專利名稱：強(qiáng)耦合的多芯光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖，尤其是一種強(qiáng)耦合的多芯光纖。
技術(shù)背景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R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)等特點(diǎn)，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，直至低損耗光纖制造技術(shù)和半導(dǎo)體激光器的發(fā)展與應(yīng)用，方為光纖激光器帶來(lái)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(lái)，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)用甜景。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^(guò)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)量的前提下盡量增大光纖的纖芯，但 在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fe光器和放 大器的多模輸出，因此纖芯的增大程度是有限的。近年來(lái)，由于單根光纖的最終輸出功率受到限制，相干組束技術(shù)隨之發(fā)展起來(lái)。 因?yàn)橄喔山M束技術(shù)能使多路激光束通過(guò)相干疊加，最后輸出功率得以提高的同時(shí)保 證好的光束質(zhì)量。高功率光纖激光器的相干組束技術(shù)的研究已經(jīng)成國(guó)際研究熱點(diǎn)之 一，美國(guó)、德國(guó)和法國(guó)等國(guó)家非常鼓勵(lì)和支持這類研究的開展。目甜國(guó)內(nèi)外的研究 人員已經(jīng)提出多種相干組束技術(shù)，主要有主振蕩放大(MOPA)技術(shù)、多芯光纖自組 裝技術(shù)、全光纖組束技術(shù)、光譜組束技術(shù)和外腔相干組束技術(shù)。其中多芯光纖自組 裝技術(shù)是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法，這種方法通過(guò)相鄰纖芯傳輸光束的倏逝波產(chǎn)生耦合， 實(shí)現(xiàn)鎖相。但是一般要實(shí)現(xiàn)鎖相對(duì)纖芯距離、纖芯大小的要求很嚴(yán)格，不是很容易實(shí)現(xiàn)的。最近，由浙江大學(xué)童利民等人采用兩步拉制法得到的光纖直徑可低至50nm，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)容本實(shí)用新型的目的在于克服多芯光纖不容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合的不足，提供一種強(qiáng)耦 合的多芯光纖。該多芯光纖能夠使得多根纖芯強(qiáng)耦合，實(shí)現(xiàn)多纖芯的相位鎖定，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。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種強(qiáng)耦合的多芯光纖，包括纖芯區(qū)、內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)，其特征在于所述的纖芯區(qū)包括多根大芯徑纖芯和多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯并位于所述的內(nèi)包層區(qū)中；所述的內(nèi)包層區(qū)的折射率小于大芯徑纖芯和亞波長(zhǎng)直徑纖芯的折射率，但是大于所述的外包層區(qū)的折射率；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 構(gòu)成，所述的大芯徑纖芯的直徑在微米量級(jí)，相鄰大芯徑纖芯之間的距離在微米量 級(jí)，所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯的芯徑在百納米量級(jí)。所述的大芯徑纖芯為單模光纖。 r所述的大芯徑纖芯和亞波長(zhǎng)直徑纖芯的折射率相同。所述的內(nèi)包層區(qū)中的大芯徑纖芯呈中心對(duì)稱排列，而亞波長(zhǎng)直徑纖芯位于大芯 徑纖芯之間。所述的內(nèi)包層區(qū)的形狀是矩形或D型。所述的內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)的基質(zhì)材料是石英玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、 或碲酸鹽玻璃。所述的大芯徑纖芯和亞波長(zhǎng)直徑芯徑的基質(zhì)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石英玻璃、硅酸鹽玻璃、 磷酸鹽玻璃、或碲酸鹽玻璃。本實(shí)用新型的技術(shù)效果所述的大芯徑纖芯在微米量級(jí)，相鄰大芯徑纖芯距離在微米量級(jí)，亞波長(zhǎng)直徑 纖芯芯徑在百納米量級(jí)，可以保證多根纖芯強(qiáng)耦合，實(shí)現(xiàn)多纖芯的相位鎖定，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。


圖1為本實(shí)用新型強(qiáng)耦合的多芯光纖實(shí)施例1的光纖截面示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例3的光纖截面示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例4的光纖截面示意圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例5的光纖截面示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:圖1為發(fā)明強(qiáng)耦合的多芯光纖的實(shí)施例1的光纖截面示意圖，由圖可見，這是內(nèi)包層區(qū)4中的大芯徑纖芯2呈正方形排列，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3位于四根大芯徑纖 芯2之間的強(qiáng)耦合多芯光纖。這種強(qiáng)耦合多芯光纖是在內(nèi)包層區(qū)4中嵌入大芯徑纖 芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3，在內(nèi)包層區(qū)4上覆蓋外包層區(qū)5制成。大芯徑纖芯2的 芯徑為3pm，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3芯徑為100nm，內(nèi)包層區(qū)4形狀為矩形，大小為60nm X40pm，外包層直徑為125pm。大芯徑芯徑2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3的折射率均為 1.458，內(nèi)包層區(qū)4的折射率為1.45，外包層區(qū)5折射率為1.44。大芯徑纖芯2和亞 波長(zhǎng)直徑纖芯3均是摻雜2wtX氧化鐿的石英玻璃，同時(shí)摻雜鋁離子以改善性能。 