专利名称：圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制作方法，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：
掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm, Ho, 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。每种稀土元素的吸收截面与发射截面都不相同，导致对应光纤的工作波长也不一样。例如，掺钕光纤工作波长为1000-1150nm，1320-140()nm;掺铒光纤工作波长 550nm, 850nm, 980-1000nm, 1500-1600nm, 1660nm, 1720nm, 2700nm ；掺镱光纤工作波长为 970-1040nm ；掺钍光纤工作波长为 455nm，480nm，803_825nm，1460_1510nm，1700_2015nm， 2250-2400nm ；掺镨光纤工作波长为 490nm，520nm，601_618nm，631_641nm，707_725nm， 880-886nm,902-916nm, 1060-1 IlOnm, 1260_i;350nm ；掺钬光纤工作波长为 550nm，753nm， 1380nm，2040-2080nmJ900nm。掺钐光纤工作波长为 651nm，掺不同的玻璃基质的稀土离子，其增益带宽与性质也有差异。例如纯硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波谱宽为7. 94nm，而铝磷硅光纤玻璃基质的掺铒光纤， 其 1500nm增益半波谱宽为 43. 3nm[W. J. Miniscalco. Optical and electronic properties of rare-earth ions in glasses in rare-earth doped fiber lasers and amplifier· New York =Marcel Dekker. 2001，pp :17-112]。现有的双包层光纤或者为单掺稀土的，或者为双掺稀土。即使是双掺稀土光纤，也是利用两种掺稀土元素对泵浦源的吸收截面不同，以及两种距离很近的元素能级相互作用，实现一种掺稀土元素吸收泵浦功率，另一种元素受激放大的目的，如铒镱共掺光纤。因此，现有的双包层光纤放大信号带宽通常只有几十nm， 当要放大不同的波长信号，且波长间隔超过IOOnm时，就需要分别配置不同的双包层光纤， 再进行信号合并，结构复杂且成本很高。中国专利号200910236162. 4、提出了一种单芯多掺稀土离子区双包层光纤，这种光纤能够实现多波段光信号的放大或为多波段激光的增益介质；然而受到非线性、结构元素和衍射极限的限制，承受的光功率有限，单芯连续波损坏阈值约lW/m2[J. Nilsson, J. K. Sahu, Y. Jeong, W. A. Clarkson, R. Selvas, Α. B. Grudinin, and S. U. Alam, " High Power Fiber Lasers :New Developments", Proceedings of SPIE Vol. 4974, 50-59 (2003) ], 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。
4
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
为克服现有大模场单模多芯光纤批量生产成品率低、分块包层光纤芯层直径有限以及单芯多掺稀土离子区双包层光纤承受光功率有限等缺陷，提出了一种圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，该光纤包括纤芯、内包层与外包层。第一至第N扇形掺稀土离子区的光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为2 20微米；3彡N彡9的整数。内包层内围绕圆形纤芯均勻分布相同半径与相同弧度的第一至第M扇形纤芯； N彡M彡32的整数。第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第M扇形纤芯的半径均为20 200微米，弧度
均为 α，Ji /2Μ ^ α ^ 2 π /M ；第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第M扇形纤芯的顶点与圆形纤芯的外圆的距
离相等，距离均为2 20微米。圆形纤芯、第一至第M扇形纤芯的光学折射率相等，其光学折射率大于内包层的光学折射率，内包层的光学折射率大于外包层的光学折射率。第一至第N扇形掺稀土离子区的掺稀土离子类型不全相同；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。第一至第M扇形纤芯的掺稀土离子类型不全相同，第一至第M扇形纤芯的掺稀土离子类型集合与第一至第N扇形掺稀土离子区的掺稀土离子类型集合相等。圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择N根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒；3 < 9 的整数；将N根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的N根光纤预制棒拉制成芯层半径与包层厚度相等的细棒；将上述N根光纤预制棒处理成N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 /N ;N个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒；步骤二制作扇形纤芯细棒选择M根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒；N^ M^ 32的整数，选择的M根光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的N根光纤预制棒芯层的光学折射率相等；将M根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述M根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒；再将上述M根光纤预制棒处理成M个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为α，π /2Μ彡α ^ 2 π /M ；步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一的含环形包层区的圆形纤芯细棒与步骤二的M个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。本发明的有益效果具体如下圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，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大芯径纤芯，减少了与单模光纤的熔接损耗；单模圆形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为三个扇形掺稀土离子区和三个扇形纤芯的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤截面图。图2为四个扇形掺稀土离子区和六个扇形纤芯的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤截面图。图3为六个扇形掺稀土离子区和十八个扇形纤芯的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤截面图。图4为九个扇形掺稀土离子区和三十二个扇形纤芯的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤截面图。
