专利名称：大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。
背景技术：
掺稀土光纤激光器采用掺稀土元素离子光纤，通过受激辐射机制实现激光的产生。光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。随着激光技术应用的发展，材料加工、空间通信、激光雷达、 光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量的激光，要求单模输出功率达到漏甚至GW量级。而仅仅采用单模有源纤芯的双包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于等于10微米，受到非线性、结构元素和衍射极限的限制，承受的光功率有限，单模有源光纤纤芯连续波损坏阈值约 lff/m2[J. Nilsson, J. K. Sahu, Y. Jeong, W. A. Clarkson， R. Selvas,A. B. Grudinin,and S. U. Alam, "High Power Fiber Lasers :New Developments，，， Proceedings of SPIE Vol. 4974，50-59 Q003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战.除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。多芯光纤激光器实现单模输出，已经得到实现证实。文献中采用的多芯光纤有效模场面禾只达至1J 465 μ m2[Vogel, Moritx Μ, Abdou—Ahmed, Marwan, Voss, Andreas, Graf, Thomas,，，Very large mode area single-mode multicore fiber", Opt. Lett. 34(18), ^76-2878 (2009)]。然而这种单模激光器采用的多芯光纤，对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离需要精确的设计，对光纤纤芯之间的距离的容许误差小，批量生产成品率低。分块包层光纤是一种新型光纤，选取特定的光纤参数，能够实现单模工作[A. Yeung, K. S. Chiang, V. Rastogi, P. L. Chu, and G.D.Peng, “ Experimental demonstration of single-mode operation of large-core segmented cladding fiber," in Optical Fiber Communication Conference,Technical Digest(CD)(Optical Society of America, 2004), paper ThI4.]。这种光纤，其特定的结构是增加基模以外的损耗，实现了在芯层直径在50微米的光纤中实现单模工作，然而其功率的提高受限于芯层半径。
发明内容
为了克服现有大模场单模光纤激光器采用的多芯光纤批量生产成品率低以及分块包层光纤芯层直径有限等缺陷，提出了一种大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，该光纤包括直径为2 10微米的圆形纤芯、内包层与外包层。所述的内包层内围绕圆形纤芯均勻分布N个相同半径与弧度的扇形纤芯，N个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯，3 < N < 32整数。第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯的顶点与圆形纤芯外圆的距离
相等，距离均为2 10微米；第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯的半径均为
20 200微米，弧度均为2 π /N。第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯的光学折射率相等与声学折射
率相等，第一扇形纤芯光学折射率大于内包层的光学折射率，小于等于圆形纤芯的光学折射率；内包层的光学折射率大于外包层的光学折射率。第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯的声学折射率大于等于圆形纤
芯的声学折射率。所述的圆形纤芯、第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第N扇形纤芯的掺稀土离
子类型相同，其掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，该制作方法包括以下步骤步骤一选择两根相同掺稀土离子类型的掺稀土离子光纤预制棒，两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等或相等；芯区的光学折射率不等时，芯区光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为2 IOmm的圆形细棒；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径小的光纤预制棒拉制成直径为2 IOmm的圆形细棒；步骤四两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率小的光纤预制棒处理成N个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π /N,半径均为 20 200mm，3 ^ N ^ 32 整数；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径大的光纤预制棒处理成N 个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π/N，半径为20 200mm， 3彡N彡32整数；步骤五将上述圆形细棒和N个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的 N个扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离均为2 IOmm;套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。本发明的有益效果具体如下大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，利用两根相同掺稀土离子类型的光纤预制棒，节省了制造成本，不仅无需一致性要求，提高了光纤的成品率，而且采用单模圆形纤芯，而不是像分块包层光纤采用多模纤芯，减少了与普通单模光纤的熔接损耗；单模有源纤芯与多个扇形纤芯之间存在距离，一方面增加彼此的耦合，实现大模场面积单模工作，另一方面有利于散热，保护了光纤。
图1为三扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图2为四扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图3为五扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图4为六扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图5为八扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图6为十六扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。图7为三十二扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤截面图。
具体实施例方式本发明不涉及掺稀土离子纤芯光纤预制棒的制作，这些均为专利或文献报道的技术。下面结合附图对本发明作进一步描述。实施例一三扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图1所示，该光纤包括直径为2微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4。内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布3个相同半径与弧度的扇形纤芯，三个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的顶点与圆形纤芯1外圆的距离相等，距离为2微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的半径均为 20微米，弧度均为2 π/3。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的光学折射率相等和声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，小于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的声学折射率大于圆形纤芯 1的声学折射率。圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为钕离子。三扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根均掺钕离子的、芯区光学折射率不等的光纤预制棒，其中芯区光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；步骤二用研磨的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为2mm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区光学折射率小的光纤预制棒处理成三个相同半径与相同弧度的扇形细棒，扇形细棒的弧度均为2 π/3，半径为20mm ；步骤五将上述的圆形细棒和三个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的三扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为2mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为2微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例二四扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图2所示，该光纤包括直径为3微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布4个相同半径与弧度的扇形纤芯，4个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯M的顶点与圆形纤芯1外圆的距离相等，距离均为3微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯M的半径均为30微米，弧度均为π/2。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯M的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，小于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯M的声学折射率大于圆形纤芯1的声学折射率。圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯 24的掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为铒离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根均掺铒离子的、芯区光学折射率不等的光纤预制棒，其中光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；步骤二用研磨的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为3mm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区光学折射率小的光纤预制棒处理成四个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π/3，半径为30mm ；步骤五将上述的圆形细棒和四个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的四扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为3mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为3微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例三五扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图3所示，该光纤包括直径为4微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布5个相同半径与弧度的扇形纤芯，4个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25的顶点与圆形纤芯1外圆的距离相等，距离均为4微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25的半径均为40微米，弧度均为2π/5。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21大于内包层3的光学折射率，小于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率；
6
第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25的声学折射率大于圆形纤芯1的声学折射率；圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯 M、第五扇形纤芯25掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子为铒镱共掺离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根铒镱共掺离子的、芯区光学折射率不等的光纤预制棒，其中光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；步骤二用研磨的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为4mm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区光学折射率小的光纤预制棒处理成五个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π/5，半径均为40mm;步骤五将上述的圆形细棒和五个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的五个扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为4mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为4微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例四六扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图4所示，该光纤包括直径为5微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布6个相同半径与弧度的扇形纤芯，6个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯26。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈的顶点与圆形纤芯1外圆的距离相等，距离均为5微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈的半径均为50微米，弧度均为π /3。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，等于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈的声学折射率等于圆形纤芯1的声学折射率。圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为钍离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根掺钍离子的、芯区光学折射率相等的光纤预制棒，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二用氢氟酸腐蚀的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区半径小的光纤预制棒拉制成直径为5mm的圆形细棒；步骤四用机械切割的方法将芯区半径大的光纤预制棒处理成六个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η /3，半径均为50mm ；
步骤五将上述的圆形细棒和六个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的四扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为5mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为5微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例五八扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图5所示，该光纤包括直径为7微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布8个相同半径与弧度的扇形纤芯，8个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯观。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯观的顶点与圆形纤芯1外圆的距离相等，距离均为7微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯观的半径均为70微米，弧度均为π/4;第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯28的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，等于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯28的声学折射率等于圆形纤芯 1的声学折射率；圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23、第四扇形纤芯对、第五扇形纤芯25、第六扇形纤芯沈、第七扇形纤芯27、第八扇形纤芯观掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为钬离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根掺钬离子的、芯区光学折射率相等的光纤预制棒，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二用研磨的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区半径小的光纤预制棒拉制成直径为7mm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区半径大的光纤预制棒处理成八个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η /4，半径均为70mm ；步骤五将上述的圆形细棒和八个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的四扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为7mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为7微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例六十六扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤如图6所示，该光纤包括直径为8微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布16个相同半径与弧度的扇形纤芯，16个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯216。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯216的顶点与圆形纤芯外圆的距离相等，距离均为7微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯 216的半径均为80微米，弧度均为π /8。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯216的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，小于圆形纤芯 1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯216的声学折射率大于圆形纤芯1的声学折射率。圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第十六扇形纤芯216掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为镨离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一选择两根掺镨离子的、芯区光学折射率不等的光纤预制棒，其中芯区光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；步骤二用氢氟酸腐蚀的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为8mm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区光学折射率小的光纤预制棒处理成十六个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η /8，半径均为80mm ；步骤五将上述的圆形细棒和十六个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的四扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为7mm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为8微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例七三十二扇形纤芯的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，如图7所示，该光纤包括直径为10微米的圆形纤芯1、内包层3与外包层4，内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布 32个相同半径与弧度的扇形纤芯，32个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯 22...