CN113093326A - 一种大模场面积光子晶体光纤 - Google Patents

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Abstract

一种大模场面积光子晶体光纤，属于光学与激光光电子技术领域。该大模场面积光子晶体光纤基本结构由内及外依次为位于光纤几何中心的低折射率实芯纤芯、空气孔周期性排布的高折射率内包层区域以及一圈微毛细管围绕而成的外包层。内包层包含有一圈或多圈空气孔，每圈空气孔中心连线构成一个正六边形。本发明相比于传统实芯光纤，具有弯曲损耗小、非线性阈值高、泵浦效率高和单模传输的特点。它在高功率光纤激光器、光纤放大器等领域有着很高的应用潜力。

Description

一种大模场面积光子晶体光纤
技术领域
本发明属于光学与激光光电子技术领域，具体为一种大模场面积光子晶体光纤(Large Mode Area Photonic Crystal Fiber Fiber,LMA-PCF)。本发明还涉及制造LMA-PCF的方法。
背景技术
光纤激光器具有结构简单、散热效果好、转换效率高、光束质量高以及维护方便等优点，成为目前国内外激光研究领域的最大热点之一。近年来随着包层抽运、抽运耦合和光束整形等技术的发展，光纤激光器的输出功率迅速提高。尽管目前传统光纤激光器的输出功率已达万瓦量级，但随着工业的发展对激光器的输出功率要求越来越高，要进一步提高光纤激光器的输出功率，却遇到了非线性效应，散热，成本等问题，欲更大幅度地提高单个激光器的功率已经相当困难。大量研究表明：缩短激光器腔长、提高光纤稀土离子掺杂浓度、增大纤芯直径是解决这些问题的最佳途径。然而，为保证输出激光的光束质量，在要求大模场面积(LMA)的同时，必须使光纤能够单模运转。而传统的单模光纤的纤芯直径很小，难以实现大模场面积；增大纤芯直径则不可避免地会造成多横模竞争，影响输出光束质量。
光子晶体光纤(PCF)是实现大模场最有前途的一种光纤结构。相比于传统的光纤，PCF具有许多奇特的光学性质，如无截止单模、低损耗、色散可调、高双折射、大模场面积和大数值孔径等，可以克服传统光纤激光器的诸多难题。首先，PCF可实现单模大模场面积，在保证激光传输质量的同时，显著降低光纤中的激光功率密度，减小光纤中的非线性效应，提高光纤材料的损伤阈值；其次，PCF可以实现较大的内包层数值孔径，从而提高抽运光的耦合效率，可采用长度相对较短的光纤实现高功率输出。大模场PCF的诸多优良特性，使它成为光纤激光器中一个新的研究热点，在高功率光纤激光器的研究和应用中发挥越来越重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有毫米量级的外径、双包层的结构大模场面积的有源光子晶体光纤，其具有弯曲损耗小、非线性阈值高、泵浦效率高和单模传输的特点。它在高功率光纤激光器、光纤放大器等领域有着很高的应用潜力。
本发明的技术解决方案如下：
一种大模场面积光子晶体光纤，该大模场面积光子晶体光纤由内及外结构依次为位于光纤几何中心的低折射率实芯纤芯、空气孔周期性排布的高折射率内包层区域以及一圈微毛细管围绕而成的外包层；其中所述高折射率内包层区域包含由多个离散的微毛细管围成的一圈或多圈(优选为2-4圈)结构，每个微毛细管对应为一个空气孔，每圈空气孔中心连线构成一个正六边形，多圈时多个正六边形同轴平行嵌套；每个微毛细管均为离散的。
所述内包层区域的微毛细管中空气孔的直径与相邻两空气孔间距之比一般为10％-40％。
所述低折射率实芯纤芯为一种圆心的掺杂的增益介质，优选为二氧化硅。
所述外包层由一层微毛细管接触环绕一圈组成。
整个光子晶体光纤外直径为1mm-2mm。
一种大模场面积光子晶体光纤的制作方法，主要包括以下步骤：
(a)堆积毛细管或实芯玻璃棒，形成一个毛细管或实芯玻璃棒的六边形堆层，该堆层包括支撑整个结构的截断的毛细管或棒状物。
(b)在嵌套的两玻璃管中依次排列一圈毛细管，形成一个毛细管围成的圆环。
(c)利用高温加压分别来拉制所述两堆层，拉制出具有所述结构的中间过渡品。
(d)将内包层中间过渡品与外包层中间过渡品组合后在所述内包层区域(2)或外包层区域(3)充气、抽真空，在均匀拉力下拉制成光纤。
步骤(d)中，以小于等于1m/min的速度拉制光纤。
步骤(d)中，以大于等于100mbar的压力充进所述内包层区域(2)或外包层区域(3)进行拉制。
步骤(d)中，以小于等于-60mbar的压力抽所述内包层区域(2)或外包层区域(3)进行拉制。
步骤(d)中，所述中间过渡品直径在3mm-5mm之间。
附图说明
图1是本发明一种LMA-PCF光纤端面的结构示意图。
图2是本发明另一种LMA-PCF光纤端面的结构示意图。
图中：1、低折射率实芯纤芯区域，2、内包层区域，3、外包层区域。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
图1和图2给出了本发明中大模场面积光子晶体光纤的第一和第二种的端面结构示意图。它们的结构都包括位于光纤几何中心的低折射率实芯纤芯、空气孔周期性排布的高折射率内包层区域以及一圈微毛细管围绕而成的外包层共同组成。其中，低折射率的圆形纤芯区域(1)为一种掺杂的增益介质；所述高折射率的包层区域为二氧化硅。内包层区(2)由多个微毛细管周期排列而成；外包层区(3)由多个微毛细管围绕一圈组成，这里使用的固体材料与内包层区(2)的材料相同，均为二氧化硅。
图1和图2给出的两个实施例，应当理解为：
1)具有低折射率的实芯圆形纤芯区域(1)引导光沿着光纤轴向传输。
2)靠近芯层的内包层区域(2)周期性排列的微毛细管层数可以根据需要改变。每圈空气孔中心连线构成一个正六边形。
3)靠近内包层区域的外包层区域(3)由多个微毛细管围绕一圈而成。其作用是使泵浦光在内包层中传输，避免泵浦光溢出。
4)内包层区(2)中空气孔的直径与两孔间距之比一般为10％-40％。
5)外包层区域外没有涂覆层，其作用是增强光纤在长时间高温环境下的应用效果。
6)光纤外径为1mm-2mm，其作用是较短的光纤长度就可以提供很高的增益效果，并且避免引入弯曲损耗。

