專利名稱：一種大模場多芯光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光波導，尤其是一種可以實現(xiàn)大模場的多芯光纖。
背景技術：
高功率光纖激光器以其卓越的性能和超值的價格，在激光加工、激光醫(yī)療、激光雷達、
激光測距等多方面得了R益廣泛的應用。在同樣的輸出功率下，光纖激光器的光朿質量、可 靠性和體積大小等都占有優(yōu)勢，此外由于光纖成本的降低和易于實現(xiàn)流水化及大批量生產(chǎn)等 特點，這些引起科學家和產(chǎn)業(yè)界專家們的極大關注。
光纖激光器最初在上世紀60年代提出，但一直進展緩慢，直至低損耗光纖制造技術和 羋導體激光器的發(fā)展與應用，才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，與塊狀激光介質相比，具有以下顯著的優(yōu)點介質細長易于散熱；光纖的波導結 構易于達到單橫模；利用雙包層技術易于達到高效率和高功率。近年來，對以雙包層光纖為 基礎的包層泵浦技術的研發(fā)，使光纖激光器的輸出功率己經(jīng)突破kW,在工業(yè)及通信等領域 具有廣闊的應用前景。
光纖纖芯的大小與輸出功率有很大關系。纖芯越大可傳輸?shù)墓β示驮酱?，而纖芯越小傳 輸?shù)墓β蔬^大會產(chǎn)生非線性效應，影響光纖輸出功率，甚至會對光纖造成損傷。因此在雙包 層^纖中在保證輸出光束質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，纖芯的增大會影響光束質量，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。
微結構光纖(Microstructuredfiber,MF),是由晶格常數(shù)為光波長量級的二維光子品體構成 的，即規(guī)卵J^列著空氣孔的二氧化硅光纖陣列構成光纖的包層，光纖的核心是由一個破壞了 包層結構周期性的缺陷構成。這個缺陷可以是固體二氧化硅，也可以是空氣孔。微結構光纖 與傳統(tǒng)光纖相比有許多特性，有效地擴展和增加了光纖的應用領域。但是纖芯的增大會引起 相應的彎曲損耗，這使得微結構光纖在實際應用中受到很大限制。
最近，由浙江大學童利民等人采用兩歩拉制法得到的光纖直徑可低至50 nm,并且保持 較低的光纖損耗Nature 426 816-819, 2003。上海交通大學陳險峰等人總結了前人經(jīng)驗提 出了條形電加熱爐拉錐方法，采用這種新的拉錐方法巳經(jīng)成功的拉制出直徑可低至650 mn, 長度可達十幾個厘米量級，光損耗在O.l犯/cm左右的亞波長直徑光纖Opt. Express 14(12) 5055-5060.2006。這種光纖具有很強的倏逝場，在很多領域有廣泛應用。另外，突國加利福 尼亞大學的Yushan Yan和他領導的科研小組據(jù)利用天然的蜘蛛絲作工具，得到了中空的玻璃 質纖維，其內(nèi)徑僅僅2 nmNew Scientist, 3 2002。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服普通大模場光纖的不足，設計具有大模場的多芯光纖。該多芯光 纖能夠使得多根纖芯有效耦合，實現(xiàn)大模場，而且能對導入的激光進行空間整形，可以應用 在激光整形、均勻化及高功率光纖激光組束等領域。
本發(fā)明的技術解決方案如下
—種大模場多芯光纖，包括多根纖芯和包層區(qū)，其特征在于所述的內(nèi)包層區(qū)中按一定規(guī) 律排列有多根亞波長直徑的纖芯；亞波長直徑纖芯包括介l乜區(qū)和中空部分；內(nèi)包層區(qū)折射率 小于亞波長直徑纖芯中介電區(qū)的折射率，但是大于外包層區(qū)折射率內(nèi)包層區(qū)、外包層區(qū)均 由折射率均勻分布的固體材料形成。為保證多纖芯有效的相位鎖定，亞波長直徑纖芯外徑和 內(nèi)徑均在百納米量級，內(nèi)徑小于外徑尺寸，相鄰亞波長直徑纖芯距離在波長量級。
所述的大模場多芯光纖內(nèi)包層區(qū)中的多根亞波長直徑纖芯可以排列成任何形狀，如三角 形、正方形，六邊形、環(huán)形等。
所述的大模場多芯光纖可以通過摻雜的亞波長直徑纖芯的介電區(qū)中引入有源材料，也可 以通過在光纖內(nèi)包層中摻雜來引入有源材料。
所述的大模場多芯光纖外包層區(qū)所用材料的折射率低于亞波長直徑纖芯介電區(qū)和內(nèi)包層 區(qū)材料的折射率。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的特點和性能做進一歩詳細說明，并構成本說明書的一 部分。
圖1為本愛帛第一 實施例的光纖截面示意圖。. 圖2為本發(fā)^竿、E^'施例的光纖截面示意圖。 圖3為本發(fā)明第四實施例的光纖截面示意圖。 圖4為本發(fā)明第五實施例的光纖截面示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例l:
圖1為發(fā)明的第一個實施例，這是內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑纖芯.(2)呈三角形排 列，在內(nèi)包層區(qū)(3)上覆蓋外包層區(qū)(4〉的大模場多芯光纖。亞波長直徑纖芯(2)外徑為 200hm,內(nèi)徑為50nm，相鄰亞波長直徑纖芯(2)距離為5阿，內(nèi)包層區(qū)(3)形狀為矩形， 大小為60nmX40[mi,外包層區(qū)(4)直徑為125 pm。亞波長直徑纖芯(2)中的介電區(qū)(5) 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)折射率為1.44。在亞波長直徑纖芯(2)的介電區(qū)(5)中摻雜2 wt^氧化鐿的石英玻璃，同時可以摻雜鋁離子以改善性 能。
實施例2:
