专利名称：泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤，特别是一种泄漏结构大模场双包层单模掺镱(Yb3+)光纤，它采用泄漏结构，让次低阶模LP11拥有比基横模LP01更高的泄漏损耗，使得光纤在具有较大纤芯时，仍能保证单模输出。
背景技术：
掺Yb3+双包层光纤激光器功率提高的限制主要来自于纤芯本身，一是光纤端面的热损伤，二是光纤中的非线性效应限制了功率的提高。为了这两个因素给功率提高带来的限制，我们可以通过增大纤芯模场直径来得到更高功率输出。双包层光纤实现单模激光输出的条件是光纤规一化频率V＜2.405，所以在增加纤芯直径的同时，要减小纤芯的数值孔径NA，才能满足单模输出条件。但由于光纤材料选择本身的限制，NA也不可能很小，目前，在技术上已经可以实现的最小NA为0.05～0.06，对应的最大单模纤芯直径约为17μm。为使纤芯在更大模场直径下实现单模输出，各国研究人员提出了各种不同的设想光子晶体光纤、螺旋芯光纤、分块扇形光纤等，但拉制起来都有一定的难度。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术的不足，提供一种泄漏结构大模场双包层单模掺镱(Yb3+)光纤，可利用传统双包层光纤的拉制方法拉制，具有较大纤芯时，仍能保证高功率单模运行。
本发明的技术构思是在传统双包层光纤的纤芯n1和内包层间加入中间层n2和泄漏层n3，并使得n2＜n3＝n1。由光波导原理可知，这是一种泄漏结构，纤芯内激发的激光能量不再限制在纤芯内部，而以中间层为媒介，扩散至泄漏层。纤芯内所有的激光模式不再满足导波模条件，均为泄漏模式。通过选择合适的参数a、b、n1、n2，n1通常在1.46～1.47之间，Δ＝(n1-n2)/n1＜0.5％，选择一定的纤芯半径a，1.5a＜b＜2a，可使次高阶模LP11具有较大的泄漏损耗，而基模LP01泄漏损耗较小，从而使大模场直径光纤内的高阶模式滤除而实现单模输出。
本发明的技术解决方案如下
一种泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤，包括纤芯、内包层及外包层，其特征是在所述的纤芯和内包层之间还有中间层和泄漏层，所述的纤芯、中间层、泄漏层、内包层和外包层的折射率分别为n1、n2、n3、n4、n5，且n5＜n4＜n2＜n3＝n1，所述的纤芯的半径为a，中间层的最大半径为b，1.5a＜b＜2a，n1通常在1.46～1.47之间，0.27％＜Δ＝(n1-n2)/n1＜0.54％。
所述的内包层的结构为D形、矩形、六角形、八角形或星形。
本发明泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤是在传统双包层光纤的纤芯n1和内包层间加入中间层n2和泄漏层n3，并使得n2＜n3＝n1。由光波导原理可知，这是一种泄漏结构，纤芯内激发的激光能量不再限制在纤芯内部，而以中间层为媒介，扩散至泄漏层。纤芯内所有的激光模式不再满足导波模条件，而均为泄漏模式。可使次高阶模LP11具有较大的泄漏损耗，而基模LP01泄漏损耗较小，从而使大模场直径光纤内高阶模式的滤除而实现单模输出。
本发明泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤可利用传统双包层光纤的拉制方法拉制，具有较大纤芯时，仍能保证高功率单模运行。
图1为本发明泄漏结构大模场双包层单模光纤的截面示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
先请参阅图1，图1为本发明泄漏结构大模场双包层单模光纤的截面示意图。本发明泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤，包括纤芯1、内包层4及外包层5，其特征是在所述的纤芯1和内包层4之间还有中间层2和泄漏层3，所述的纤芯1、中间层2、泄漏层3、内包层4和外包层5的折射率分别为n1、n2、n3、n4、n5，且n5＜n4＜n2＜n3＝n1，所述的纤芯1的半径为a，中间层2的最大半径为b，1.5a＜b＜2a，n1通常在1.46～1.47之间，0.27％＜Δ＝(n1-n2)/n1＜0.54％。双包层光纤的纤芯1(0＜r＜a)为掺Yb3+石英玻璃，折射率为n1；中间层2的折射率为n2(n2＜n1)；泄漏层3(b＜r＜c)为石英玻璃(与中间层材质不同，可通过掺其它基质材料来实现，如Ge、F等)，折射率为n3(n3＝n1)，其厚度t(t＝c-b)通常与a相近。内包层4折射率为n4(n4＜n2)，该区域用于传输泵浦光，可沿用传统双包层光纤的结构，如D形(如图1所示)、矩形、六角形、八角形、星形等，以利于泵浦光的吸收。外包层5折射率为n5(n5＜n4)，主要用于保护内包层。利用传统双包层光纤的拉制方法，即可实现本发明光纤的拉制。
实施例1实施例1的主要参数n1＝1.469，n2＝1.463，a＝24μm，b＝44μm(Δ＝0.41％)，c＝68μm。计算结果表明，次低阶模LP11的泄漏损耗约为1.8dB/m，而基横模LP01的泄漏损耗约为8.5×10-3dB/m。光纤长度为15m时，LP11基本已经损耗殆尽；而基横模LP01的损耗不到3％。这就有效保证了其实现单模输出。
实施例2实施例2的主要参数n1＝1.473，n2＝1.465，a＝30μm，b＝45μm，c＝75μm(Δ＝0.54％)。此时次低阶模LP11的泄漏损耗约为2.2dB/m，而基横模LP01的泄漏损耗约为5.6×10-3dB/m。光纤长度为15m时，LP11的残余量不足0.1％，可忽略不计；基横模LP01的泄漏损耗则约为1.9％。能保证其实现单模输出。
实施例3实施例3的主要参数n1＝1.462，n2＝1.458，a＝21μm，b＝42μm，c＝63μm(Δ＝0.27％)。此时次低阶模LP11的泄漏损耗约为1.5dB/m，而基横模LP01的泄漏损耗约为3.7×10-3dB/m。光纤长度为15m时，LP11的残余量不足0.5％，可忽略不计；基横模LP01的泄漏损耗则约为1.3％。保证了光纤激光器实现高功率单模输出。
权利要求
1.一种泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤，包括纤芯(1)、内包层(4)及外包层(5)，其特征是在所述的纤芯(1)和内包层(4)之间还有中间层(2)和泄漏层(3)，所述的纤芯(1)、中间层(2)、泄漏层(3)、内包层(4)和外包层(5)的折射率分别为n1、n2、n3、n4、n5，且n5＜n4＜n2＜n3＝n1，所述的纤芯(1)的半径为a，中间层(2)的最大半径为b，1.5a＜b＜2a，n1通常在1.46～1.47之间，0.27％＜Δ＝(n1-n2)/n1＜0.54％。
2.根据权利要求1所述的泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤，其特征在于所述的内包层的结构为D形、矩形、六角形、八角形或星形。
全文摘要
一种泄漏结构大模场双包层单模掺镱光纤，包括纤芯、内包层及外包层，其特征是在所述的纤芯和内包层之间还有中间层和泄漏层，所述的纤芯是掺镱石英玻璃，所述的纤芯、中间层、泄漏层、内包层和外包层的折射率分别为n
文档编号G02B6/02GK101067671SQ20071004158
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者楼祺洪, 李立波, 周军, 吴国华, 董景星, 魏运荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所