CN105807365A - 光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的光子晶体光纤包括纤芯和包层，所述包层设置有多个空气孔，多个所述空气孔组成正多边形，所述纤芯设置于所述正多边形的中央，所述包层的直径大于或等于250微米。通过改善包层的结构，将包层的直径设置的更大，并且在包层设置多个空气孔，可以增加包层的表面积，增加散热面积后，可实现高功率超连续谱激光的输出，结构简单，可拓展性强，可工业化。

Description

光子晶体光纤

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体而言，涉及一种光子晶体光纤。

背景技术

光子晶体光纤是产生超连续谱激光的重要手段。超连续谱激光器一般采用高峰值功率超短脉冲激光泵浦具有小模场面积的光子晶体光纤，在光子晶体光纤中实现超连续谱展宽。然而，传统的用于产生超连续谱的小模场面积光子晶体光纤，包层直径很小，由于超连续谱产生过程中，短波长激光束缚能力较弱，使得一部分短波长激光发生泄露，在包层处产生热沉积，但是现有的光纤散热面积受限，难以实现更高功率超连续谱激光的输出。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种光子晶体光纤。

第一方面，本发明实施例提供的一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，所述包层设置有多个空气孔，多个所述空气孔组成正多边形，所述纤芯设置于所述正多边形的中央，所述包层的直径大于或等于250微米。

通过改善包层的结构，将包层的直径设置的更大，并且在包层设置多个空气孔，可以增加包层的表面积，增加散热面积后，可实现高功率连续激光的输出。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述空气孔的横截面的形状为圆形，所述空气孔的直径为1.3微米。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，多个所述空气孔的每相邻两个所述空气孔之间的间距为1.7微米。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述包层的直径为250微米。

将包层的直径设置为250微米可以较好的增大光子晶体光纤散热面积，打破超连续谱激光功率中的光纤受限因素。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述包层的直径为400微米。

将包层的直径设置为400微米可以较好的增大光子晶体光纤散热面积，打破超连续谱激光功率中的光纤受限因素。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述正多边形为正六边形。

所述正六边形能够使多个空气孔排列对称，并且组成的形状简单，可容纳的空气孔更多。

结合第一方面的第五种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，所述正六边形的对角线长度为5微米。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述纤芯和所述包层均由石英制成，所述包层的折射率小于所述纤芯的折射率。

由于所述包层的折射率比所述纤芯的折射率小，光线在纤芯传送，当光纤射到纤芯和包层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，会全部反射回来，继续在纤芯内向前传送。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述包层外还设置有涂覆层。

所述涂覆层是在光纤拉丝后热涂覆上去的，不仅可以防止灰尘，更重要是保护光纤，增加光纤机械强度。

结合第一方面的第八种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第九种可能实施方式，所述涂覆层的材质为丙烯酸酯或硅橡胶。

与现有技术相比，本发明的光子晶体光纤通过改善包层的结构，将包层的直径设置的更大，并且在包层设置多个空气孔，可以增加包层的表面积，增加散热面积后，可实现高功率超连续谱激光的输出，结构简单，可拓展性强，可工业化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供光子晶体光纤的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例提供光子晶体光纤的截面图。

主要元件符号说明

光子晶体光纤	100
		纤芯	101
包层	102
		空气孔	103
涂覆层	104

具体实施方式

光子晶体光纤是产生超连续谱激光器的重要手段。超连续谱激光器一般采用高峰值功率超短脉冲激光泵浦具有小模场面积的光子晶体光纤，在光子晶体光纤中实现超连续谱展宽。然而，传统的用于产生超连续谱的小模场面积光子晶体光纤，包层直径很小，由于超连续谱产生过程中，短波长激光束缚能力较弱，使得一部分短波长激光发生泄露，在包层处产生热沉积，但是现有的光纤散热面积受限，难以实现更高功率超连续谱激光的输出。

鉴于上述情况，本发明提供一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，通过在包层设置空气孔以及将包层的直径做的更大，克服现有技术的技术难度，以改善现有技术中光纤散热面积受限，难以实现更高功率超连续谱激光的输出的问题。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1和图2，图1是本发明实施例提供的光子晶体光纤100的结构示意图，图2是本发明实施例提供的光子晶体光纤100的截面图。本发明实施例提供的光子晶体光纤100包括纤芯101和包层102，所述包层102设置有多个空气孔103，多个所述空气孔103组成正多边形，所述纤芯101设置于所述正多边形的中央。

所述纤芯101设置于所述包层102的中央，本发明采用小直径纤芯101大直径包层102，所述多个空气孔103设置于包层102，并将所述纤芯101环绕，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿光纤的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯101区传播。

本发明的光子晶体光纤100有类似于常规光纤的性质，其工作原理是由内部全反射(TIR)形成波导；相比于传统的折射率传导，由于空气孔结构的存在，光子晶体包层102的有效折射率小于纤芯101的有效折射率。

