一种抑制受激布里渊散射的单模光纤的制作方法

1.本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种抑制受激布里渊散射的单模光纤。


背景技术：

2.由于光纤的许多优势，例如易散热、空间占用小、光束质量好等，光纤激光器已经逐渐成的激光器中的主流，在科研、医疗、工业领域等具有广泛的应用。光纤决定了光纤激光器的指标极限，是纤激光器的核心器件，因此发展光纤激光器的重点之一在于发展光纤。随着加工制造业的精密化、高端化，对光纤激光器的指标要求越来越严格，在特定应用场合脉冲宽度需要尽量窄，更窄的脉冲则要求具有更大模场直径的光纤以减小有害的非线性效应。
3.窄线宽纳秒激光器，具有单色性好、峰值功率高、相干性好等优点，具有较好的应用前景。现有的窄线宽纳秒激光在光纤中容易产生受激布里渊散射非线性效应，影响窄线宽纳秒激光的使用性能。与上述所说的通过增大模场直径减小有害的非线性效应不同，通过增大模场直径抑制受激布里渊散射的效果比较有限，除此之外还需额外的方法共同抑制受激布里渊散射。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有的窄线宽纳秒激光在光纤中容易产生受激布里渊散射的技术问题。
5.本发明提供一种抑制受激布里渊散射的单模光纤，包括：
6.纤芯，由第一种材料的玻璃棒堆积而成；所述第一种材料具有第一折射率n1和第一声音传播速率v1；
7.内包层，包括第一内包层结构、第二内包层结构和第三内包层结构；所述第一内包层结构包覆设置在所述纤芯的外侧，且由第二种材料的玻璃管堆积而成；所述第一内包层结构中设置有第一空气孔，所述第一空气孔沿所述纤芯的轴向设置；所述第三内包层结构包覆设置在所述第一内包层结构的外侧，由所述第二种材料制成；所述第二内包层结构设置在所述纤芯与所述第三内包层结构之间，且贯穿所述第一内包层结构；所述第二内包层结构由通道单元连续排列而成；所述通道单元为所述第二种材料的玻璃棒或所述第二种材料与所述第三种材料构成的同心玻璃棒；所述第二种材料具有第二折射率n2和第二声音传播速率v2；所述第三种材料具有第三折射率n3；其中，n1≤n2，n2＞n3，1≤v1/v2≤1.1。
8.进一步地，所述抑制受激布里渊散射的单模光纤还包括空气包层；所述空气包层包覆设置在所述内包层的外侧，且由石英玻璃管环绕排列而成；所述空气包层中沿所述纤芯的轴向设置有第二空气孔；所述第二空气孔呈环形分布在所述空气包层内。
9.进一步地，所述抑制受激布里渊散射的单模光纤还包括外包层；所述外包层包覆设置在所述空气包层的外侧，且由石英玻璃管制成。
10.进一步地，所述单模光纤的模场直径大于30微米。
11.进一步地，所述第一种材料中至少掺杂一种稀土元素；所述稀土元素包括镱、钕、饵、钬或铥。
12.进一步地，所述第一种材料中还掺杂至少一种共掺元素；所述共掺元素包括铝、磷、硫、锗或氟。
13.进一步地，所述第二种材料为掺锗石英玻璃；或者，所述第二种材料为锗、氟共掺石英玻璃。
14.进一步地，当所述通道单元为所述第二种材料与所述第三种材料构成的同心玻璃棒时，所述第三种材料包覆设置在所述第二种材料的外侧，或者所述第二种材料包覆设置在所述第三种材料的外侧。
15.进一步地，所述第三种材料为掺氟石英玻璃。
16.进一步地，所述第二内包层结构的横截面呈直线形或折线形。
17.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中抑制受激布里渊散射的单模光纤包括纤芯，由第一种材料的玻璃棒堆积而成；所述第一种材料具有第一折射率n1和第一声音传播速率v1；内包层，包括第一内包层结构、第二内包层结构和第三内包层结构；所述第一内包层结构包覆设置在所述纤芯的外侧，且由第二种材料的玻璃管堆积而成；所述第一内包层结构中设置有第一空气孔，所述第一空气孔沿所述纤芯的轴向设置；所述第三内包层结构包覆设置在所述第一内包层结构的外侧，由所述第二种材料制成；所述第二内包层结构设置在所述纤芯与所述第三内包层结构之间，且贯穿所述第一内包层结构；所述第二内包层结构由通道单元连续排列而成；所述通道单元为所述第二种材料的玻璃棒或所述第二种材料与所述第三种材料构成的同心玻璃棒；所述第二种材料具有第二折射率n2和第二声音传播速率v2；所述第三种材料具有第三折射率n3；其中，n1≤n2，n2＞n3，1≤v1/v2≤1.1；通过所述第一声音传播速率v1和所述第二声音传播速率v2的设置，可以增强所述纤芯中声子的泄漏；同时，通过所述第一内包层结构和所述第二内包层结构的设置，使得声子很容易从所述第二内包层结构泄漏，最终使得所述纤芯中的声子具有高泄漏损耗，且泄漏损耗不低于3db/m，声子很难在所述纤芯中停留，降低了声子与光子的耦合强度，从而提高受激布里渊散射的阈值，进而有效地的抑制受激布里渊散射。
附图说明