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。实施例一三个扇形掺稀土离子区(11、12、13)和三个扇形纤芯Ql、22、23)的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，如图1所示；第一扇形掺钕离子区11、第二扇形掺铒离子区12、第三扇形掺镱离子区13光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为2微米；内包层3内围绕圆形纤芯均勻分布三个相同半径与相同弧度的扇形纤芯；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α = ji/6，第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23的掺稀土离子分别为铒离子、钕离子、镱离子；
第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22、第三扇形纤芯23顶点与圆形纤芯外圆的距离相等，距离均为2微米；圆形纤芯、第一至第三扇形纤芯21、22、23的光学折射率相等，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3的光学折射率，内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。三个扇形掺稀土离子区(11、12、13)和三个扇形纤芯Ql、22、23)的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择三根芯层半径相等与光学折射率相等的掺铒离子光纤预制棒、掺钕离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒；用研磨方法将并将三根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的三根光纤预制棒拉制成芯层半径相等与包层厚度相等的细棒， 芯层半径均为2mm，包层厚度均为2mm ；用激光切割的方法，将上述三根光纤预制棒处理成三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 ；三个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒步骤二制作扇形纤芯细棒选择芯层半径相等与光学折射率相等的掺铒离子光纤预制棒、钕离子光纤预制棒、镱离子光纤预制棒，选择的三根光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的三根光纤预制棒芯层的光学折射率相等；用氢氟酸腐蚀的方法将并将三根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述三根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒，半径为20mm ；再用激光切割的方法，将上述三根光纤预制棒处理成三个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η/6;步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一和二的的环形包层区的圆形纤芯细棒与三个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。实施例二四个扇形掺稀土离子区(11、12、13、14)和六个扇形纤芯(21、22、23、24、25、26)的
圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，如图2所示；第一扇形掺钕离子区11、第二扇形掺铒离子区12、第三扇形掺镱离子区13、第四扇形掺铒离子区14光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为5微米；内包层3内围绕圆形纤芯均勻分布六个相同半径与相同弧度的扇形纤芯；第一扇
形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第六扇形纤芯沈的半径均为60微米，弧度均为α =
JI /6，第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第六扇形纤芯沈的掺稀土离子分别为铒离
子、钕离子、镱离子、铒离子、钕离子、镱离子；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第六扇形纤芯沈顶点与圆形纤芯外圆的
距离相等，距离均为4微米；
圆形纤芯、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第六扇形纤芯沈的光学折射
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，内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。四个扇形掺稀土离子区(11、12、13、14)和六个扇形纤芯(21、22、23、24、25、26)的
圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择四根芯层半径相等与光学折射率相等的掺铒离子光纤预制棒、掺钕离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺钕离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒；用氢氟酸腐蚀方法将并将四根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的四根光纤预制棒拉制成芯层半径相等与包层厚度相等的细棒， 芯层半径均为5mm，包层厚度均为4mm ；用激光切割的方法，将上述四根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η/2 ；四个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒步骤二制作扇形纤芯细棒选择芯层半径相等与光学折射率相等的掺铒离子光纤预制棒、钕离子光纤预制棒、镱离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、钕离子光纤预制棒、镱离子光纤预制棒，这里的光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的光纤预制棒芯层的光学折射率相等；用氢氟酸腐蚀的方法将并将六根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述六根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒，半径为60mm ；再用激光切割的方法，将上述六根光纤预制棒处理成六个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η/6;步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一和二的的环形包层区的圆形纤芯细棒与六个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。实施例三六个扇形掺稀土离子区(11、12.....16)和十八个扇形纤芯Ol、22.....218)的
圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，如图1所示；第一扇形掺钕离子区11、第二扇形掺钬离子区12、第三扇形掺铒离子区13、第四扇形掺镱离子区14、第五扇形钕镱共掺离子区15、第六扇形掺钐离子区16光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为12微米；内包层3内围绕圆形纤芯均勻分布十八个相同半径与相同弧度的扇形纤芯；第一
扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第十八扇形纤芯18的半径均为100微米，弧度均为
