專利名稱：大模場(chǎng)雙包層單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單模光纖，特別是一種大模場(chǎng)雙包層單模光纖，它采用泄漏模結(jié)構(gòu)，讓次低階模LP11擁有比基橫模LP01更高的泄漏損耗，使得光纖在具有較大纖芯時(shí)，仍能保證單模輸出。
背景技術(shù)：
要保持光纖的單模運(yùn)行，常規(guī)光纖的纖芯直徑通常應(yīng)小于9μm，但這同時(shí)也限制了單根光纖的輸出功率。為獲得高功率的單模輸出，研究人員提出了兩種大模場(chǎng)光纖結(jié)構(gòu)多孔光纖[Opt.Lett.，22(13)，1997，P961]，多孔光纖具有多種不同的結(jié)構(gòu)，但其工作原理大致相同，可形象地歸結(jié)為“篩孔”結(jié)構(gòu)[SCIENCE，299，2003，P358]?；鶛M模模場(chǎng)面積較小，基本被完全限制于纖芯內(nèi)；而高階模具有較大的模場(chǎng)面積，通過空氣小孔泄露出光纖，保證光纖的單模運(yùn)行。目前單模多孔光纖的纖芯直徑最大為60μm[IEEE J.Sel.Topics Quant.Elect.，12(2)，2006，P233]。
分塊扇形光纖[Opt.Lett.，26(8)，2001，P491]，分塊扇形光纖由周期性交替分布的高折射率區(qū)和低折射率區(qū)組成，利用纖芯內(nèi)不同模式具有不同有效折射率的特點(diǎn)，將基橫模LP01限制在纖芯內(nèi)，而使LP11等高階模從纖芯逸出來實(shí)現(xiàn)單模輸出?，F(xiàn)階段單模分塊扇形光纖的纖芯直徑可達(dá)50μm[OFC2002，P620]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種大模場(chǎng)雙包層單模光纖，具有單模運(yùn)行的更大的纖芯直徑，和其核心是利用高階模式和基橫模在該種光纖中具有不同泄漏損耗系數(shù)的特點(diǎn)，濾掉高階模式，達(dá)到單模運(yùn)行的目的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種大模場(chǎng)單模雙包層光纖，由纖芯、內(nèi)包層和外包層組成，其特點(diǎn)是所述的纖芯的折射率為n1，所述的內(nèi)包層是由折射率分別為n1和n2呈扇形區(qū)域周期性交替分布、帶有空氣小孔的材料構(gòu)成的，所述的外包層的折射率為n3，且折射率滿足關(guān)系式n3＜n2＜n1。
所述的纖芯為摻稀土元素鉺Er3+、鐿Yb3+的石英，或摻雜其它稀土元素的光纖。
所述的內(nèi)包層上均勻分布有空氣小孔，或所述的內(nèi)包層的低折射率區(qū)均勻分布有空氣小孔，該空氣小孔直徑均為d≈a/20，其中a為纖芯直徑。
本發(fā)明的技術(shù)效果是在泄漏模結(jié)構(gòu)光纖中，次高階模LP11泄漏損耗相對(duì)基橫模LP01的損耗比值越大，保證單模運(yùn)行的纖芯直徑也越大。因而在基橫模LP01泄漏損耗基本保持不變的情況下，增大次高階模LP11的損耗，有助于獲得更大模場(chǎng)面積的纖芯。采用分塊扇形光纖基體，基橫模LP01基本限制在纖芯內(nèi)部，次高階模LP11通過包層逸出。在分塊扇形區(qū)域，引入規(guī)則布置的空氣小孔，進(jìn)一步增大高階模的泄漏損耗，空氣小孔的直徑d可根據(jù)光纖的纖芯半徑a來選定。在此結(jié)構(gòu)下，基橫模LP01的損耗基本保持不變，而次低階模LP11的損耗增加，這就使得光纖能夠在更大的纖芯直徑下獲得單模輸出。同時(shí)空氣小孔的引入，也增大了內(nèi)包層的數(shù)值孔徑，使得更多的泵浦光可以進(jìn)入，有利于雙包層光纖輸出功率的提高。


圖1為本發(fā)明大模場(chǎng)單模雙包層光纖實(shí)施例1的截面示意圖。