第三十二扇形纤芯232。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第三十二扇形纤芯232的顶点与圆形纤芯 1外圆的距离相等，距离均为10微米，第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22…第三十二扇形纤芯232的半径均为200微米，弧度均为π /16。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第三十二扇形纤芯232的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，等于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第三十二扇形纤芯232的声学折射率等于圆形纤芯1的声学折射率。圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22...第三十二扇形纤芯232掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型为钐离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，包括以下步骤
步骤一选择两根掺钐离子的、芯区光学折射率相等的光纤预制棒，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二用研磨的方法，将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三将芯区半径小的光纤预制棒拉制成芯层直径为IOmm的圆形细棒；步骤四用激光切割的方法将芯区半径大的光纤预制棒处理成三十二个相同半径与相同弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η /16，半径为200mm ；步骤五将上述的圆形细棒和三十二扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的四扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离为IOmm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成芯层直径为10微米的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。实施例八大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，该光纤包括直径为2 10微米的圆形纤芯1、 内包层3与外包层4。所述的内包层3内围绕圆形纤芯1均勻分布N个相同半径与弧度的扇形纤芯，N个
扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤芯2N，3彡N彡32整数。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤芯2N的顶点与圆形纤芯1外
圆的距离相等，距离均为2 10微米；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤
芯2N的半径均为20 200微米，弧度均为2 π /N。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤芯2N的光学折射率相等与声
学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，小于等于圆形纤芯1的光学折射率；内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤芯2N的声学折射率大于等于
圆形纤芯1的声学折射率。所述的圆形纤芯1、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第N扇形纤芯2N的
掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法包括以下步骤步骤一选择两根相同掺稀土离子类型的掺稀土离子光纤预制棒，两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等或相等；芯区的光学折射率不等时，芯区光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为2 IOmm的圆形细棒；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径小的光纤预制棒拉制成直径为2 IOmm的圆形细棒；步骤四两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率小的光纤预制棒处理成N个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π /N,半径均为
1020 200mm，3 ^ N ^ 32 整数；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径大的光纤预制棒处理成N 个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π/N，半径为20 200mm， 3彡N彡32整数；步骤五将上述圆形细棒和N个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的 N个扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离均为2 IOmm;套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。
权利要求
1.大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，该光纤包括直径为2 10微米的圆形纤芯 (1)、内包层(3)与外包层(4)，其特征为所述的内包层(3)内围绕圆形纤芯(1)均勻分布N个相同半径与弧度的扇形纤芯，N个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯QN)，3彡N彡32整数；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯ON)的顶点与圆形纤芯(1)外圆的距离相等，距离均为2 10微米；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯ON)的半径均为20 200微米，弧度均为2 π /N ；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯ON)的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯光学折射率大于内包层(3)的光学折射率，小于等于圆形纤芯(1)的光学折射率；内包层(3)的光学折射率大于外包层的光学折射率；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯ON)的声学折射率大于等于圆形纤芯(1)的声学折射率。
2.根据权利要求1所述的大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，其特征为所述的圆形纤芯(1)、第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第N扇形纤芯ON)的掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、 钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子。
3.大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，其特征为 该制作方法包括以下步骤步骤一选择两根相同掺稀土离子类型的掺稀土离子光纤预制棒，两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等或相等；芯区的光学折射率不等时，芯区光学折射率大的光纤预制棒的芯区的声学折射率小；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，两根光纤预制棒的芯区的声学折射率相等；步骤二将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；步骤三两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率大的光纤预制棒拉制成直径为2 IOmm的圆形细棒；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径小的光纤预制棒拉制成直径为 2 IOmm的圆形细棒；步骤四两光纤预制棒的芯区的光学折射率不等时，将芯区的光学折射率小的光纤预制棒处理成N个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π /N,半径均为20 200mm，3彡N彡32整数；两光纤预制棒的芯区光学折射率相等时，将芯区半径大的光纤预制棒处理成N个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为2 π /N,半径为20 200mm，3 ^ N ^ 32 整数；步骤五将上述圆形细棒和N个扇形细棒组织起来，并使围绕圆形细棒均勻分布的N个扇形细棒顶点与圆形细棒的外圆距离相等，距离均为2 IOmm ；套上石英管，空隙处用光学折射率比扇形细棒低但比石英管光学折射率高的细石英棒填充；拉制成大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。
全文摘要
大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。克服了现有大模场单模光纤批量生产成品率低以及分块包层光纤芯层直径有限等缺陷。该光纤内包层围绕圆形纤芯均匀分布N个相同半径与弧度的扇形纤芯，N个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯至第N扇形纤芯，3≤N≤32整数；该制作方法包括以下步骤选择两根相同掺稀土离子类型的光纤预制棒；将这两根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯区；将一根光纤预制棒拉制成圆形细棒；将另一根光纤预制棒处理成N个相同半径与弧度的扇形细棒；将上述的圆形细棒和N个扇形细棒组织起来，套上石英管，空隙处用细石英棒填充；拉制成大模场面积单模菊花纤芯分布光纤。
文档编号G02B6/036GK102305958SQ201110256559
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者宁提纲, 李晶, 杨龙, 温晓东, 王春灿, 胡旭东, 裴丽 申请人:北京交通大学