CN110780378A - 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤 - Google Patents

一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤 Download PDF

Info

Publication number
CN110780378A
CN110780378A CN201911105960.3A CN201911105960A CN110780378A CN 110780378 A CN110780378 A CN 110780378A CN 201911105960 A CN201911105960 A CN 201911105960A CN 110780378 A CN110780378 A CN 110780378A
Authority
CN
China
Prior art keywords
refractive index
index
order mode
optical fiber
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911105960.3A
Other languages
English (en)
Inventor
裴丽
郭智君
宁提纲
郑晶晶
王建帅
何倩
解宇恒
常彦彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN201911105960.3A priority Critical patent/CN110780378A/zh
Publication of CN110780378A publication Critical patent/CN110780378A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明涉及一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。光纤结构包括随半径增大而减小的梯度折射率纤芯(1)，由低折射率沟壑(2)和(4)以及高折射率环(3)交替环绕构成包层；其中一层低折射率沟壑(4)具有泄漏缝隙。本发明可以利用传统的MCVD法和填充玻璃棒的方法制得。通过在低折射率沟壑开泄漏缝，使得在基模损耗基本不变的情况下高阶模更容易泄漏，可以有效增大高阶模‑基模损耗比，实现光纤的单模运行。同时，折射率梯度分布的纤芯具有良好的抗弯曲性能，使得基模分布几乎不随弯曲半径变化，实现了功率输出的稳定性。

Description

一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤
技术领域
本发明涉及一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。
背景技术
随着激光技术在材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等方面的广泛应用，具有转换效率高、激光阈值低、光束质量好等优点的光纤激光器越来得到重视。具有大模场面积的光纤可以很好的抑制非线性效应并降低光学损伤，因此成为进一步提升激光器功率的关键器件。然而，大模场面积光纤应用时存在模式不稳定现象会损害光束质量，进而影响输出光功率，应加以避免和控制。导致模式不稳的因素包括横向烧孔、发热引起的光纤折射率变化等，这些不稳定因素会使高阶模式获得更高的增益，从而影响光束质量。因此，抑制光纤中的高阶模式，保持光纤的单模运行，是提高大功率光纤激光器和放大器性能的重要途径之一。
近年来，许多新型的强激光光纤已经被设计和制造。结构简单的阶跃光纤可以有效保持单模运行，但是为获得更大模场面积必须使得数值孔径很小，极小的数值孔径会导致光纤基模的弯曲损耗急剧增加，限制了其盘绕成环状固定在激光器内的使用。光子晶体光纤可以实现超大模场面积的单模运行，但其基模的弯曲损耗较大，并且制造难度大、成本较高。瓣状光纤通过选取特定的光纤参数，虽然能够实现在芯层直径在50微米的光纤中实现单模工作，但其高阶模泄漏损耗较小，高阶模-基模损耗比较小。综上，这些大模场面积光纤在实际应用中存在弯曲状态下基模损耗较大而高阶模损耗小的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题主要是针对盘绕在光纤激光器中的大模场面积光纤的基模损耗较大而高阶模损耗小这一问题所提出的。
本发明的技术方案：一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：包括随半径增大而减小的梯度折射率纤芯，由低折射率沟壑和高折射率环交替环绕构成的包层；其中一层折射率沟壑具有泄漏缝隙。本发明可以利用传统的MCVD法和填充玻璃棒的方法制得。
本发明的有益效果具体如下：
采用梯度纤芯和多层折射沟壑的设计方案，通过在低折射率沟壑开泄漏缝，使得在基模损耗基本不变的情况下高阶模更容易泄漏，可以有效增大高阶模-基模损耗比，实现光纤的单模运行。同时，折射率梯度分布的纤芯具有良好的抗弯曲性能，使得基模模场分布几乎不随弯曲半径变化，实现了功率输出的稳定性。该发明可广泛应用于大功率单模激光输出，具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
图2为一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤折射率分布示意图。
图3为一种具有四泄漏缝隙的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
图4为一种纤芯直径为100μm的泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
图5为一种最内层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
图6为一种中间层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
图7为一种最外层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一
一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图1和图2，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯1，由低折射率沟壑2、高折射率环3和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑4环绕构成的包层。
本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯1的直径为50μm，折射率沟壑2和4的宽度分别为5μm和10μm，折射率沟壑4的泄漏缝隙宽度W1为8μm，两沟壑间高折射率环3的宽度为5μm，整个包层直径为125μm。
实施例二
一种具有四泄漏缝隙的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图3，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯5，由低折射率沟壑6、高折射率环7和具有四条泄漏缝隙的低折射率沟壑8环绕构成的包层。
本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯5的直径为50um，折射率沟壑6和8的宽度分别为5μm和10μm，折射率沟壑8的泄漏缝隙宽度W2为5μm，两沟壑间高折射率环7的宽度为5μm，整个包层直径为125μm。
实施例三
一种纤芯直径为100μm的泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图4，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯9，由低折射率沟壑10、高折射率环11和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑12环绕构成的包层。
本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4432、高折射率为1.444。纤芯9的直径为100μm，折射率沟壑9和12的宽度分别为1μm和10μm，折射率沟壑12的泄漏缝隙宽度W3为5μm，两沟壑间高折射率环11的宽度为20μm，整个包层直径为200μm。
实施例四
为一种最内层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图，参见图5，其特征在于：包括折射率为抛物分布的纤芯13，由具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑14和无泄漏缝隙的低折射率沟壑16、以及高折射率环15和17交替环绕构成的包层。
本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯13的直径为50μm，折射率沟壑14和16的宽度为6μm，最内层折射率沟壑14的泄漏缝隙宽度W4为10μm，高折射率环15的宽度为5μm，高折射率环17的外径为125μm。
实施例五
一种中间层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图，参见图6，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯18，由低折射率沟壑19和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑20、以及高折射率环21和22交替环绕构成的包层。
本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯18的直径为50μm，折射率沟壑19和20的宽度为6μm，中间层折射率沟壑20的泄漏缝隙宽度W5为10μm，高折射率环21的宽度为5μm，高折射率环22的外径为125μm。
实施例六
一种最外层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤，参见图7，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯23，由低折射率沟壑24和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑26、以及高折射率环25和27交替环绕构成的包层。
本例中纤芯23的最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯23的直径为50μm，折射率沟壑24和26的宽度为6μm，最外层折射率沟壑26的泄漏缝隙宽度W6为20μm，高折射率环25和27的宽度为5μm，整个包层直径125μm。

