專利名稱：大模場(chǎng)多芯光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多芯光纖，尤其是一種大模場(chǎng)的多芯光纖。
背景技術(shù)：
高功率光纖激光器以其卓越的性能和超值的價(jià)格，在激光加工、激光醫(yī)療、激 光雷達(dá)、激光測(cè)距等多方面得了日益廣泛的應(yīng)用。在同樣的輸出功率下，光纖激光 器的光束質(zhì)量、可靠性和體積大小等都占有優(yōu)勢(shì)，此外由于光纖成本的降低和易于 實(shí)現(xiàn)流水線大批量生產(chǎn)等，這不僅引起科學(xué)家們的興趣，而且更吸引產(chǎn)業(yè)界專家們 的極大關(guān)注。
光纖激光器最初在上世紀(jì)60年代提出，但一直進(jìn)展緩慢，直至低損耗光纖和 半導(dǎo)體激光器的制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，方為光纖激光器帶來了新的前景。光纖激
光器以摻雜光纖作為激光介質(zhì)，與塊狀激光介質(zhì)相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)介質(zhì) 細(xì)長(zhǎng)易于散熱；光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)易于達(dá)到單橫模；利用雙包層技術(shù)易于達(dá)到高效率 和高功率。近年來，對(duì)以雙包層光纖為基礎(chǔ)的包層泵浦技術(shù)的研發(fā)，使光纖激光器 的輸出功率已經(jīng)突破kW，在工業(yè)及通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
光纖纖芯的大小與輸出功率有很大關(guān)系。纖芯越大可傳輸?shù)墓β示驮酱螅w芯 越小傳輸?shù)墓β蔬^大會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)，影響光纖輸出功率，甚至?xí)?duì)光纖造成損 傷。因此在雙包層光纖中，在保證輸出光束質(zhì)量的前提下，要盡量增大光纖的纖芯， 但一般的雙包層摻稀土光纖中，纖芯的增大會(huì)影響光束質(zhì)量，造成光纖激光器和放 大器的多模輸出，因此纖芯的增大程度是有限的。
微結(jié)構(gòu)光纖(Microstmctured fiber,簡(jiǎn)稱為MF)是由晶格常數(shù)為光波長(zhǎng)量級(jí)的二 維光子晶體構(gòu)成的，即規(guī)則排列著空氣孔的二氧化硅光纖陣列構(gòu)成光纖的包層，光 纖的核心是由一個(gè)破壞了包層結(jié)構(gòu)周期性的缺陷構(gòu)成。這個(gè)缺陷可以是固體二氧化 硅，也可以是空氣孔。微結(jié)構(gòu)光纖與傳統(tǒng)光纖相比有許多特性，有效地?cái)U(kuò)展和增加 了光纖的應(yīng)用領(lǐng)域。但是纖芯的增大會(huì)引起相應(yīng)的彎曲損耗，這使得微結(jié)構(gòu)光纖在 實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制。
最近，由浙江大學(xué)童利民等人采用兩歩拉制法得到的光纖直徑可低至50rnn， 并且保持較低的光纖損耗Nature 426 816-819， 2003。上海交通大學(xué)陳險(xiǎn)峰等人
總結(jié)了前人經(jīng)驗(yàn)提出了條形電加熱爐拉錐方法，采用這種新的拉錐方法已經(jīng)成功的 拉制出直徑可低至650nm，長(zhǎng)度可達(dá)十幾個(gè)厘米量級(jí)，光損耗在O.ldB/cm左右的 亞波長(zhǎng)直徑光纖Opt. Express 14(12) 5055-5060. 2006。這種光纖具有很強(qiáng)的倏逝 場(chǎng)，這一特性可以在很多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服普通大模場(chǎng)光纖的不足，提供一種大模場(chǎng)的多芯光纖。 該多芯光纖能夠使得多根纖芯有效耦合，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)，而且能對(duì)導(dǎo)入的激光進(jìn)行空 間整形，可以應(yīng)用在激光整形、均勻化及高功率光纖激光組束等領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種大模場(chǎng)多芯光纖，包括內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)，其特點(diǎn)是在所述的內(nèi)包層區(qū) 中按一定規(guī)律排列著多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯，所述的內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)均由折射率 均勻分布的固體材料制成，而且內(nèi)包層區(qū)的折射率小于亞波長(zhǎng)直徑纖芯的折射率， 但是大于外包層區(qū)的折射率；所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯的芯徑在百納米量級(jí)，兩相鄰 亞波長(zhǎng)直徑纖芯之間的距離在波長(zhǎng)量級(jí)。
所述的內(nèi)包層區(qū)的形狀為矩形或正方形，所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯排列成三角形、 正方形、六邊形或環(huán)形。
所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯是摻雜的有源材料制成，或所述的內(nèi)包層區(qū)是慘雜的有 源材料制成。
所述的有源材料是摻雜稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同時(shí)還摻雜鋁、 磷、氟化物的至少一種的玻璃。
由于亞波長(zhǎng)直徑纖芯芯徑在百納米量級(jí)，相鄰亞波長(zhǎng)直徑纖芯距離在波長(zhǎng)量級(jí)。 可以保證多纖芯有效的相位鎖定。
經(jīng)試用表明，本發(fā)明的具有纖芯強(qiáng)耦合，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)的激光輸出，而且能對(duì)光 束進(jìn)行整形，可以應(yīng)用在激光整形及高功率光纖放大器、激光器等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光纖截面示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光纖截面示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的光纖截面示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的光纖截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光纖截面示意圖。由圖可見，本發(fā)明大模場(chǎng)多芯光纖，
