CN208156230U - 单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，该光纤包括有源纤芯区、内包层空气孔区、应力硼棒阵列区、外包层空气孔区和外包层基底区，内、外包层空气孔区内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干空气孔，应力硼棒阵列区内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的掺硼石英棒，使有源微结构光纤出射的光为单偏振光。经过有源微结构光纤中微结构包层和应力硼棒区的优化设计，可使在激光热量导致了光纤截面折射率发生变化的情况下，单模和高阶模仍然可以得到较好的模式分离，且仍然保持单偏振光。在高功率运转的情况下，可保证较好的光束质量和单偏振的状态，为稳定的高能量高功率激光运转奠定了基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及微结构光纤领域，特别涉及一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤。
背景技术
近年来，高功率光纤激光器，特别是出于相干合成等需要的有单偏振性能的高功率光纤激光器在制造加工、军事等方面的应用越来越广泛。为了输出更高的功率，降低高功率下引起的光纤的非线性效应，一般采取扩大有源光纤纤芯面积的方法，当纤芯面积扩大时，根据光纤单模的判定公式，为了保持有源光纤仍为单模输出，在制造光纤时，需要缩小掺杂光纤纤芯和包层的有效折射率差。但是由于通过MCVD等掺杂技术使掺杂光纤纤芯和包层石英的折射率差不能非常小，以至于不能满足扩大纤芯面积的同时保持有源光纤仍为单模输出。随着微结构光纤概念的出现，研究人员通过使光纤的包层变为微结构包层的方法实现了在有源光纤纤芯面积相对大的情况下，仍然可以保证光纤为单模输出。
在保证光纤为单模输出的有源光纤微结构包层的空气孔排列方式里，大节距（相邻空气孔圆心之间的距离大于光的波长10倍以上的情况）周期性排列的空气孔为近年来常用的有源微结构光纤中的一种微结构包层空气孔的排列方式。但是这种单模输出的光纤，并不是绝对的单模输出，只不过是高阶模能量所占的能量比例比基模能量所占的比例要低很多。单偏振有源微结构光纤在高功率下，由于热效应，光纤截面的折射率会发生周期性的分布从而形成光栅，改变了有源微结构光纤原有的单模单偏振输出的折射率分布。从而会影响高阶模和基模能量所占比例分配，降低基模能量所占的比例，影响光束质量。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，以使单偏振有源微结构光纤的基模和高阶模实现更好的分离（其原理是因为大节距有源微结构光纤内包层里大节距空气孔的非周期排列减少了纤芯模式能量通过耦合泄露到包层模式，从而使光纤的纤芯基模和高阶模实现了更好的分离），以解决高功率下由于热致光栅效应引起的模式蜕变（不稳定）问题。
本实用新型采取的技术方案是：一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：由内到外依次为包括有源纤芯区、内包层空气孔区、应力硼棒阵列区、外包层空气孔区和外包层基底区，所述内包层空气孔区和外包层空气孔区内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干空气孔，若干空气孔以纤芯轴心为中心，环绕于所述有源纤芯区周围，所述应力硼棒阵列区内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干掺硼石英棒，使有源微结构光纤出射的光为单偏振光。
本实用新型所述环绕于有源纤芯区周围的若干空气孔至少设置两圈，相邻空气孔的孔间距为12μm-30μm，空气孔直径与最内层成周期性排列的相邻空气孔圆心的距离比值范围为大于0，且小于43%。
本实用新型所述外包层空气孔区中的空气孔径向长度在1-30μm之间。
本实用新型所述有源纤芯区为掺镱、掺铒、掺铥或掺钕中的任意一种。
本实用新型所述外包层基底区域为石英、软玻璃或塑料中的任意一种。
本实用新型所述应力硼棒阵列区对称设置在有源纤芯区的两侧。
本实用新型所产生的有益效果是：经过有源微结构光纤中微结构包层和应力硼棒区的优化设计，可使在激光热量导致了光纤截面折射率发生变化的情况下，单模和高阶模仍然可以得到较好的模式分离，且仍然保持单偏振光。保证了在高功率运转的情况下，这种光纤仍可保证较好的光束质量和单偏振的状态，为稳定的高能量高功率激光运转奠定了基础。
附图说明
图1是按照本实用新型的实施例1的光纤横截面结构示意图；
图2是按照本实用新型的实施例2的光纤横截面结构示意图；
图3是按照本实用新型的实施例3的光纤横截面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤由内到外依次为包括有源纤芯区1、内包层空气孔区2、应力硼棒阵列区3、外包层空气孔区4和外包层基底区5，内包层空气孔区2和外包层空气孔区4内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干空气孔，若干空气孔以纤芯轴心为中心，环绕于有源纤芯区1周围，应力硼棒阵列区3内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干掺硼石英棒，使有源微结构光纤出射的光为单偏振光。
环绕于有源纤芯区1周围的若干空气孔至少设置两圈，相邻空气孔的孔间距为12μm-30μm，空气孔直径与最内层成周期性排列的相邻空气孔圆心的距离比值范围为大于0，且小于43%。