Claims (8)

1.一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：包括随半径增大而减小的梯度折射率纤芯(1)，由低折射率沟壑(2)和(4)以及高折射率环(3)交替环绕构成的包层；其中一层折射率沟壑(4)具有泄漏缝隙。
2.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：纤芯(1)的折射率为抛物线分布。
3.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：纤芯(1)的直径在10μm到200μm之间。
4.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：包层中高折射率环(3)与低折射率沟壑(2)和(4)之间的折射率差均在0.0002到0.002之间。
5.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：低折射率沟壑(4)的泄漏缝隙宽度W在1μm到40μm之间。
6.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：低折射率沟壑(4)的泄漏缝隙条数在2到100之间。
7.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：环绕的低折射率沟壑(2)或(4)的层数在2到20之间。
8.根据权利要求1所述的泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：环绕的低折射率沟壑(2)、(4)以及更多的低折射率沟壑有相同的折射率。
CN201911105960.3A 2019-11-13 2019-11-13 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤 Pending CN110780378A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911105960.3A CN110780378A (zh) 2019-11-13 2019-11-13 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911105960.3A CN110780378A (zh) 2019-11-13 2019-11-13 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110780378A true CN110780378A (zh) 2020-02-11

Family

ID=69390768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911105960.3A Pending CN110780378A (zh) 2019-11-13 2019-11-13 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110780378A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113589425A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 华南师范大学 一种多芯微结构光纤