實(shí)施例2:實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于亞波長(zhǎng)直徑纖芯3未摻雜，大芯徑纖芯 2是摻雜2wt^氧化鐿的磷酸鹽玻璃，同時(shí)摻雜鋁離子以改善性能。 實(shí)施例3:圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例3的光纖截面示意圖。這是內(nèi)包層區(qū)4中的大芯徑纖 芯2呈五邊形排列，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3位于五根大芯徑纖芯2中間的強(qiáng)耦合多芯光 纖。這種強(qiáng)耦合多芯光纖是在內(nèi)包層區(qū)4中嵌入大芯徑纖芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3， 在內(nèi)包層區(qū)4上覆蓋外包層區(qū)5制成。大芯徑纖芯2的直徑為3pm，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3為100nm，內(nèi)包層區(qū)4形狀為矩形，大小為60pmX4(^m，外包層區(qū)5直徑為 125pm。大芯徑芯徑2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3的折射率均為1.458，內(nèi)包層區(qū)4的折射 率為1.45，外包層區(qū)5折射率為1.44。摻雜情況可以參照實(shí)施例1和實(shí)施例2。 實(shí)施例4:圖3為發(fā)明的實(shí)施例4的光纖截面示意圖，這是內(nèi)包層區(qū)4中的大芯徑纖芯2 呈六邊形排列，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3位于六根大芯徑纖芯2中間的強(qiáng)耦合多芯光纖。 這種強(qiáng)耦合多芯光纖是在內(nèi)包層區(qū)4中嵌入大芯徑纖芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3，在 內(nèi)包層區(qū)4上覆蓋外包層區(qū)5制成。大芯徑纖芯2的直徑為3pm，亞波長(zhǎng)直徑纖芯 3為100nm，內(nèi)包層區(qū)4形狀為矩形，大小為60pmX4(Him，外包層區(qū)5直徑為125pm。 大芯徑纖芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3的折射率均為1.458，內(nèi)包層區(qū)4的折射率為1.45， 外包層區(qū)5折射率為1.44。慘雜情況可以參照實(shí)施例1和實(shí)施例2。實(shí)施例5:圖4為發(fā)明的實(shí)施例5的光纖截面示意圖，這是內(nèi)包層區(qū)4中的大芯徑纖芯(2) 呈六邊形排列，多芯光纖1中心為大芯徑纖芯2，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3位于每三根大 芯徑纖芯2中間的強(qiáng)耦合多芯光纖。這種強(qiáng)耦合多芯光纖是在內(nèi)包層區(qū)4中嵌入大 芯徑纖芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3，在內(nèi)包層區(qū)4上覆蓋外包層區(qū)5制成。大芯徑纖 芯2的直徑為3pm，亞波長(zhǎng)直徑纖芯3為100nm，內(nèi)包層區(qū)4形狀為矩形，大小為 60pmX40|xm，外包層區(qū)5直徑為125pm。大芯徑纖芯2和亞波長(zhǎng)直徑纖芯3的折射 率均為1.458，內(nèi)包層區(qū)4的折射率為1.45，外包層區(qū)5折射率為1.44。摻雜情況可 以參照實(shí)施例1和實(shí)施例2。
權(quán)利要求1.一種強(qiáng)耦合的多芯光纖，包括纖芯區(qū)、內(nèi)包層區(qū)(4)和外包層區(qū)(5)，其特征在于所述的纖芯區(qū)包括多根大芯徑纖芯(2)和多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯(3)并位于所述的內(nèi)包層區(qū)(4)中；所述的內(nèi)包層區(qū)(4)的折射率小于大芯徑纖芯(2)和亞波長(zhǎng)直徑纖芯(3)的折射率，但是大于所述的外包層區(qū)(5)的折射率；所述的內(nèi)包層區(qū)(4)和外包層區(qū)(5)均由折射率均勻分布的固體材料構(gòu)成，所述的大芯徑纖芯(4)的直徑在微米量級(jí)，相鄰大芯徑纖芯之間的距離在微米量級(jí)，所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯(5)的芯徑在百納米量級(jí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)耦合多芯光纖，其特征在于所述的大芯徑纖芯(2) 為單模光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)耦合的多芯光纖，其特征在于大芯徑纖芯(2)和 亞波長(zhǎng)直徑纖芯(3)的折射率相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)耦合多芯光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層區(qū)(4) 中的大芯徑纖芯(2)呈中心對(duì)稱排列，而亞波長(zhǎng)直徑纖芯(3)位于大芯徑纖芯(2) 之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)耦合的多芯光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層區(qū)(4) 的形狀是矩形，或D型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)耦合的多芯光纖，其特征在于所述的內(nèi)包層區(qū)(4) 和外包層區(qū)(5)的基質(zhì)材料是石英玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、或碲酸鹽玻璃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的強(qiáng)耦合的多芯光纖，其特征在于所述的大 芯徑纖芯(2)和亞波長(zhǎng)直徑芯徑(3)中的基質(zhì)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石英玻璃、硅酸鹽玻璃、 磷酸鹽玻璃、或碲酸鹽玻璃。
專利摘要一種強(qiáng)耦合的多芯光纖，包括纖芯區(qū)、內(nèi)包層區(qū)和外包層區(qū)，其特點(diǎn)是所述的纖芯區(qū)包括多根大芯徑纖芯和多根亞波長(zhǎng)直徑纖芯并位于所述的內(nèi)包層區(qū)中；所述的內(nèi)包層區(qū)的折射率小于大芯徑纖芯和亞波長(zhǎng)直徑纖芯的折射率，但是大于所述的外包層區(qū)的折射率；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構(gòu)成，所述的大芯徑纖芯的直徑在微米量級(jí)，相鄰大芯徑纖芯之間的距離在微米量級(jí)，所述的亞波長(zhǎng)直徑纖芯的芯徑在百納米量級(jí)。本實(shí)用新型具有強(qiáng)耦合、相位鎖定、激光整形、均勻化等功能。
文檔編號(hào)G02B1/02GK201107425SQ20072007468
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14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