18.图1为本发明实施例1中抑制受激布里渊散射的单模光纤的结构示意图；
19.图2为本发明实施例1中抑制受激布里渊散射的单模光纤的纤芯和内包层结构示意图；
20.图3为图2中通道单元221的结构示意图；
21.图4为图2中通道单元221的另一结构示意图；
22.图5为图2中通道单元221的又一结构示意图；
23.图6为本发明实施例2中抑制受激布里渊散射的单模光纤的纤芯和内包层结构示意图；
24.图7为本发明实施例3中抑制受激布里渊散射的单模光纤的纤芯和内包层结构示意图；
25.其中，100、纤芯；110、第一种材料的玻璃棒；200、内包层；210、第一内包层结构；
211、第一空气孔；220、第二内包层结构；221、通道单元；230、第三内包层结构；300、空气包层；310、第二空气孔；400、外包层。
具体实施方式
26.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
27.实施例1
28.请参考图1至图3，本发明的实施例提供了一种抑制受激布里渊散射的单模光纤，包括由内至外依次设置的纤芯100、内包层200、空气包层300和外包层400；
29.纤芯100由第一种材料的玻璃棒110堆积而成；所述第一种材料具有第一折射率n1和第一声音传播速率v1；
30.内包层200包括第一内包层结构210、第二内包层结构220和第三内包层结构230；第一内包层结构210包覆设置在纤芯100的外侧，且由第二种材料的毛细玻璃管堆积而成；第一内包层结构210中设置有第一空气孔211，第一空气孔211沿纤芯100的轴向设置；第一空气孔211呈阵列排布；第三内包层结构230包覆设置在第一内包层结构210的外侧，由所述第二种材料制成，为均匀实心介质；第二内包层结构220设置在纤芯100与第三内包层结构230之间，且贯穿第一内包层结构210；第二内包层结构220由通道单元221连续排列而成；通道单元221为所述第二种材料的实心玻璃棒；所述第二种材料具有第二折射率n2和第二声音传播速率v2；所述第三种材料具有第三折射率n3；其中，n1≤n2，n2＞n3，1≤v1/v2≤1.1；在本实施例中，所述第二折射率n2比第三折射率n3大3.5
×
10-2
，所述第二折射率n2等于所述第一折射率n1，所述第一声音传播速率v1与所述第二声音传播速率v2的比值为1.1，使得声子很容易泄漏，尤其是从第二内包层结构220中泄漏，泄漏损耗可大于3db/m，减弱声子与光子的耦合强度，进而提高受激布里渊散射的阈值；
31.空气包层300包覆设置在内包层200的外侧，且由石英玻璃管环绕排列而成；空气包层300中沿纤芯100的轴向设置有第二空气孔310；第二空气孔310呈环形均匀分布在空气包层300内；
32.外包层400包覆设置在空气包层300的外侧，且由石英玻璃管制成。
33.示例性地，在本实施例中，纤芯100由19根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积而成，纤芯100的横截面近似于六边形。
34.作为本实施例的变形，纤芯100还可采用7根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积成六边形结构；或者，纤芯100还可以由37根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积而成；具体可以根据使用需要进行设置；第一种材料的玻璃棒110为掺稀土玻璃棒。
35.具体地，在本实施例中，所述第一种材料中掺杂一种稀土元素；所述稀土元素为镱。
36.作为本实施例变形，所述稀土元素还可以为钕、饵、钬和/或铥；所述第一种材料中可以掺杂至少一种共掺元素；所述共掺元素包括铝、磷、硫、锗或氟。
37.进一步地，所述制受激布里渊散射的单模光纤的模场直径大于30微米。
38.具体地，在本实施例中，纤芯100的最大横截面尺寸可设置为80微米，则通过调控第一空气孔211的直径，可以保证所述抑制受激布里渊散射的单模光纤的模场直径不小于
70微米，并且高阶模可以具有高损耗，例如损耗不低于10db/m，确保单模工作，于是在大模场直径和声子高泄漏损耗的双重作用下，受激布里渊散射可以被有效抑制。
39.示例性地，在本实施例中，所述第二种材料为掺锗石英玻璃；所述第三种材料为掺氟石英玻璃。
40.作为本实施例的变形，所述第二种材料还可以为锗、氟共掺石英玻璃。
41.在本发明中，锗、氟元素用于精密调控所述第二种材料的第二折射率n2和所述第二声速v2；例如，掺锗可提高石英玻璃的折射率，掺氟可以降低石英玻璃的折射率，掺锗可以提高石英玻璃的密度并降低传播声速，掺氟可以降低石英玻璃的密度并提高传播声速。