所述多个空气孔103围成正多边形，可以提高光子晶体光纤100传播的激光的功率，而排列不对称的空气孔103也可以产生很大的双折射效应，会发生激光的偏振。

本实施例中所述多个气孔围成正六边形，围成所述正六边形能够使多个空气孔103排列对称，并且组成的形状简单，可容纳的空气孔103更多。

在其他具体实施方式，所述多个空气孔103也可以围成其他的形状，例如，正三角形、正方形、正八边形等等。

本实施例中，多个空气孔103围成的正六边形的对角线长度为5微米。当然此数值的选取并不作为对本发明的限定，在其他具体实施方式中，所述正六边形的对角线的长度还可以为其他数值，例如4微米、8微米、10微米等。

本发明的包层102采用大包层，其直径的取值为大于或等于250微米，采用大包层直径，可以增大光子晶体光纤100散热面积，打破超连续谱激光功率中的光纤受限因素。

优选的，在本发明中，所述包层102的直径选取250微米或400微米的包层102。

所述空气孔103的形状为圆形，设置为圆形，一方面是为了便于生产制造，另一方面是为了方便排列对称。本发明中所述空气孔103的直径为1.3微米，并且多个空气孔103的每相邻两个所述空气孔103之间的间距为1.7微米。

在其他具体实施方式中，所述空气孔103的直径和所述每相邻两个所述空气孔103之间的间距还可以为其他数值，例如所述空气孔103的直径为可以1.2微米、1.4微米、1.8微米等，所述每相邻两个所述空气孔103之间的间距可以为1.6、1.9、2.2微米等。

本发明实施例提供的光子晶体光纤100可以包括折射率导光型光子晶体光纤100和带隙型光子晶体光纤100。所述折射率引导型光子晶体光纤100具有无截止单模特性、大模场尺寸或小模场尺寸和色散可调特性(调节d，Λ等，无须掺杂)等特性。被广泛应用于色散控制(色散平坦，零色散位移可以到800nm)，非线性光学(高非线性，超连续谱产生)，多芯光纤，有源光纤器件(双包层102PCF有效束缚泵浦光)和光纤传感等领域。

空隙带隙型光子晶体光纤100具有易耦合，无菲涅尔反射，低弯曲损耗、低非线性和特殊波导色散等特点被广泛应用于高功率导光，光纤传感和气体光纤等方面。光子晶体光纤100的发展为光纤传感开拓了广阔的空间，尤其是在生物传感和气体传感方面为光纤传感技术带来新的发展。

所述光子晶体光纤100的纤芯101和包层102的材质可以采用石英、多成分玻璃、塑料、复合材料(如塑料包层102、液体纤芯101等)、玻璃纤维。由于光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。

因此，本实施例的纤芯101采用高折射率的玻璃芯，所述包层102为第折射率的硅玻璃包层102。所述纤芯101的折射率比所述包层102的折合率大约为1％。光线在纤芯101传送，当光纤射到纤芯101和包层102界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，会全部反射回来，继续在纤芯101内向前传送。

本发明实施例的光子晶体光纤100的外层设置有涂覆层104，所述涂覆层104是在光纤拉丝后热涂覆上去的，不仅可以防止灰尘，更重要是保护光纤，增加光纤机械强度。

涂覆层104是在包层102表面上形成一种膜层，涂覆层104的化学成分、组织结构可以和基质材料可以不同，它以满足表面性能、涂覆层104与基质材料的结合强度能适应工况要求、经济性好、环保性好为准则。

综上所述，本发明的光子晶体光纤100包括纤芯101和包层102，所述包层102设置有多个空气孔103，多个所述空气孔103组成正多边形，所述纤芯101设置于所述正多边形的中央，所述包层102的直径大于或等于250微米。

通过改善包层102的结构，将包层102的直径设置的更大，并且在包层102设置多个空气孔103，可以增加包层102的表面积，增加散热面积后，可实现高功率连续激光的输出，结构简单，可拓展性强，可工业化。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光子晶体光纤，其特征在于，包括纤芯和包层，所述包层设置有多个空气孔，多个所述空气孔组成正多边形，所述纤芯设置于所述正多边形的中央，所述包层的直径大于或等于250微米。

2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述空气孔的横截面的形状为圆形，所述空气孔的直径为1.3微米。

3.根据权利要求2所述的光子晶体光纤，其特征在于，多个所述空气孔的每相邻两个所述空气孔之间的间距为1.7微米。

4.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述包层的直径为250微米。

5.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述包层的直径为400微米。

6.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述正多边形为正六边形。

7.根据权利要求6所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述正六边形的对角线长度为5微米。

8.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述纤芯和所述包层均由石英制成，所述包层的等效折射率小于所述纤芯的折射率。

9.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述包层外还设置有涂覆层。

10.根据权利要求9所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述涂覆层的材质为丙烯酸酯或硅橡胶。