(4，3)、(4，4)、(4，5)、(4，6)、(4，7)、(4，8)、(4，9)、(4，10)、(4，11)、(4，12)、(4，13)、(4，14)、(4，15)、(4，16)的折射率相等；
第一硅环芯(2，1)……第五硅环芯(2，5)的折射率相等；第一硅环芯(2，1)……第五硅环芯(2，5)的折射率小于掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)……(3，5)、瓣状纤芯(4，1)……(4，16)的折射率；内包层(5)的折射率小于第一硅环芯(2，1)……第五硅环芯(2，5)的折射率，外包层(6)的折射率小于内包层(5)的折射率
掺稀土离子芯区(1)的直径为20μm，掺稀土离子环芯的厚度为3μm，瓣状纤芯的厚度为25μm，角度为11.25°
硅环芯的厚度为3μm。

Claims (4)

1.单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，其特征为：该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布第一硅环芯(2，1)、第一掺稀土离子环芯(3,1)……第N硅环芯(2，N)、第N掺稀土离子环芯(3，N)，该光纤内包层围绕第N掺稀土离子环芯(3，N)均匀分布M个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(4，1)……(4，M)，内包层(5)，外包层(6)，1≤N≤5整数，3≤M≤32整数；
掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)、瓣状纤芯(4，1)……(4，M)的折射率相等；第一硅环芯(2，1)……第N硅环芯(2，N)的折射率相等；第一硅环芯(2，1)……第N硅环芯(2，N)的折射率小于掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)、瓣状纤芯(4、1)……(4、M)的折射率；内包层(5)的折射率小于第一硅环芯(2，1)……第N硅环芯(2，N)的折射率，外包层(6)的折射率小于内包层(5)的折射率。
2.根据权利要求1所述的单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，其特征为：掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)、瓣状纤芯(4，1)……(4，M)的掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子；掺稀土离子芯区(1)、掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)、瓣状纤芯(4，1)……(4，M)的掺稀土离子类型相同。
3.根据权利要求1所述的单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，其特征为：掺稀土离子芯区(1)的纤芯直径小于等于50μm；掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)的各环芯厚度小于等于5μm，瓣状纤芯(4，1)……(4，M)的厚度小于等于25μm。
4.根据权利要求1所述的单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，其特征为：掺稀土离子芯区(1)与第一掺稀土离子环芯(3,1)的最小距离小于等于5μm，各个掺稀土离子环芯(3，1)……(3，N)之间的最小距离小于等于5μm，瓣状纤芯(3，1)、(3，2)……(3，M)均匀分布，各块瓣状纤芯弧度等于180°除以M。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842413A (zh) * 2016-12-21 2017-06-13 北京交通大学 一种大模场单模多层纤芯的瓣状光纤
CN106997071A (zh) * 2016-12-21 2017-08-01 北京交通大学 一种大模场单模多层纤芯的瓣状光纤
CN109143464A (zh) * 2018-11-29 2019-01-04 中聚科技股份有限公司 一种稀土掺杂玻璃光纤及其制备方法
CN109799572A (zh) * 2018-12-12 2019-05-24 桂林电子科技大学 一种纤维集成的高斯-环形模场适配器
CN110320591A (zh) * 2019-07-04 2019-10-11 山东大学 一种基于表面微结构的单晶激光光纤及其制作方法与应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101187072A (zh) * 2007-11-30 2008-05-28 东华大学 制备瓣状光纤的复合喷丝组件
CN101710194A (zh) * 2009-12-18 2010-05-19 北京交通大学 多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法
CN102305958A (zh) * 2011-09-01 2012-01-04 北京交通大学 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法
CN102262263B (zh) * 2011-09-01 2012-09-05 北京交通大学 圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制作方法
EP1988411B1 (en) * 2006-02-21 2014-05-14 The Furukawa Electric Co., Ltd. Nonlinear optical fiber, nonlinear optical device, and optical signal processor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1988411B1 (en) * 2006-02-21 2014-05-14 The Furukawa Electric Co., Ltd. Nonlinear optical fiber, nonlinear optical device, and optical signal processor
CN101187072A (zh) * 2007-11-30 2008-05-28 东华大学 制备瓣状光纤的复合喷丝组件
CN101710194A (zh) * 2009-12-18 2010-05-19 北京交通大学 多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法
CN102305958A (zh) * 2011-09-01 2012-01-04 北京交通大学 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法
CN102262263B (zh) * 2011-09-01 2012-09-05 北京交通大学 圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制作方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AJEET KUMAR ETAL: "Birefringence analysis of segmented cladding fiber", 《APPLIED OPTICS》 *
BABITA HOODA ETAL: "Segmented cladding fiber fabrication in silica-based glass", 《OPTICAL ENGINEERING》 *
段菊兰 等: "聚合物瓣状光纤研究进展", 《通信技术》 *
莫欧文 等: "复合纺丝法制备六瓣聚合物光纤的纺丝工艺研究", 《合成纤维》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842413A (zh) * 2016-12-21 2017-06-13 北京交通大学 一种大模场单模多层纤芯的瓣状光纤
CN106997071A (zh) * 2016-12-21 2017-08-01 北京交通大学 一种大模场单模多层纤芯的瓣状光纤
CN109143464A (zh) * 2018-11-29 2019-01-04 中聚科技股份有限公司 一种稀土掺杂玻璃光纤及其制备方法
CN109143464B (zh) * 2018-11-29 2019-03-12 中聚科技股份有限公司 一种稀土掺杂玻璃光纤及其制备方法
CN109799572A (zh) * 2018-12-12 2019-05-24 桂林电子科技大学 一种纤维集成的高斯-环形模场适配器
CN110320591A (zh) * 2019-07-04 2019-10-11 山东大学 一种基于表面微结构的单晶激光光纤及其制作方法与应用
CN110320591B (zh) * 2019-07-04 2020-08-25 山东大学 一种基于表面微结构的单晶激光光纤及其制作方法与应用

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