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840023A (zh) * 2010-05-28 2010-09-22 长飞光纤光缆有限公司 一种抗弯曲多模光纤
CN104698535A (zh) * 2015-03-31 2015-06-10 长飞光纤光缆股份有限公司 一种弯曲不敏感多模光纤
CN105334570A (zh) * 2015-11-26 2016-02-17 长飞光纤光缆股份有限公司 一种低衰减弯曲不敏感单模光纤
CN106371166A (zh) * 2016-11-15 2017-02-01 长飞光纤光缆股份有限公司 一种混合型多芯光纤
CN107102400A (zh) * 2017-06-28 2017-08-29 长飞光纤光缆股份有限公司 一种高带宽弯曲不敏感多模光纤
CN107132613A (zh) * 2017-06-08 2017-09-05 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种泄漏通道型光纤及其生产方法
CN107132612A (zh) * 2017-05-26 2017-09-05 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种矩形芯子光纤
CN107300738A (zh) * 2017-06-27 2017-10-27 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种光纤

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840023A (zh) * 2010-05-28 2010-09-22 长飞光纤光缆有限公司 一种抗弯曲多模光纤
CN104698535A (zh) * 2015-03-31 2015-06-10 长飞光纤光缆股份有限公司 一种弯曲不敏感多模光纤
CN105334570A (zh) * 2015-11-26 2016-02-17 长飞光纤光缆股份有限公司 一种低衰减弯曲不敏感单模光纤
CN106371166A (zh) * 2016-11-15 2017-02-01 长飞光纤光缆股份有限公司 一种混合型多芯光纤
CN107132612A (zh) * 2017-05-26 2017-09-05 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种矩形芯子光纤
CN107132613A (zh) * 2017-06-08 2017-09-05 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种泄漏通道型光纤及其生产方法
CN107300738A (zh) * 2017-06-27 2017-10-27 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种光纤
CN107102400A (zh) * 2017-06-28 2017-08-29 长飞光纤光缆股份有限公司 一种高带宽弯曲不敏感多模光纤

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAOSHUO MA ET AL: ""Bend-resistant leaky multi-trench fiber with large mode area and single-mode operation"", 《PLOS ONE》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113589425A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 华南师范大学 一种多芯微结构光纤

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8285099B2 (en) Large core holey fibers
CN111474627B (zh) 一种低损耗空芯反谐振光纤
CN111257992B (zh) 一种兼具单模传输和低弯曲损耗特性的反谐振光纤
CN108181684B (zh) 一种微结构空心光纤
CN115047560B (zh) 空芯光纤
JPWO2004092793A1 (ja) 空孔付き単一モード光ファイバ
CN108957623B (zh) 可支持18个oam模式传输的纯二氧化硅空气孔光子晶体光纤
EP1320774B1 (en) Microstructured polymer optical waveguide
CN111474628A (zh) 一种保偏空芯反谐振光纤
JP2011170062A (ja) 光ファイバ及びその製造方法並びに光ファイバ母材及びその製造方法
CN102116897A (zh) 对泵浦光高效率吸收的包层泵浦光纤
CN103487876B (zh) 一种用于3-5微米波段光波宽带低损耗传输的空芯光子带隙光纤
CN103698840B (zh) 一种多芯非线性光纤
CN103439763B (zh) 一种大模场面积全固体光纤及其制造方法
CN108333669B (zh) 一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤
CN110780378A (zh) 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤
CN107490820B (zh) 一种全固态大模面积近零色散平坦微结构光纤
CN203433143U (zh) 一种用于3-5微米波段光波宽带低损耗传输的空芯光子带隙光纤
CN106908894B (zh) 一种色散平坦全固微结构光纤
CN112684538B (zh) 一种方芯光纤
JP5356466B2 (ja) ホーリーファイバ
CN113917596A (zh) 一种用于色散补偿的微结构光纤
Dai et al. Design and optimization of heterogeneous few-mode multi-core fiber with graded-index profile and trench/rod assisted
CN111484242A (zh) 布拉格光纤预制棒、布拉格光纤及其制备方法和应用
CN114035263B (zh) 一种莱洛三角形低折射率棒的光子带隙光纤

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200211