42.参考图4和图5，作为本实施例的变形，通道单元221还可为所述第二种材料与所述第三种材料构成的同心玻璃棒；例如，可以是所述第三种材料包覆设置在所述第二种材料的外侧；或者，所述第二种材料包覆设置在所述第三种材料的外侧；并且图3、图4和图5所示的通道单元221可混合使用，即一个第二包层结构220内可同时采用两种或三种上述通道单元221。
43.参考图2，第二内包层结构220的数量为6个，且均匀分布在纤芯100的外侧；第二内包层结构220的横截面呈直线形，沿纤芯100的径向贯穿第一内包层结构210，连通纤芯100与第三内包层结构230。
44.作为本实施例的变形，第二内包层结构220还可以设置一个、两个、三个、四个、五个等；另外，还可以以紧挨纤芯100的一个通道单元221的圆心为旋转中心，顺时针或逆时针旋转第二内包层结构220，即可得到变形后的直线形第二内包层结构220，例如，旋转60度。
45.实施例2
46.参考图6，本实施例与实施例1的区别在于，纤芯100由7根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积而成；所述第二种材料为锗、氟共掺石英玻璃；所述第二内包层结构220的数量为三个，且分别呈折线形设置；所述第二折射率n2比第三折射率n3大3
×
10-2
，所述第二折射率n2比所述第一折射率n1大3
×
10-4
，所述第一声音传播速率v1与所述第二声音传播速率v2相等，使得声子很容易泄漏，尤其是从第二内包层结构220中泄漏，泄漏损耗可大于10db/m，减弱声子与光子的耦合强度，进而提高受激布里渊散射的阈值；
47.纤芯100的最大横截面尺寸可设置为50微米，则通过调控第一空气孔211的直径，保证所述抑制受激布里渊散射的单模光纤的模场直径不小于40微米，并且高阶模可以具有高损耗，例如损耗不低于3db/m，确保单模工作，于是在大模场直径和声子高泄漏损耗的双重作用下，受激布里渊散射可以被有效抑制。
48.作为本实施例的变形，纤芯100还可采用19根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积成六边形结构；或者，纤芯100还可以由37根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积而成；具体可以根据使用需要进行设置；第一种材料的玻璃棒110为掺稀土玻璃棒。
49.作为本实施例的变形，第二内包层结构220还可以设置一个、两个、四个、五个、六个等；另外，还可以以紧挨纤芯100的一个通道单元221的圆心为旋转中心，顺时针或逆时针旋转第二内包层结构220，即可得到另外的折线形第二内包层结构220，例如，旋转60度。
50.实施例3
51.参考图7，本实施例与实施例1的区别在于，第二内包层结构220的数量为两个，与纤芯连接的位置也有所不同，且分别呈直线形设置；所述第二折射率n2比第三折射率n3大2
×
10-2
，所述第二折射率n2比所述第一折射率n1大1
×
10-4
，所述第一声音传播速率v1与所述第二声音传播速率v2的比值为1.01，使得声子很容易泄漏，尤其是从第二内包层结构220中泄漏，泄漏损耗可大于10db/m，减弱声子与光子的耦合强度，进而提高受激布里渊散射的阈值；
52.纤芯100的最大横截面尺寸可设置为60微米，则通过调控第一空气孔211的直径，保证所述抑制受激布里渊散射的单模光纤的模场直径不小于50微米，并且高阶模可以具有高损耗，例如损耗不低于6db/m，确保单模工作，于是在大模场直径和声子高泄漏损耗的双重作用下，受激布里渊散射可以被有效抑制。
53.作为本实施例的变形，纤芯100还可采用7根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积成六边形结构；或者，纤芯100还可以由37根第一种材料的玻璃棒110紧密堆积而成；具体可以根据使用需要进行设置；第一种材料的玻璃棒110为掺稀土玻璃棒。
54.作为本实施例的变形，第二内包层结构220还可以设置一个、三个、四个、五个等；另外，还可以以紧挨纤芯100的一个通道单元221的圆心为旋转中心，逆时针旋转第二内包层结构220，即可得到另外的直线形第二内包层结构220，例如，旋转60度或者120度。
55.上述实施例1-3中，分别展示了不同形式第二内包层结构220的设置方案；可以理解的是，同一所述抑制受激布里渊散射的单模光纤中可以采用多种第二内包层结构220的设置方案进行组合；例如，实施例2中的一个第二内包层结构220可以替换为实施例1中的一个第二内包层结构220。
56.以上未涉及之处，适用于现有技术。
57.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
58.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
59.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。