JI /10，第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第十八扇形纤芯18的掺稀土离子分别为掺
钕离子、掺钬离子、掺铒离子、掺镱离子、钕镱共掺离子、掺钐离子、掺钕离子、掺钬离子、掺铒离子、掺镱离子、钕镱共掺离子、掺钐离子、掺钕离子、掺钬离子、掺铒离子、掺镱离子、钕镱共掺离子、掺钐离子；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第十八扇形纤芯18顶点与圆形纤芯外圆
的距离相等，距离均为10微米；圆形纤芯、第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第十八扇形纤芯18的光学折
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，内包层3的光学折射率大于外包层4的光学折射率。六个扇形掺稀土离子区(11、12.....16)和十八个扇形纤芯(21,22.....218)的
圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择六根芯层半径相等与光学折射率相等的掺钕离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒；用研磨方法将并将六根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的六根光纤预制棒拉制成芯层半径相等与包层厚度相等的细棒， 芯层半径均为12mm，包层厚度均为IOmm ；用激光切割的方法，将上述四根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 ；六个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒步骤二制作扇形纤芯细棒选择芯层半径相等与光学折射率相等的掺钕离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒、掺钕离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒、掺钕离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒，这里的光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的光纤预制棒芯层的光学折射率相等；用氢氟酸腐蚀的方法将并将十八根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述十八根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒，半径为IOOmm ；再用激光切割的方法，将上述十八根光纤预制棒处理成十八个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η/10;步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一和二的的环形包层区的圆形纤芯细棒与十八个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。实施例四九个扇形掺稀土离子区(11、12、· · ·、19)和三十二个扇形纤芯(21、22、· · · ,232) 的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，如图1所示；第一扇形掺钕离子区11、第二扇形掺铒离子区12、第三扇形掺镱离子区13、第四扇形掺钍离子区14、第五扇形镨离子区15、第六扇形掺钬离子区16、第七扇形掺钐离子区17、第八扇形钕镱共掺离子区18、第九扇形铒镱共掺离子区19光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为20微米；内包层3内围绕圆形纤芯均勻分布三十二个个相同半径与相同弧度的扇形纤芯；
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的掺稀土离子、第二扇形纤芯22的掺稀土离子.....第32
扇形纤芯232掺稀土离子分别为钕离子、钬离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子、钐离子、钍离子、镨离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、镱离子、铒镱共掺离子、钍离子、镨离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子、钐离子、钍离子、 镨离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、镱离子、铒镱共掺离子、钍离子、镨离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子；第一扇形纤芯21、第二扇形纤芯22.....第三十二扇形纤芯232顶点与圆形纤芯
外圆的距离相等，距离均为20微米；圆形纤芯、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，第一扇形纤芯21光学折射率大于内包层3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。九个扇形掺稀土离子区(11、12、· · ·、19)和三十二个扇形纤芯(21、22、· · · ,232) 的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择九根芯层半径相等与光学折射率相等的掺钕离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、掺钍离子光纤预制棒、掺镨离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒；用研磨方法将并将九根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的九根光纤预制棒拉制成芯层半径厚度相等与包层厚度相等的细棒，芯层半径均为20mm，包层厚度均为20mm ；用激光切割的方法，将上述九根光纤预制棒处理成九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 /9 ；九个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒。步骤二制作扇形纤芯细棒选择芯层半径相等与光学折射率相等的掺钕离子光纤预制棒、掺钬离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒、掺钍离子光纤预制棒、掺镨离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、镱离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、掺钍离子光纤预制棒、掺镨离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒、掺钐离子光纤预制棒、掺钍离子光纤预制棒、掺镨离子光纤预制棒、掺铒离子光纤预制棒、镱离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、掺钍离子光纤预制棒、掺镨离子光纤预制棒、铒镱共掺离子光纤预制棒、钕镱共掺离子光纤预制棒，这里的光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的光纤预制棒芯层的光学折射率相等；
