CN201107425Y - 强耦合的多芯光纤 - Google Patents
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Abstract
一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区和外包层区，其特点是所述的纤芯区包括多根大芯径纤芯和多根亚波长直径纤芯并位于所述的内包层区中；所述的内包层区的折射率小于大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率，但是大于所述的外包层区的折射率；所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料构成，所述的大芯径纤芯的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量级，所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级。本实用新型具有强耦合、相位锁定、激光整形、均匀化等功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤，尤其是一种强耦合的多芯光纤。
背景技术
高功率光纤激光器以其卓越的性能和超值的价格，在激光加工、激光医疗、激光雷达、激光测距等多方面得了日益广泛的应用。在同样的输出功率下，光纤激光器的光束质量、可靠性和体积大小等都占有优势，此外由于光纤成本的降低和易于实现流水线大批量生产等特点，这不仅引起科学家们的兴趣，而且更吸引产业界专家们的极大关注。
光纤激光器最初在上世纪60年代提出，但一直进展缓慢，直至低损耗光纤制造技术和半导体激光器的发展与应用，方为光纤激光器带来了新的前景。光纤激光器以掺杂光纤作为激光介质，与块状激光介质相比，具有以下显著的优点：介质细长易于散热；光纤的波导结构易于达到单横模；利用双包层技术易于达到高效率和高功率。近年来，对以双包层光纤为基础的包层泵浦技术的研发，使光纤激光器的输出功率已经突破kW，在工业及通信等领域具有广阔的应用前景。
光纤纤芯的大小与输出功率有很大关系。纤芯越大可传输的功率就越大，而纤芯越小传输的功率过大会产生非线性效应，影响光纤输出功率，甚至会对光纤造成损伤。因此在双包层光纤中在保证输出光束质量的前提下尽量增大光纤的纤芯，但在一般的双包层掺稀土光纤中，纤芯的增大会影响光束质量，造成光纤激光器和放大器的多模输出，因此纤芯的增大程度是有限的。
近年来，由于单根光纤的最终输出功率受到限制，相干组束技术随之发展起来。因为相干组束技术能使多路激光束通过相干叠加，最后输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。高功率光纤激光器的相干组束技术的研究已经成国际研究热点之一，美国、德国和法国等国家非常鼓励和支持这类研究的开展。目前国内外的研究人员已经提出多种相干组束技术，主要有：主振荡放大(MOPA)技术、多芯光纤自组装技术、全光纤组束技术、光谱组束技术和外腔相干组束技术。其中多芯光纤自组装技术是一种相对简单的方法，这种方法通过相邻纤芯传输光束的倏逝波产生耦合，实现锁相。但是一般要实现锁相对纤芯距离、纤芯大小的要求很严格，不是很容易实现的。
最近，由浙江大学童利民等人采用两步拉制法得到的光纤直径可低至50nm，并且保持较低的光纤损耗【Nature 426 816-819，2003】。上海交通大学陈险峰等人总结了前人经验提出了条形电加热炉拉锥方法，采用这种新的拉锥方法已经成功的拉制出直径可低至650nm，长度可达十几个厘米量级，光损耗在0.1dB/cm左右的亚波长直径光纤【Opt.Express 14(12)5055-5060.2006】。这种光纤具有很强的倏逝场，这一特性可以在很多领域有广泛应用。
发明内容
本实用新型的目的在于克服多芯光纤不容易实现强耦合的不足，提供一种强耦合的多芯光纤。该多芯光纤能够使得多根纤芯强耦合，实现多纤芯的相位锁定，而且能对导入的激光进行空间整形，可以应用在激光整形、均匀化及高功率光纤激光组束等领域。
本实用新型的技术解决方案如下：
一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区和外包层区，其特征在于所述的纤芯区包括多根大芯径纤芯和多根亚波长直径纤芯并位于所述的内包层区中；所述的内包层区的折射率小于大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率，但是大于所述的外包层区的折射率；所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料构成，所述的大芯径纤芯的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量级，所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级。
所述的大芯径纤芯为单模光纤。
所述的大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率相同。
所述的内包层区中的大芯径纤芯呈中心对称排列，而亚波长直径纤芯位于大芯径纤芯之间。
所述的内包层区的形状是矩形或D型。
所述的内包层区和外包层区的基质材料是石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
所述的大芯径纤芯和亚波长直径芯径的基质材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
本实用新型的技术效果：
