专利名称：一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤。
背景技术：
双包层掺杂稀土离子激光器在工业加工、医疗、高精度测量和精密焊接等 方面的应用有着广阔的前景。然而，光纤激光器输出功率的提高受到非线性效 应的限制，如受激拉曼散射、受激布里渊散射和自相位调制等。对于传统的阶 跃分布折射率光纤和微结构光纤，其基模模场呈高斯分布，其特征是模场的中 心区域功率最大，并且沿半径向外递减，边缘部分的功率最小。这就带来一个 问题，即当模场功率增人时，由于中心区域的功率最大所以会首先达到非线性 效应的阈值，从而限制了光纤激光器的输出功率。而对于平坦分布的基模模场， 由于模场在纤芯内均匀分布，所以在相同的非线性效应阈值条件下，其输出功 率要大于高斯分布的情况。尤其对于高能量的脉冲光纤激光器，由于其输出脉 冲的峰值功率较高，因此具有平坦基模模场分布的大模场面积光纤对于提高光 纤激光器和放大器的输出功率是非常有利的。目前，具有平坦基模模场分布的 光纤结构仍然属于传统的阶跃折射率分布光纤范畴，其不足之处在于，当增大 纤芯直径时，为了确保光纤工作在单模或少模状态，则必须尽量降低纤芯的数
值孔径，而以目前的工艺水平很难把数值孔径精确控制在0.06以下，因此基模 模场有效面积的进一步提高受到了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，传统的具有平坦基模模场分布的大模场面积阶跃折射率分布光纤必须具有超低纤芯数值孔径所需要的生产工艺高精度控 制问题，提出了一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤。
本发明所要解决的技术问题的技术方案
一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基于石英介质，
由纤芯和包围纤芯的包层组成，纤芯由一个或七个空气孔缺陷构成，包层由呈
三角周期排列的空气孔或掺氟石英介质芯构成。
在微结构光纤的纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层，其内外圆半 径和折射率满足以下方程式
八二 r2--, tan
"core "c/ "op, _ "core
其中^)是自由空间的波数；
n和^分别表示掺锗石英介质层的内外圆半径；
r2对于纤芯由一个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为J/VJ， J表示空气 孔间距；
r2对于纤芯由七个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为V^， J表示空气孔 间距；
n。P,表示掺锗石英介质层的折射率；
W^e表示石英介质的折射率；
"c/表示微结构光纤包层基模的折射率。
本发明的有益效果在于提供了一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微 结构光纤。本发明通过在微结构光纤的纤芯与包层交界处引入一层折射率略高 于纤芯折射率的掺锗石英介质层以实现基模模场平坦分布的目的，这对于提高 大功率光纤激光器或放大器的输出功率，尤其对于高能量脉冲光纤激光器或放大器中非线性效应的抑制具有非常重要的作用。
图1为纤芯由一个空气孔缺陷构成包层由呈三角周期排列的空气孔组成的
微结构光纤的截面示意图2为纤芯由一个掺氟石英介质芯缺陷构成包层由呈三角周期排列的掺氟 石英介质芯组成的微结构光纤的截面示意图3为纤芯由七个空气孔缺陷构成包层由呈三角周期排列的空气孔组成的 的微结构光纤的截面示意图4为纤芯由七个掺氟石英介质芯缺陷构成包层由呈三角周期排列的掺氟 石英介质芯组成的的微结构光纤的截面示意图中石英介质l、空气孔2、掺锗石英介质层3、掺氟石英介质芯4。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。
实施例一
如图1所示， 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基 于石英介质l，纤芯由一个空气孔缺陷构成，包层由空气孔2呈三角周期排列构 成，在纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层3，构成了一种具有平坦基模 模场分布的大模场面积微结构光纤。
实施例二
如图2所示， 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基 于石英介质l，纤芯由一个掺氟石英介质芯缺陷构成，包层由掺氟石英介质芯4 呈三角周期排列构成，在纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层3，构成了一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤。 实施例三
如图3所示， 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基 于石英介质l,纤芯由七个空气孔缺陷构成，包层由空气孔2呈三角周期排列构 成，在纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层3，构成了一种具有平坦基模 模场分布的大模场面积微结构光纤。
实施例四
如图4所示， 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基 于石英介质l，纤芯由七个掺氟石英介质芯缺陷构成，包层由掺氟石英介质芯4 呈三角周期排列构成，在纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层3，构成了 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤。
微结构光纤参数的设计步骤
1.设定微结构光纤的基本参数，即空气孔2或掺氟石英介质芯4的直径和 孔(芯)间距。
2.根据以下公式设定掺锗石英介质层3的内外圆半径和折射率使得微结构 光纤的基模有效折射率等于石英介质1的折射率。 内外圆半径和折射率满足以下方程式
。=r2 -
-tarf
1/2
其中^)是自由空间的波数；
n和^分别表示掺锗石英介质层(3)的内外圆半径；
r2对于纤芯由一个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为」/VJ， J表示空气孔间距；
r2对于纤芯由七个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为V^，」表示空气孔 间距；
"一表示掺锗石英介质层(3)的折射率； "，e表示石英介质(1)的折射率； 表示微结构光纤包层基模的折射率。
例如设计图1所示的一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤， 首先假定空气孔2直径和孔间距分别为12 ,和30 pm，掺锗石英介质层3的内 外层半径分别为16.04 pm和17.32 pm，则取掺锗石英介质层3的折射率为1.451 时微结构光纤的基模有效折射率等于石英介质1的折射率，具有平坦的基模模 场分布。
例如设计图3所示的一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤， 首先假定空气孔2直径和孔间距分别为12 ,和30拜，掺锗石英介质层3的内 外层半径分别为37.15 pm和42.4 pm，则取掺锗石英介质层3的折射率为1.4502 时微结构光纤的基模有效折射率等于石英介质1的折射率，具有平坦的基模模 场分布。
权利要求
1. 一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，其基于石英介质(1)，由纤芯和包围纤芯的包层组成，纤芯由一个或七个空气孔缺陷构成，包层由呈三角周期排列的空气孔(2)或掺氟石英介质芯(4)构成；其特征在于在微结构光纤的纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层(3)，其内外圆半径和折射率满足以下方程式其中k0是自由空间的波数；r1和r2分别表示掺锗石英介质层(3)的内外圆半径；r2对于纤芯由一个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为Λ/，Λ表示空气孔间距；r2对于纤芯由七个空气孔缺陷组成的微结构光纤取值为Λ，Λ表示空气孔间距；nopt表示掺锗石英介质层(3)的折射率；ncore表示石英介质(1)的折射率；ncl表示微结构光纤包层基模的折射率。
全文摘要
本发明公开了一种具有平坦基模模场分布的大模场面积微结构光纤，涉及一种微结构光纤；解决了传统的具有平坦基模模场分布的大模场面积光纤必须具有超低纤芯数值孔径所需要的生产工艺高精度控制问题。该微结构光纤由纤芯和包围纤芯的包层组成。芯区由一个或七个空气孔缺陷构成，包层由呈三角周期排列的空气孔(2)或掺氟石英介质芯(4)构成，在微结构光纤的纤芯与包层交界处引入一层掺锗石英介质层(3)，其具有特定的内外层半径和折射率。微结构光纤的基模模场具有平坦分布的特点，这对于提高大功率光纤激光器或放大器的输出功率，尤其对于高能量脉冲光纤激光器或放大器中非线性效应的抑制具有非常重要的作用。
文档编号G02B6/02GK101424772SQ20081023951
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者楚 刘, 宁提纲, 帆 张, 王春灿, 蕊 耿, 陆玉春 申请人:北京交通大学