用氢氟酸腐蚀的方法将并将三十二根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述三十二根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒，半径为200mm ；再用激光切割的方法，将上述三十二根光纤预制棒处理成三十二个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为η/16;步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一和二的的环形包层区的圆形纤芯细棒与三十二个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。实施例五N个扇形掺稀土离子区(11、12、. . . UN)和M个扇形纤芯Ql、22、. . .、2M)圆芯多
扇形区外围多扇形纤芯光纤，该光纤包括纤芯、内包层与外包层；第一至第N扇形掺稀土离子区光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为2 20微米；3彡N彡9的整数；内包层内围绕圆形纤芯均勻分布相同半径与相同弧度的第一至第M扇形纤芯；N彡M彡32的整数；第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第M扇形纤芯的半径为20 200微米，弧度为
α， Ji /2Μ ^ α ^ 2 π /M ；第一扇形纤芯、第二扇形纤芯.....第M扇形纤芯与圆形纤芯外圆的距离相等，距
离均为2 20微米；圆形纤芯、第一至第M扇形纤芯的光学折射率相等，其光学折射率大于内包层的光学折射率，内包层的光学折射率大于外包层的光学折射率。第一至第N扇形掺稀土离子区的掺稀土离子类型不全相同；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、铒镱共掺离子；第一至第M扇形纤芯的掺稀土离子类型不全相同，第一至第M扇形纤芯所含的掺稀土离子类型集合与第一至第N扇形掺稀土离子区所含的掺稀土离子类型集合相等。圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择N根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒；3 < 9 的整数；将N根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等；将去掉部分包层的N根光纤预制棒拉制成芯层半径相等与包层厚度相等的细棒；将上述N根光纤预制棒处理成N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 /N ;N个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒；步骤二制作扇形纤芯细棒选择M根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒； N^ M ^ 32的整数，这里的光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的光纤预制棒芯层的光学折射率相等；用氢氟酸腐蚀的方法将并将M根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层；将上述M根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒；再将上述M根光纤预制棒处理成M个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为α，π /2Μ彡α ^ 2 π /M ；步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一和二的的含环形包层区的圆形纤芯细棒与M个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。
权利要求
1.圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，该光纤包括纤芯、内包层(3)与外包层；其特征在于第一至第N扇形掺稀土离子区(11、12........1N)的光学折射率、半径与弧度均相等，组成一个完整圆形纤芯；圆形纤芯半径为2 20微米； 3彡N彡9的整数；内包层C3)内围绕圆形纤芯均勻分布相同半径与相同弧度的第一至第M扇形纤芯01、22、......、2M)；N彡M彡32的整数；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第M扇形纤芯QM)的半径均为20 200微米，弧度均为α，π /2Μ彡α ^ 2 π /M ；第一扇形纤芯(21)、第二扇形纤芯02).....第M扇形纤芯QM)的顶点与圆形纤芯的外圆的距离相等，距离均为2 20微米；圆形纤芯、第一至第M扇形纤芯Ol、22........2M)的光学折射率相等，其光学折射率大于内包层(3)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。
2.根据权利要求1所述的圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤，其特征在于第一至第N扇形掺稀土离子区(11、12........1N)的掺稀土离子类型不全相同；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；第一至第M扇形纤芯Ol、22........2M)的掺稀土离子类型不全相同，第一至第M扇形纤芯Ol、22........2M)的掺稀土离子类型集合与第一至第N扇形掺稀土离子区(11、12........1N)的掺稀土离子类型集合相等。
3.圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤的制作方法，包括以下步骤 步骤一制作含环形包层区的圆形纤芯细棒选择N根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒；3 < N < 9的整数；将N根光纤预制棒的部分包层去掉，使得剩余包层的厚度相等； 将去掉部分包层的N根光纤预制棒拉制成芯层半径与包层厚度相等的细棒； 将上述N根光纤预制棒处理成N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 /N ;N个扇形细棒组成一个完整的圆，构成含环形包层区的圆形纤芯细棒； 步骤二制作扇形纤芯细棒选择M根芯层半径相等与光学折射率相等的掺掺稀土离子光纤预制棒；N < M < 32的整数，选择的M根光纤预制棒芯层的光学折射率与步骤一中采用的N根光纤预制棒芯层的光学折射率相等；将M根光纤预制棒的包层去掉，只剩下芯层； 将上述M根光纤预制棒拉制成半径相等的细棒；再将上述M根光纤预制棒处理成M个相同半径与弧度的扇形细棒，每个扇形细棒的弧度均为 α，Ji /2Μ 彡 α ^ 2 π /M ；步骤三制作成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤将完成步骤一的含环形包层区的圆形纤芯细棒与步骤二的M个扇形纤芯细棒组织起来，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；拉制成圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤。
全文摘要
圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤激光器、特种光纤领域。克服了单芯多掺稀土离子区双包层光纤承受光功率有限、分块包层光纤芯层直径有限。第一至第N扇形掺稀土离子区的光学折射率、半径与弧度均相等，组成完整圆形纤芯；3≤N≤9的整数；内包层内围绕圆形纤芯均匀分布相同半径与弧度α的第一至第M扇形纤芯；N≤M≤32的整数；π/2M≤α≤2π/M；第一至第M扇形纤芯的顶点与圆形纤芯外圆的距离相等，圆形纤芯与第一至第M扇形纤芯的掺稀土离子类型集合相等。该制作方法制作圆形纤芯细棒、扇形纤芯细棒，组织成该光纤。该光纤成品率高，与单模光纤的熔接损耗小；实现大模场面积单模工作。
文档编号C03B37/025GK102262263SQ20111025656
公开日2011年11月30日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者冯素春, 宁提纲, 李晶, 杨龙, 温晓东, 胡旭东, 裴丽 申请人:北京交通大学