實施例二與實施例一的不同之處在于亞波長直徑纖芯(2)的介電區(qū)(5)中無摻雜， 內(nèi)包層區(qū)(3)是摻雜1 wt^氧化鉺和2 wt^氧化鐿的磷酸鹽玻璃，同時摻雜鋁離子以改善性 能。
實施例3:
圖2為發(fā)明的第三個實施例，這是內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑纖芯(2)呈正方形排 列，在內(nèi)包層區(qū)(3)上溢蓋外包層區(qū)(4)的大模場多芯光纖。內(nèi)包層形狀為正方形，尺寸 為80nmX80pm。在第三實施例中，光纖的尺寸和折射率大小可以參照實施例一。摻雜情況 可以參照實施例一和二。
實施例4:
圖3為發(fā)明的第四個實施例，這是內(nèi)包尼區(qū)(3)中的亞波長直徑纖芯(2)呈六邊形排 列，在內(nèi)包層區(qū)(3)上投蓋外包層區(qū)(4)的大模場多芯光纖。內(nèi)包層形狀為JF.方形，尺寸
為6o,x60nm。在第四實施例中，光纖的:ri;他尺寸參數(shù)和折射率大小可以參照實施例一。
摻雜情況可以參照實施例一和二。 實施例5:
圖4為發(fā)明的第五個實施例，這是內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑纖芯(2)呈環(huán)形排列， 在內(nèi)包層區(qū)(3)上覆蓋外包層區(qū)(4)的大模場多芯光纖。在第五實施例中，光纖的尺寸參 數(shù)和折射率大小可'.以參照實施例三。摻雜情況可以參照實施例一和二。
權利要求
1.一種大模場多芯光纖，包括多根纖芯(2)、內(nèi)包層區(qū)(3)和外包層區(qū)(4)，其特征在于所述的纖芯(2)包括介電區(qū)(5)和中空部分(6)，介電區(qū)(5)和中空部分(6)都是亞波長直徑的；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形成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于多根亞波長直徑纖芯(2)按一 定規(guī)律排列于內(nèi)包層區(qū)(3)中。
3. 根據(jù)權利要求2所述的大模場多芯光纖，其特征在于內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑 纖芯(2)排列成三角形、JH方形、六邊形、環(huán)形等。
4. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑 纖芯(2)包括介電區(qū)(5)和中空部分(6)，介電區(qū)(5)外徑是亞波長直徑的，中空部分(6) 也是亞波長直徑尺度的。
5. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于內(nèi)包層區(qū)(3)中的亞波長直徑 纖芯(2)彼此之間距離在波長量級。
6. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于纖芯(2)中，中空部分(6)的 尺寸小于介電區(qū)(5)尺寸。
7. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于多根纖芯(2)的中空部分(6) 的尺寸和介電區(qū)(5)的尺寸可以相同，可以不同。
8. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于內(nèi)包層區(qū)(3)的折射率低于亞 波長直徑纖芯(2)中介電區(qū)(5)的折射率，外包層區(qū)(4)的折射率低于亞波長直徑纖芯(2) 中介電區(qū)(5)和內(nèi)包層區(qū)(3)的折射率。
9. 根據(jù)權，J要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于內(nèi)包層區(qū)(3)的形狀不是圓形， 可以是矩形、f"fi型等^ -
10. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于可以在亞波長直徑纖芯(2)的 介電區(qū)(5)中引入有源材料，也可以通過在光纖內(nèi)包層區(qū)(3)中摻雜來引入有源材料。
11. 根據(jù)權利要求10所述的大模場多芯光纖，其特征在于亞波長直徑纖芯(2)的介電區(qū) (5)中可以摻雜稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同吋還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種。
12. 根據(jù)權利要求10所述的大模場多芯光纖，其特征在于光纖內(nèi)包層區(qū)(3)可以摻雜稀 土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同時還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種。
13. 根據(jù)權利要求1所述的大模場多芯光纖，其特征在于亞波長直徑纖芯(2)的介電區(qū) (5)和光纖內(nèi)包層區(qū)(3)的基質材料是石英玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃，或碲酸鹽玻璃。
全文摘要
一種多芯光纖，包括多根纖芯和包層區(qū)，其特征在于多根纖芯是亞波長直徑的，而且是空芯的，而且按一定規(guī)律排列于內(nèi)包層之中，外包層由低折射率材料形成。該多芯光纖的多根纖芯強耦合，可實現(xiàn)高功率的單模激光輸出，而且能對光束進行整形，可以應用在激光整形及高功率光纖放大器、激光器等領域。
文檔編號G02B6/02GK101620295SQ20081003164
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權日2008年7月1日
發(fā)明者文雙春, 瑛 李, 華 楊, 范滇元, 趙楚軍 申請人:湖南大學