本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)光纖領(lǐng)域，特別涉及一種光纖。

背景技術(shù)：

近年來，由于大功率單模光纖激光器和放大器具有光束質(zhì)量好、體積小、運行成本低等優(yōu)勢，已開始應(yīng)用于工業(yè)、國防、科學(xué)研究、醫(yī)療等方面，并對其的需求越來越迫切。千瓦量級的連續(xù)波光纖激光系統(tǒng)和峰值功率為gw量級的短脈沖光纖激光器將會是未來工業(yè)、國防、科學(xué)研究、醫(yī)療等行業(yè)的基本工具。為了加快光纖激光器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，要求光纖激光源進一步提高輸出功率、提高光束質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本。但是，非線性現(xiàn)象和模式不穩(wěn)定現(xiàn)象成為了制約光纖激光源功率提升和光束質(zhì)量優(yōu)化的限制因素。通過模場面積擴展和單模操作可以抑制這些不利因素。

為此，研究人員已經(jīng)設(shè)計和實現(xiàn)了多種大模場面積光纖，但是大部分的大模場面積光纖或多或少都有一定的缺點，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、彎曲特性差等，使得這些光纖在實際應(yīng)用推廣中受到限制。例如：基于傳統(tǒng)的光纖制造技術(shù)生產(chǎn)的階躍型折射率分布光纖的數(shù)值孔徑難以實現(xiàn)小于0.06，在保證高階模式抑制能力可滿足應(yīng)用要求的前提下，其彎曲時最大的模場面積約為370μm²；利用改進的光纖制造技術(shù)可以實現(xiàn)超低數(shù)值孔徑的光纖，其數(shù)值孔徑可低至0.038，彎曲時可以實現(xiàn)750μm²的模場面積，但是制造工藝掌握在國外少數(shù)研究機構(gòu)，難以學(xué)習(xí)推廣。摒棄階躍型折射率分布，采用全新的導(dǎo)光機制，可實現(xiàn)擴大模場面積的同時得到單模輸出，例如：光子帶隙光纖(photonicbandgapfiber,pbgf)、光子晶體光纖(photoniccrystalfiber,pcf)、泄漏通道型光纖(leakagechannelfiber,lcf)、和螺旋芯光纖(chirally-coupled-corefiber,cccf)等。這類光纖具有很大的模場面積和很好的高階模式抑制能力，但是此類光纖制造工藝復(fù)雜，需要精確的堆棒和拉絲工藝。近年來提出的低折射率多層溝壑型光纖(mtf)具有易于制造和很好的高階模式抑制能力，但在彎曲的情況下模場面積小于800μm²。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中大模場面積光纖難以在彎曲條件下仍然保持大模場面積和單模傳輸狀態(tài)，本發(fā)明提供了一種光纖。

本發(fā)明提供的光纖，包括：橢圓纖芯及環(huán)繞所述橢圓纖芯的、設(shè)有泄漏通道的若干個溝壑層，其中最內(nèi)側(cè)的溝壑層包覆于所述橢圓纖芯上，在任意的兩個溝壑層之間設(shè)有環(huán)層，在最外側(cè)的溝壑層上還包覆有外包層。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述橢圓纖芯、所述環(huán)層、所述泄漏通道、及所述外包層的折射率均大于所述溝壑層的折射率。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述溝壑層的個數(shù)為大于等于2的整數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述外包層與所述溝壑層的折射率的差值大于0.001，優(yōu)選為0.001～0.007。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)層與所述外包層的折射率的差值為-0.001～0.001。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述橢圓纖芯與所述外包層的折射率的差值為-0.0005～0.0005。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述泄漏通道的個數(shù)為兩個，分別位于所述橢圓纖芯的長邊方向上。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述泄漏通道與所述外包層的折射率相同。

作為本發(fā)明的進一步改進，還可以通過調(diào)整以下光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)來實現(xiàn)最優(yōu)化的光纖特性，包括：橢圓纖芯相互垂直的兩個方向的長度、低折射率溝壑層的寬度、低折射率溝壑層的層數(shù)、低折射率溝壑層之間的高折射率環(huán)層的寬度、泄漏通道的寬度、橢圓纖芯與外包層的折射率的差值、低折射率溝壑層與外包層的折射率的差值、高折射率環(huán)層與外包層的折射率的差值。

一方面，類似于mtf(multi-trenchfiber)實現(xiàn)抑制高階模式的原理，本發(fā)明的光纖利用多層低折射率溝壑之間形成的諧振效應(yīng)，或者理解為利用橢圓纖芯高階模式和與其折射率相匹配的包層泄漏模式的耦合，使得橢圓纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制；另一方面，本發(fā)明的光纖利用泄漏通道對高階模式的泄漏效果要大于對基模的泄漏，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制。

本發(fā)明提供的光纖，相比目前技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點：

1)保證此光纖設(shè)計在彎曲時具有很好的高階模式抑制能力；

2)具有較大的基模模場面積；

3)結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示光纖在彎曲和非彎曲時橫截面aa’線上的折射率分布曲線，其中彎曲方向平行于aa’線；

