CN101303432A - 小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，属于光纤技术领域。该光子晶体光纤有效模场由多个芯径为1－2微米的光纤集束构成，每个小纤芯周围有小空气孔构成包层，集束小芯***为多层大空气孔包层结构。本发明的优点在于：该光子晶体光纤保持和提高了原有的高非线性特性，并具有较大的有效模场面积，能够承受较大的泵浦能量，与高功率光子晶体光纤锁模激光器结合，能够构成小型化、高功率的超连续激光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，属于光纤技术领域。
背景技术
超连续激光源(白光激光器)是一种光谱分布很宽激光光源，由此产生的光谱分辨技术在光通信、生命科学、军事等领域得到了广泛的应用[1]。1996年，英国巴斯大学Russell小组成功研制出世界上第一根具有周期微结构的光子晶体光纤，从而在二维层面上实现了人类对光子晶体的梦想[2]。1999年，英国、美国、丹麦的几个实验室和公司利用传统光纤拉制技术相继研制出多种不同结构的光子晶体光纤，并开始向用户提供少量样品。由于光子晶体光纤能够实现小芯径(如图1，芯径2μm左右)，因此具有高非线性，频率转换效率较高，光谱展宽大且平坦，以及零色散点设计方便等特点，由此成为目前超连续白光源的研究热点[3-5]。然而采用小芯径的光子晶体光纤产生超连续存在明显的缺点来自其芯径的有效面积仅有几平方微米，当聚焦后的高功率泵浦超过材料的破坏阈值时导致光纤端面被破坏，即传统高非线性光子晶体光纤不能承受较高的入射功率，结果使超连续激光源的输出功率普遍较低。这就导致了一对矛盾，即频率转换效率反比于光纤的芯径，而承受高入射功率则需要大的光纤芯径。
参考文献
[1]R.R.Alfano，Eds，“The supercontinuum laser source”，Springer-Verlag，1989.
[2]J.C.Knight，T.A.Birks，P.S.J.Russel，“All-silica single-mode optical fiber with photoniccrystal cladding”，Opt.Lett.，Vol.21，No.19(1996)1547-1549.
[3]胡明列，王清月，栗岩锋，王专，张志刚，柴路，章若冰，“飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究”，《物理学报》，第53卷，第12期(2004)，页：4243-4247。
[4]G.Genty，S.Coen，J.M.Dudley，“Fiber supercontinuum source(Invited)”，J.Opt.Soc.Am.B.Vol.24，No.8(2007)1771-1785.
[5]栗岩锋，胡明列，王清月，“光子晶体光纤的超连续光谱及其应用”，《光电子.激光》，第14卷，第11期(2003)，页：1240-1243。
发明内容
本发明旨在提出一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，该光子晶体光纤具有高非线性，频率转换效率较高的特性。
本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，其特征在于，该光纤的有效模场由多个芯径为1-2微米的光纤集束构成，每个小纤芯周围有小空气孔构成包层，其中：小空气孔的直径为D1，0＜D1＜纤芯直径；相邻的两个小空气孔的中心距为Λ1，取值满足D1/Λ1＝0.3-0.8；集束小芯***为多层大空气孔包层结构，其中：大空气孔的直径为D2，纤芯直径＜D2＜Λ2；相邻的两个大空气孔的中心距为Λ2，取值满足D2/Λ2＝0.8-0.95。
上述的多小芯径集束为7芯或19芯结构。
本发明的优点在于：(1)由多个小芯径集成的新型光子晶体光纤设计在保持(提高)原有高非线性光子晶体光纤特性的同时，具有了较大的有效模场面积，因此这种光子晶体光纤能够承受较大的泵浦能量，可用于产生高功率超连续激光。(2)通过调整内外空气孔包层中的孔间距和直径以及形状，可以方便调整光纤的零色散点，并使一根光纤同时适应二个以上激光波长。(3)将小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤与高功率光子晶体光纤锁模激光器结合，能够构成小型化、高功率的超连续激光源。
附图说明
图1为本发明7芯的小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤的结构示意图。
图中：1为小芯径纤芯；2为小纤芯周围内的小空气孔包层；3为集束小纤芯周围的大空气孔内包层；4为光纤外包层。
图2为本发明19芯的小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤的结构示意图。
图3为现有的高非线性光子晶体光纤的照片图。
具体实施方式
本发明的基于多小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤如附图1、2所示，具体实施方式如下：
大有效模场面积的高非线性光子晶体光纤是由多个小芯径(1-2μm)纤芯汇集而成，每个小芯周围包围一层小空气孔，整个集束小芯周围再包围多层大空气孔；该光纤适用于各种光纤材料；通过调节周围空气孔的孔中心距(Λ)和空气孔直径(D)就可以调整零色散点的位置，以适应不同波段激光器的需要。具体实施例1：对于石英材料，零色散在800nm波段，7芯集成(见附图1)，内包层空气孔参数：Λ1＝2.0μm，D1＝1.6μm，外包层空气孔参数：Λ2＝4.5μm，D2＝3.90μm，构成有效模面积为：58.2μm2；具体实施例2：对于石英材料，零色散在1550nm波段，7芯集成(见附图1)，内包层空气孔参数：Λ1＝2.0μm，D1＝1.32μm，外包层空气孔参数：Λ2＝4.5μm，D2＝3.90μm，构成有效模面积为：33.4μm2；具体实施例3：对于石英材料，零色散在1400nm波段，19芯集成(见附图2)，内包层空气孔参数：Λ1＝2.0μm，D1＝0.8μm，外包层空气孔参数：Λ2＝4.5μm，D2＝3.90μm，构成有效模面积为：153.7μm2。拉制方法：由于该种大模场面积和高非线性的光子晶体光纤的使用长度一般在1-10米量级，因此预制棒制作采取按要求尺寸和温度梯度的比例选择棒(管)堆积成型，外加套管固定；适当拉伸后取中段，检测参数；合格后再次适当拉伸后取中段，该过程直至获得所要求的预制棒尺寸；最后在光纤拉制塔上拉制成光纤。
Claims (2)
1.一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，其特征在于，该光纤的有效模场由多个芯径为1-2微米的光纤集束构成，每个小纤芯周围有小空气孔构成包层，其中：小空气孔的直径为D1，0＜D1＜纤芯直径；相邻的两个小空气孔的中心距为Λ1，取值满足D1/Λ1＝0.3-0.8；集束小芯***为多层大空气孔包层结构，其中：大空气孔的直径为D2，纤芯直径＜D2＜Λ2；相邻的两个大空气孔的中心距为Λ2，取值满足D2/Λ2＝0.8-0.95。
2.按权利要求1所述的小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，其特征在于，小芯径集束为7芯或19芯结构。
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