在外包层空气孔区4中，若干空气孔所占的面积占外包层空气孔区域4的80%以上，外包层空气孔区4中的空气孔径向长度在1-30μm之间。
有源纤芯区1为掺镱、掺铒、掺铥或掺钕中的任意一种。外包层基底区域5为石英、软玻璃（硫系玻璃、亚蹄酸盐玻璃、氟化物玻璃）或塑料中的任意一种。应力硼棒阵列区3对称设置在有源纤芯区1的两侧。
实施例1：
如图1所示，有源纤芯区1材料为有源掺杂的石英材料，外包层基底区5材料为石英材料，内包层空气孔区2为两圈空气孔，第一圈空气孔为围绕有源纤芯区1的六个等间距的空气孔；在第一圈相邻空气孔的圆心之间距离为21μm，空气孔的直径为2μm；五个等间距的空气孔外面，即有源纤芯区1的两侧各有十个以有源纤芯区域对称排布的掺硼石英棒；第二圈空气孔为围绕有源纤芯区1的八个空气孔，它们既不形成旋转对称，也不形成镜面对称，从而形成非周期性的空气孔分布。光纤外包层空气孔区4为一圈空气孔，其空气孔径向长度为5μm。
实施例2：
如图2所示，有源纤芯区1材料为有源掺杂的石英材料，外包层基底区5为石英材料，内包层空气孔区2为两圈空气孔，第一圈空气孔为围绕有源纤芯区1的六个等间距的空气孔；在第一圈六个等间距空气孔外面，即有源纤芯区1的两侧各有十个掺硼的石英棒；第二圈空气孔为围绕有源纤芯区1的八个等间距的空气孔，第一、第二圈相邻空气孔的圆心之间距离为15μm，空气孔的直径为4μm，在第二圈空气孔的外面再增加两个靠近第二圈空气孔的空气孔（其尺寸也和第一、二圈空气孔的尺寸一样,这三个空气孔距离第二圈空气孔最近的距离为8μm），从而在光纤内包层形成非周期性的空气孔分布。光纤外包层空气孔区4为一圈空气孔，其径向长度为13μm。
实施例3：
如图3所示，有源纤芯区1材料为有源掺杂的石英材料，外包层基底区5材料为石英材料。内包层空气孔区2为两圈空气孔，第一圈空气孔为围绕有源纤芯区1的六个等间距的空气孔；在第一圈六个等间距空气孔外面，即有源纤芯区1的两侧各有十个掺硼的石英棒；第二圈空气孔为围绕有源纤芯区1的八个等间距的空气孔，第一、第二圈相邻空气孔的圆心之间距离为20μm，空气孔的直径为8μm，在第二圈空气孔的外面再增加两个靠近第二圈空气孔的空气孔（其尺寸也和第一、第二圈空气孔的尺寸一样，这三个空气孔距离第二圈空气孔最近的距离为6μm），从而在光纤内包层形成非周期性的空气孔分布。光纤外包层空气孔区4为一圈空气孔，其径向长度为26μm。
在具体实施例中，第一圈空气孔的直径和第一圈成周期性的相邻空气孔圆心的距离比值越小，光纤的光束质量越好，但是制备难度越高。光纤外包层空气孔区域的一圈空气孔，其径向宽度越小，光纤的散热效果越好，但是制备难度越高。
这种结构利用非周期性的空气孔分布使单模和高阶模得到了更好的分离，并且在激光热量导致了光纤截面折射率发生变化的情况下，单模和高阶模仍然可以得到较好的模式分离。这就保证了在高功率运转的情况下，这种非周期性大节距有源微结构光纤仍可保证较好的光束质量，且仍然保持单偏振光，为稳定的高能量高功率激光运转奠定基础。
拥有优化设计的非周期大节距空气孔排列的这种光纤的参数（基膜重叠因子和限制最好的高阶模的重叠因子之差）可达60%以上。
这种微结构光纤的制备采用微结构光纤制备常用的堆积—拉丝法：即把拉制好的毛细管、石英丝、有源掺杂芯棒、无源掺杂硼棒堆积成光纤预制棒，再拉制成光纤。
Claims (6)
1.一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：由内到外依次为包括有源纤芯区（1）、内包层空气孔区（2）、应力硼棒阵列区（3）、外包层空气孔区（4）和外包层基底区（5），所述内包层空气孔区（2）和外包层空气孔区（4）内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干空气孔，若干空气孔以纤芯轴心为中心，环绕于所述有源纤芯区（1）周围，所述应力硼棒阵列区（3）内设置沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的若干掺硼石英棒，使有源微结构光纤出射的光为单偏振光。
2.如权利要求1所述的单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：所述环绕于有源纤芯区（1）周围的若干空气孔至少设置两圈，相邻空气孔的孔间距为12μm-30μm，空气孔直径与最内层成周期性排列的相邻空气孔圆心的距离比值范围为大于0，且小于43%。
3.如权利要求1所述的单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：所述外包层空气孔区（4）中的空气孔径向长度在1-30μm之间。
4.如权利要求1所述的单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：所述有源纤芯区（1）为掺镱、掺铒、掺铥或掺钕中的任意一种。
5.如权利要求1所述的一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：所述外包层基底区（5）为石英、软玻璃或塑料中的任意一种。
6.如权利要求1所述的单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤，其特征在于：所述应力硼棒阵列区（3）对称设置在有源纤芯区（1）的两侧。
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2018
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