包括內(nèi)包層區(qū)3和外包層區(qū)4，在所述的內(nèi)包層區(qū)3中按一定規(guī)律排列著多根亞波 長(zhǎng)直徑纖芯2，所述的內(nèi)包層區(qū)3和外包層區(qū)4均由折射率均勻分布的固體材料制 成，而且內(nèi)包層區(qū)3的折射率小于亞波長(zhǎng)直徑纖芯2的折射率，但是大于外包層區(qū) 4的折射率；所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯2的芯徑在百納米量級(jí)，兩相鄰亞波長(zhǎng)直徑纖 芯2之間的距離在波長(zhǎng)量級(jí)。
這里內(nèi)包層區(qū)3中的亞波長(zhǎng)直徑纖芯2呈三角形排列，在內(nèi)包層區(qū)3上覆蓋外 包層區(qū)4。亞波長(zhǎng)直徑纖芯為100nm，相鄰亞波長(zhǎng)直徑纖芯2之間的距離為5pm， 內(nèi)包層區(qū)3形狀為矩形，大小為60nmX40nm，外包層區(qū)4直徑為125pm。亞波長(zhǎng) 直徑纖芯2的折射率為1.458，內(nèi)包層區(qū)3的折射率為1.45，外包層區(qū)4的折射率 為1.44。亞波長(zhǎng)直徑纖芯3是摻鐿的石英玻璃制成的。
實(shí)施例2:
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光纖截面示意圖。這里內(nèi)包層區(qū)3中的亞波長(zhǎng)直徑纖 芯2呈正方形排列，在內(nèi)包層區(qū)3上覆蓋外包層區(qū)4的大模場(chǎng)多芯光纖。本實(shí)施例 中，光纖的尺寸和折射率大小可以參照實(shí)施例1。
實(shí)施例3:
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的光纖截面示意圖。這是內(nèi)包層區(qū)3中的亞波長(zhǎng)直徑纖 芯2呈六邊形排列，在內(nèi)包層區(qū)3上覆蓋外包層區(qū)4的大模場(chǎng)多芯光纖。內(nèi)包層形 狀為正方形，尺寸為60pmX60|Lim。在本實(shí)施例中，光纖的其他尺寸參數(shù)和折射率 大小可以參照實(shí)施例1。
實(shí)施例4:
圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的光纖截面示意圖。這是內(nèi)包層區(qū)3中的亞波長(zhǎng)直徑纖 芯2呈環(huán)形排列，在內(nèi)包層區(qū)3上覆蓋外包層區(qū)4的大模場(chǎng)多芯光纖。在本實(shí)施例 中，光纖的尺寸參數(shù)和折射率大小可以參照實(shí)施例3。
權(quán)利要求
1、 一種大模場(chǎng)多芯光纖，包括內(nèi)包層區(qū)(3)和外包層區(qū)(4)，其特征在于所 述的內(nèi)包層區(qū)(3)中按一定規(guī)律排列著多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯(2)，所述的內(nèi)包層區(qū)(3)、 外包層區(qū)(4)均由折射率均勻分布的固體材料制成，而且內(nèi)包層區(qū)(3)的折射率 小于亞波長(zhǎng)直徑纖芯(2)的折射率，但是大于外包層區(qū)(4)的折射率；所述的亞 波長(zhǎng)直徑纖芯(2)的芯徑在百納米量級(jí)，兩相鄰亞波長(zhǎng)直徑纖芯(2)之間的距離 在波長(zhǎng)量級(jí)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大模場(chǎng)多芯光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層區(qū)(3) 的形狀為矩形或正方形，所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯(2)排列成三角形、正方形、六邊 形或環(huán)形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大模場(chǎng)多芯光纖，其特征在于所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯 (2)是摻雜的有源材料制成，或所述的內(nèi)包層區(qū)(3)是摻雜的有源材料制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大模場(chǎng)多芯光纖，其特征在于所述的有源材料是摻雜 稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同時(shí)還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種的玻璃。
全文摘要
一種大模場(chǎng)多芯光纖，包括內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)，其特點(diǎn)是在所述的內(nèi)包層區(qū)中按一定規(guī)律排列著多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯，所述的內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)均由折射率均勻分布的固體材料制成，而且內(nèi)包層區(qū)的折射率小于亞波長(zhǎng)直徑纖芯的折射率，但是大于外包層區(qū)的折射率；所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯的芯徑在百納米量級(jí)，兩相鄰亞波長(zhǎng)直徑纖芯之間的距離在波長(zhǎng)量級(jí)。本發(fā)明的多根纖芯強(qiáng)耦合，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)的激光輸出，而且能對(duì)光束進(jìn)行整形，可以應(yīng)用在激光整形及高功率光纖放大器、激光器等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101122654SQ20071004611
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者唐志祥, 范滇元, 趙楚軍, 錢列加 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所