[發明專利]包層增益導引微結構空芯光纖

無效

• 申請號: 200710046116.9
• 申請日: 2007-09-19
• 公開（公告）號: CN101122651A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 趙楚軍;范滇元;唐制祥;錢列加
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/032;G02B6/036;G02B1/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光纖，特別是一種包層增益導引微結構空芯光纖。

背景技術

高功率光纖激光器以其卓越的性能和超值的價格，在激光加工、激光醫療、激光雷達、激光測距等多方面得到了日益廣泛的應用。在同樣的輸出功率下，光纖激光器的光束質量、可靠性和體積等都占有優勢，此外由于光纖成本的降低和易于實現流水線大批量生產等特點，這不僅引起科學家們的興趣，而且更吸引產業界專家們的極大關注。

光纖激光器最初在上世紀60年代提出，但一直進展緩慢，直至低損耗光纖制造技術和半導體激光器的發展與應用，方為光纖激光器帶來了新的前景。光纖激光器以摻雜光纖作為激光介質，與塊狀激光介質相比，具有以下顯著的優點：介質細長易于散熱；光纖的波導結構易于達到單橫模；利用雙包層技術易于達到高效率和高功率。近年來，對以雙包層光纖為基礎的包層泵浦技術的研發，使光纖激光器的輸出功率已經突破kW，在工業及通信等領域具有廣闊的應用前景。

微結構光纖(Microstructured?fiber，簡稱為MF)是由晶格常數為光波長量級的二維光子晶體構成的，即規則排列著空氣孔的二氧化硅光纖陣列構成光纖的包層，光纖的核心是由一個破壞了包層結構周期性的缺陷構成。這個缺陷可以是固體二氧化硅，也可以是空氣孔。根據纖芯結構不同，MF可以分為實芯MF和空芯MF兩大類?？招綧F按照光子帶隙效應(PBG)導光，即光纖包層結構對一定頻率范圍內的光子存在著禁帶效應，光束只能在纖芯中傳導，它對包層中空氣孔排列的周期性要求比較嚴格。實芯MF依賴于全內反射效應(TIR)導光，纖芯折射率比包層的有效折射率高，纖芯中的光束將按照改進的全內反射原理進行傳輸，它對包層中空氣孔排列的周期性要求不嚴格。微結構光纖與傳統光纖相比有許多特性，有效地擴展和增加了光纖的應用領域。

光纖纖芯的大小與輸出功率有很大關系。纖芯越大可傳輸的功率就越大，纖芯越小傳輸的功率過大會產生非線性效應，影響光纖輸出功率，甚至會對光纖造成損傷。因此在雙包層光纖中，在保證輸出光束質量的前提下要盡量增大光纖的纖芯，但在一般的雙包層摻稀土光纖中，纖芯的增大會影響光束質量，造成光纖激光器和放大器的多模輸出，因此纖芯的增大程度是有限的。微結構光纖的出現為光纖激光功率的進一步提升創造了條件。實芯微結構光纖具有“無盡單?！碧匦?，但是隨著芯徑增大，彎曲損耗也相應增大?？招疚⒔Y構光纖中，低階模式的損耗低于高階模式的損耗，所以可以實現漸近單模傳輸。相對于空芯微結構光纖的中空纖芯，實芯微結構光纖的纖芯是石英等材料。而石英等材料的激光損傷閾值比空氣低得多，所以空芯微結構光纖在高功率領域具有其他光纖無法比擬的優勢，但是由于空芯微結構光纖不易于引入摻雜，所以其發展受到一些制約。

實際工作中，我們可以在空芯微結構光纖的包層引入激光介質，利用倏逝波進行放大，這為獲得高功率光纖放大器和激光器提供了另外一種途徑。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有實芯光纖的不足，提供一種包層增益導引微結構空芯光纖，要求其具有大纖芯，增益由包層來提供，通過倏逝波放大來實現傳導光的放大。

本發明的技術解決方案如下：

一種包層增益導引微結構空芯光纖，包括纖芯區和包層區，其特征在于所述的纖芯區是空芯的，由空氣填充；所述的包層區包括內包層區和外包層區，包層區包繞纖芯區，內包層區中引入激光材料，外包層區由折射率均勻分布的固體材料形成，所述的中空的纖芯區與內包層區第一圈空氣孔或空氣隙之間的固體材料厚度小于一個波長。

所述的包層區中的基質材料是石英玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃，或碲酸鹽玻璃。

所述的內包層區具有類似蜘蛛網的折射率分布，或者具有分布規則的小孔或者介電管。

所述的蜘蛛網內包層區是由固體材料和空氣組成，固體材料之間的空氣隙靠固體材料支撐條來支撐。

所述的內包層區中的小孔排列組成三角晶格、環形、或其他有規則且保證有光子帶隙的幾何形狀。

所述的內包層區中的介電管排列組成三角晶格、環形、或其他有規則且保證有光子帶隙的幾何形狀。

所述的內包層區(3)的全部小孔或部分小孔中引入激光材料是液體激光材料：若丹明6G(Rhodamine?6G)、4-(二氰亞甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(簡稱為DCM)、其他染料溶液，或摻釹的有機或無機溶液。