Claims (8)

1.一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，该大模场面积光子晶体光纤由内及外结构依次为位于光纤几何中心的低折射率实芯纤芯、空气孔周期性排布的高折射率内包层区域以及一圈微毛细管围绕而成的外包层；其中所述高折射率内包层区域包含由多个离散的微毛细管围成的一圈或多圈结构，每个微毛细管对应为一个空气孔，每圈空气孔中心连线构成一个正六边形，多圈时多个正六边形同轴平行嵌套；每个微毛细管均为离散的。
2.按照权利要求1所述的一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，所述内包层区域的微毛细管中空气孔的直径与相邻两空气孔间距之比为10％-40％。
3.按照权利要求1所述的一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，多圈为2-4圈。
4.按照权利要求1所述的一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，所述低折射率实芯纤芯为一种圆心的掺杂的增益介质，为二氧化硅。
5.按照权利要求1所述的一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，所述外包层由一层微毛细管接触环绕一圈组成。
6.按照权利要求1所述的一种大模场面积光子晶体光纤，其特征在于，整个光子晶体光纤外直径为1mm-2mm。
7.按照权利要求1-6任一项所述的一种大模场面积光子晶体光纤的制作方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(a)堆积毛细管或实芯玻璃棒，形成一个毛细管或实芯玻璃棒的六边形堆层，该堆层包括支撑整个结构的截断的毛细管或棒状物；
(b)在嵌套的两玻璃管中依次排列一圈毛细管，形成一个毛细管围成的圆环；
(c)利用高温加压分别来拉制所述两堆层，拉制出具有所述结构的中间过渡品；
(d)将内包层中间过渡品与外包层中间过渡品组合后在所述内包层区域(2)或外包层区域(3)充气、抽真空，在均匀拉力下拉制成光纤。
8.按照权利要求7所述的一种大模场面积光子晶体光纤的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，以小于等于1m/min的速度拉制光纤；
步骤(d)中，以大于等于100mbar的压力充进所述内包层区域(2)或外包层区域(3)进行拉制；
步骤(d)中，以小于等于-60mbar的压力抽所述内包层区域(2)或外包层区域(3)进行拉制；
步骤(d)中，所述中间过渡品直径在3mm-5mm之间。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115180816A (zh) * 2022-08-17 2022-10-14 武汉安扬激光技术股份有限公司 用于制备高数值孔径空气包层光纤的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003100488A1 (en) * 2002-05-23 2003-12-04 Crystal Fibre A/S Optical waveguide, method of its production, and its use
US20060120677A1 (en) * 2002-05-23 2006-06-08 Jes Broeng Optical waveguide, method of its production, and its use
CN102213792A (zh) * 2011-06-09 2011-10-12 华中科技大学 一种大模场有源光纤及其制备方法
CN102401933A (zh) * 2011-11-21 2012-04-04 武汉虹拓新技术有限责任公司 一种全掺杂光子晶体光纤及其制备方法
CN108473356A (zh) * 2015-11-10 2018-08-31 Nkt光子学有限公司 用于预制件的元件、纤维生产方法和由预制件拉制的光纤
CN109633808A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 北京信息科技大学 一种抗弯曲超大模场光子晶体光纤
CN110194587A (zh) * 2019-05-30 2019-09-03 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003100488A1 (en) * 2002-05-23 2003-12-04 Crystal Fibre A/S Optical waveguide, method of its production, and its use
US20060120677A1 (en) * 2002-05-23 2006-06-08 Jes Broeng Optical waveguide, method of its production, and its use
CN102213792A (zh) * 2011-06-09 2011-10-12 华中科技大学 一种大模场有源光纤及其制备方法
CN102401933A (zh) * 2011-11-21 2012-04-04 武汉虹拓新技术有限责任公司 一种全掺杂光子晶体光纤及其制备方法
CN108473356A (zh) * 2015-11-10 2018-08-31 Nkt光子学有限公司 用于预制件的元件、纤维生产方法和由预制件拉制的光纤
CN109633808A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 北京信息科技大学 一种抗弯曲超大模场光子晶体光纤
CN110194587A (zh) * 2019-05-30 2019-09-03 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115180816A (zh) * 2022-08-17 2022-10-14 武汉安扬激光技术股份有限公司 用于制备高数值孔径空气包层光纤的方法
CN115180816B (zh) * 2022-08-17 2024-03-19 武汉安扬激光技术股份有限公司 用于制备高数值孔径空气包层光纤的方法

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