一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。
【背景技术】
[0002]掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm，H0，Er，Pr，Tm，Yb等)离子光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。
[0003]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MW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lW/m2[ J.Nilsson，J.K.Sahu,Y.Jeong,ff.A.Clarkson,R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，，，High Power Fiber Lasers: New Developments，，，Proceedings of SPIE Vol.4974，50_59(2003)]，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。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生10W热。
[0004]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积达到465μηι2[Vogel ,Moritx M,Abdou-Ahmed,Marwan，Voss ,Andreas ,Graf，Thomas，，，Very large mode area single-mode multicore fiber”，0pt.Lett.34( 18)，2876-2878(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。
[0005]多沟槽光纤是一种新型光纤，通过多环形芯环绕，实现单模工作[D.Jain，C.Bask1tis1J.K.Sahu/'Mode area seal ing with mult1-trench rod-type fibers,Optics express”，2013]。这种光纤，工艺要求高，与普通光纤连接损耗大，弯曲引起的双折射是克服不了的难题。
[0006]瓣状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 demonstrat1n ofsingle-mode operat1n of large-core segmented cladding fiber，，，in OpticalFiber Communicat1n Conference,Technical Digest(CD)(Optical Society ofAmerica,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，然而其弯曲带来的不利影响无法消除。
【发明内容】
[0007]为克服现有大模场单模多芯光纤批量生产成品率低、单芯多掺稀土离子区双包层光纤承受光功率有限、多沟槽光纤弯曲敏感以及分块包层光纤芯层抗弯曲性差等缺陷，提出了一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤。
[0008]本发明的技术方案:
[0009]抗弯曲瓣状大模场单模光纤，该光纤中心为掺稀土离子芯区，由内到外分布围绕掺稀土离子芯区均匀分布的N个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯，内包层，外包层，3
8整数；
[0010]掺稀土离子芯区的折射率剖面呈抛物线形，最大相对折射率差Δ=(η1_η2)，瓣状纤芯的折射率相等，为nl;内包层的折射率小于瓣状纤芯的折射率，为η2;外包层的折射率小于内包层的折射率。
[0011]掺稀土离子芯区、瓣状纤芯的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;掺稀土离子芯区、瓣状纤芯的掺稀土离子类型相同。。
[0012]掺稀土离子芯区的纤芯半径Rl为23?27μπι;瓣状纤芯的厚度d为70?80μπι。
[0013]瓣状纤芯围绕掺稀土离子芯区均匀分布，各块瓣状纤芯弧度等于15°?25°。
[0014]本发明的有益效果具体如下:设计了一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤，解决了瓣状光纤因弯曲造成的模式畸变和单模特性恶化问题，能在改善瓣状光纤弯曲特性的情况下实现大功率的激光输出，通过调整光纤中心掺稀土离子芯区的直径和最大相对折射率差、以及掺稀土瓣状纤芯的厚度和瓣数，实现光纤大的有效模场面积，能实现大功率单模激光输出。由于瓣状光纤的角度可调节，从而有利于实现纤芯热扩散，有效地提高了光纤的抗热能力和单模特性。
【附图说明】
[0015]图1是本发明光纤一个实施例的折射率剖面示意图和对应的光纤(4瓣)截面示意图
[0016]图2为本发明光纤另一个实施例的折射率剖面示意图和对应的光纤(6瓣)截面示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0018]实施例一，抗弯曲4瓣大模场单模光纤，参见图1。该光纤中心为掺稀土离子芯区(I)，围绕掺稀土离子芯区(I)均匀分布4个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)，内包层(3)，外包层(4)，本实例中~=4;
[0019]掺稀土离子芯区(1)、瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)的掺稀土离子类型均为铒离子。
[0020]掺稀土离子芯区(1)的中心、瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)的折射率相等。
[0021]掺稀土离子芯区(I)最大相对折射率差Δ=(nl-n2)=0.005，内包层(3)的折射率小于瓣状纤芯(2，1)的折射率，外包层(4)的折射率小于内包层(3)的折射率。
[0022]掺稀土离子芯区(l)的直径为50μm，瓣状纤芯的厚度为75μm，角度为22.5°。
[0023]实施例二，抗弯曲6瓣大模场单模光纤，参见图2。该光纤中心为掺稀土离子芯区(I)，围绕掺稀土离子芯区(I)均匀分布6个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)、(2，5)、(2，6)，内包层(3)，外包层(4)，本实例中~=6。
[0024]掺稀土离子芯区(1)、瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)、(2，5)、(2，6)的掺稀土离子类型均为铒离子。
[0025]掺稀土离子芯区(1)的中心、瓣状纤芯(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)、(2，5)、(2，6)的折射率相等。
[0026]掺稀土离子芯区(I)最大相对折射率差Λ= (nl -n2) = 0.0I，内包层(3)的折射率小于瓣状纤芯(2，1)的折射率，外包层(4)的折射率小于内包层(3)的折射率。
[0027]掺稀土离子芯区(l)的直径为50μm，瓣状纤芯的厚度为75μm，角度为22.5°。
【主权项】
1.抗弯曲瓣状大模场单模光纤，其特征为:该光纤中心为掺稀土离子芯区(I)，由内到外分布围绕掺稀土离子芯区(I)均匀分布的N个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(2，1)……(2少)，内包层(3)，外包层(4)，3<~<8整数； 掺稀土离子芯区(I)的折射率剖面呈抛物线形，最大相对折射率差△ = (nl-n2)，为0.3?1.1%;稀土离子芯区(I)的中心、瓣状纤芯(2，I)……(2，N)的折射率相等，为nl;内包层(3)的折射率小于瓣状纤芯(2，I)……(2，N)的折射率，为n2;外包层(4)的折射率小于内包层(3)的折射率。2.根据权利要求1所述的抗弯曲瓣状大模场单模光纤，其特征为:掺稀土离子芯区(I)、瓣状纤芯(2，1)……(2，N)的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;掺稀土离子芯区(I)、瓣状纤芯(2，I)……(2，N)的掺稀土离子类型相同。3.根据权利要求1所述的抗弯曲瓣状大模场单模光纤，其特征为:掺稀土离子芯区(I)的纤芯半径町为23?27口111;瓣状纤芯(2，1)……(2 ,N)的厚度d为70?80μπι。4.根据权利要求1所述的抗弯曲瓣状大模场单模光纤，其特征为:瓣状纤芯(2，I)、(2，2)……(2，Ν)围绕掺稀土离子芯区(I)均匀分布，各块瓣状纤芯弧度等于15°?25°。
【专利摘要】一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤。该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布围绕掺稀土离子芯区(1)均匀分布的N个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(2,1)……(2,N)，内包层(3)，外包层(4)，3≤N≤8整数；掺稀土离子芯区(1)的折射率剖面呈抛物线形，最大相对折射率差Δ＝(n1-n2)，瓣状纤芯(2,1)……(2,N)的折射率相等，为n1；内包层(3)的折射率小于瓣状纤芯(2,1)……(2,N)的折射率，为n2；外包层(4)的折射率小于内包层(3)的折射率。本发明不仅解决了瓣状光纤弯曲带来的不利影响，提高了光纤的抗弯曲性能，而且实现大有效模场面积单模特性。本发明制作方法简便有效，适用于大规模生产。
【IPC分类】G02B6/028, G02B6/02
【公开号】CN105607183
【申请号】CN201610009041
【发明人】马绍朔, 李晶, 祝小光, 宁提纲, 张传彪, 李超, 袁瑾
【申请人】北京交通大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月7日