其中，101、橢圓纖芯；102、溝壑層；103、環(huán)層；104、泄漏通道；201、外包層。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中大模場面積光纖難以在彎曲條件下仍然保持大模場面積和單模傳輸狀態(tài)，本發(fā)明提供了一種光纖，以下結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施例中光纖的結(jié)構(gòu)示意圖，纖芯外有三層低折射率溝壑。本實施例的一種用于輸出單模激光的雙泄漏通道三層低折射率溝壑橢圓芯子光纖，包括橢圓纖芯(101)、包覆在橢圓纖芯(101)外的三層低折射率溝壑層(102)、低折射率溝壑層之間的高折射率環(huán)層(103)、在低折射率溝壑層上兩個方向上的泄漏通道(104)和外包層(201)；所述低折射率溝壑層(102)的折射率小于光纖其他區(qū)域(101、103、104、201)的折射率。圖2是圖所示光纖在彎曲和非彎曲時橫截面aa’線上的折射率分布曲線，其中彎曲方向平行于aa’線，并且標(biāo)示了相關(guān)光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)符號。

在本實施例中，外包層(201)與低折射率溝壑層(102)的折射率差值(δntr)處于0.001至0.007之間；高折射率環(huán)層(103)的折射率與外包層(201)的折射率相同；纖芯(101)與外包層(201)的折射率差值(δnco)小于0.0001；纖芯短邊長度a為50μm、纖芯長邊長度b為100μm；低折射率溝壑(102)寬度t處于1μm至8μm之間。

此外，在此實施例中，可通過調(diào)整以下光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化光纖特性，包括：纖芯的短邊長度(a)、長邊長度(b)、低折射率溝壑(102)的寬度(t)、高折射率環(huán)層(103)寬度(d)、泄漏通道寬度(tgap)、低折射率溝壑層(102)與外包層(201)的折射率差(δntr)、纖芯(101)與外包層(201)的折射率差值(δnco)等。

本發(fā)明實施例提供的光纖既具有較好的高階模式抑制能力，又可以實現(xiàn)較大的基模有效模場面積，并且由于結(jié)構(gòu)簡單，可通過傳統(tǒng)的mcvd法和鉆孔堆棒工藝制造此種光纖。下面給出一種具體的光纖制造方案：

利用改進的化學(xué)汽相淀積法(mcvd)在圓形石英管內(nèi)壁沉積高低折射率相間分布的多層結(jié)構(gòu)和芯子層，然后通過在預(yù)制棒徑向不均勻的加熱縮棒，制得有多層低折射率溝壑橢圓芯子光纖預(yù)制棒；通過在預(yù)制棒長邊方向的低折射率溝壑層上開槽或鉆孔，制造相鄰夾角為180°的兩個空隙，用與包層相同折射率的石英細棒填充空隙，制得與本發(fā)明光纖相同橫截面折射率分布的光纖預(yù)制棒；最后拉制此光纖，在拉絲時要控制好拉絲的溫度和牽引力，使得光纖截面形狀保持不變。

對比例

對比例與本發(fā)明實施例中光纖結(jié)構(gòu)的不同之處在于，將其中的橢圓纖芯替換為圓形纖芯?，F(xiàn)在將兩者的性能對比如下：

圓形纖芯：我們利用數(shù)值仿真方法，分析了具有雙泄漏通道溝壑的圓形纖芯光纖的高階模式抑制能力和模場面積，其特點為具有3層低折射率溝壑層，外面兩層低折射率溝壑層上具有夾角為180°的兩個泄漏通道(最內(nèi)泄漏溝壑層上沒有泄漏通道，如此設(shè)計是為了降低基模損耗，并不影響基模有效模場面積的大小)。其具有如下參數(shù)：纖芯直徑d＝50μm，溝壑層厚度t＝6μm，高折射率環(huán)層厚度d＝8μm，溝壑層和外包層折射率差δntr＝0.0012，泄漏通道寬度tgap＝20μm，彎曲方向與泄漏通道夾角為90°，彎曲半徑r＝20cm，纖芯與外包層的折射率相等，高折射率環(huán)層與外包層的折射率相等。通過數(shù)值分析得到，高階模式與基模損耗比大于100，基模有效模場面積為920μm²。

橢圓纖芯：我們利用數(shù)值仿真方法，分析了具有雙泄漏通道溝壑的橢圓纖芯光纖的高階模式抑制能力和模場面積，其特點為具有3層低折射率溝壑層，三層低折射率溝壑層上具有夾角為180°的兩個泄漏通道。其具有如下參數(shù)：橢圓纖芯短邊長a＝50μm，橢圓纖芯長邊長b＝80μm，溝壑層厚度t＝6μm，高折射率環(huán)層厚度d＝8μm，溝壑層和外包層折射率差δntr＝0.0012，泄漏通道寬度tgap＝25μm，彎曲方向與泄漏通道夾角為90°，彎曲半徑r＝20cm，纖芯與外包層的折射率相等，高折射率環(huán)層與外包層的折射率相等。通過數(shù)值分析得到，高階模式與基模損耗比大于100，基模有效模場面積為1400μm²。

可以看出通過擴展與彎曲方向相垂直方向的纖芯尺寸，即將圓形纖芯替換為橢圓纖芯，并優(yōu)化設(shè)計，在保證具有較好的高階模式抑制能力的前提下，得到了更大的基模有效模場面積。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。