所述的大芯径纤芯在微米量级，相邻大芯径纤芯距离在微米量级，亚波长直径纤芯芯径在百纳米量级，可以保证多根纤芯强耦合，实现多纤芯的相位锁定，而且能对导入的激光进行空间整形，可以应用在激光整形、均匀化及高功率光纤激光组束等领域。
附图说明
图1为本实用新型强耦合的多芯光纤实施例1的光纤截面示意图。
图2为本实用新型实施例3的光纤截面示意图。
图3为本实用新型实施例4的光纤截面示意图。
图4为本实用新型实施例5的光纤截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
实施例1：
图1为发明强耦合的多芯光纤的实施例1的光纤截面示意图，由图可见，这是内包层区4中的大芯径纤芯2呈正方形排列，亚波长直径纤芯3位于四根大芯径纤芯2之间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的芯径为3μm，亚波长直径纤芯3芯径为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60μm×40μm，外包层直径为125μm。大芯径芯径2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3均是掺杂2wt％氧化镱的石英玻璃，同时掺杂铝离子以改善性能。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处在于：亚波长直径纤芯3未掺杂，大芯径纤芯2是掺杂2wt％氧化镱的磷酸盐玻璃，同时掺杂铝离子以改善性能。
实施例3：
图2为本实用新型实施例3的光纤截面示意图。这是内包层区4中的大芯径纤芯2呈五边形排列，亚波长直径纤芯3位于五根大芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的直径为3μm，亚波长直径纤芯3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60μm×40μm，外包层区5直径为125μm。大芯径芯径2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可以参照实施例1和实施例2。
实施例4：
图3为发明的实施例4的光纤截面示意图，这是内包层区4中的大芯径纤芯2呈六边形排列，亚波长直径纤芯3位于六根大芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的直径为3μm，亚波长直径纤芯3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60μm×40μm，外包层区5直径为125μm。大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可以参照实施例1和实施例2。
实施例5：
图4为发明的实施例5的光纤截面示意图，这是内包层区4中的大芯径纤芯(2)呈六边形排列，多芯光纤1中心为大芯径纤芯2，亚波长直径纤芯3位于每三根大芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的直径为3μm，亚波长直径纤芯3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60μm×40μm，外包层区5直径为125μm。大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可以参照实施例1和实施例2。
Claims (7)
1.一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区(4)和外包层区(5)，其特征在于所述的纤芯区包括多根大芯径纤芯(2)和多根亚波长直径纤芯(3)并位于所述的内包层区(4)中；所述的内包层区(4)的折射率小于大芯径纤芯(2)和亚波长直径纤芯(3)的折射率，但是大于所述的外包层区(5)的折射率；所述的内包层区(4)和外包层区(5)均由折射率均匀分布的固体材料构成，所述的大芯径纤芯(4)的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量级，所述的亚波长直径纤芯(5)的芯径在百纳米量级。
2.根据权利要求1所述的强耦合多芯光纤，其特征在于所述的大芯径纤芯(2)为单模光纤。
3.根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于大芯径纤芯(2)和亚波长直径纤芯(3)的折射率相同。
4.根据权利要求1所述的强耦合多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4)中的大芯径纤芯(2)呈中心对称排列，而亚波长直径纤芯(3)位于大芯径纤芯(2)之间。
5.根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4)的形状是矩形，或D型。
6.根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4)和外包层区(5)的基质材料是石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
7.根据权利要求1至8任一项所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的大芯径纤芯(2)和亚波长直径芯径(3)中的基质材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
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2007
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