圖2為本發(fā)明大模場(chǎng)單模雙包層光纖實(shí)施例2的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1為本發(fā)明大模場(chǎng)單模雙包層光纖實(shí)施例1的截面示意圖，圖2為本發(fā)明大模場(chǎng)單模雙包層光纖實(shí)施例2的截面示意圖。由圖可見，本發(fā)明大模場(chǎng)單模雙包層光纖，由纖芯1、內(nèi)包層2和外包層3組成，所述的纖芯1的折射率為n1，所述的內(nèi)包層2是由折射率分別為n1和n2周期性交替呈扇形區(qū)域分布、帶有空氣小孔4的材料構(gòu)成的，所述的外包層3的折射率為n3，且折射率滿足關(guān)系式n3＜n2＜n1。
雙包層光纖的纖芯1(0＜r＜a)為摻雜石英玻璃，折射率為n1，可根據(jù)不同需要摻雜不同的稀土元素(如鉺Er3+、鐿Yb3+等)。內(nèi)包層2(a＜r＜b)為周期性交替分布、帶有空氣小孔4的分塊扇形區(qū)，高折射率區(qū)與纖芯材料相同，折射率為n1；低折射率區(qū)采用純石英，折射率為n2，與n1非常接近，相對(duì)折射率Δ=n12-n222n12≈n1-n2n1<0.5%.]]>高折射率區(qū)與低折射率區(qū)具有相同的角度，即每個(gè)扇區(qū)均為22.5°角。
圖1所示結(jié)構(gòu)在內(nèi)包層2上有圓周方向均勻分布的空氣小孔；而圖2所示結(jié)構(gòu)中，空氣小孔4只在內(nèi)包層2的低折射率n2區(qū)圓周方向均勻分布。圓周半徑分別為r1(a＜r1＜b/3)、內(nèi)包層2r1、外包層3r1，空氣小孔4的直徑均為d≈a/20。外包層3具有最小的折射率n3(n3＜n2＜n1)，為摻氟元素的石英玻璃。利用目前多孔光纖的拉制方法，只需讓內(nèi)包層周期性變化即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中光纖的拉制。
技術(shù)效果以摻鐿Yb3+光纖為例，工作波長(zhǎng)λ約為1100nm，Δ＝0.4％，a＝36μm，b＝120μm，d＝1.8μm。光纖纖芯的直徑為72μm，計(jì)算結(jié)果表明，次低階模LP11的泄漏損耗約為1.5dB/m，而基橫模LP01的泄漏損耗為10-5量級(jí)。光纖長(zhǎng)度超過10m時(shí)，LP11基本已經(jīng)完全損耗，而對(duì)LP01的損耗可忽略不計(jì)，因而可成功實(shí)現(xiàn)光纖的單模運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種大模場(chǎng)單模雙包層光纖，由纖芯、內(nèi)包層和外包層組成，其特征在于所述的纖芯的折射率為n1，所述的內(nèi)包層是由折射率分別為n1和n2周期性交替呈扇形區(qū)域分布、帶有空氣小孔的材料構(gòu)成的，所述的外包層的折射率為n3，且折射率滿足關(guān)系式n3＜n2＜n1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大模場(chǎng)單模雙包層光纖，其特征在于所述的纖芯為摻稀土元素鉺Er3+、鐿yb3+的石英。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大模場(chǎng)單模雙包層光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層上均勻分布有空氣小孔，該空氣小孔的直徑為d≈a/20，其中a為纖芯直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大模場(chǎng)單模雙包層光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層的低折射率區(qū)均勻分布有空氣小孔，該空氣小孔的直徑為d≈a/20，其中a為纖芯直徑。
全文摘要
大模場(chǎng)雙包層單模光纖，纖芯介質(zhì)折射率為n
文檔編號(hào)G02B1/00GK1971323SQ20061011957
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者樓祺洪, 李占波, 周軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所