[發(fā)明專利]一種空氣間隙包層光纖的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110048400.6
• 申請(qǐng)日: 2011-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN102654603A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘志勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所
• 主分類號(hào): G02B6/036
• 分類號(hào): G02B6/036;G02B6/02
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 徐鈁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙包層有源光纖。

技術(shù)背景

雙包層有源光纖與對(duì)應(yīng)尺寸的傳能光纖是高功率光纖激光器與放大器的核心元器件，光纖內(nèi)包層和纖芯數(shù)值孔徑的高低以及外包層材料的性能直接影響光纖的高功率激光傳輸能力。

美國(guó)寶麗來公司的CN95194426.6專利中公開了雙包層光纖的設(shè)計(jì)原理，雙包層光纖光學(xué)包層材料采用石英玻璃或低折射率涂料作為外包層，可實(shí)現(xiàn)光纖內(nèi)包層傳輸泵浦光，提高光纖輸出功率。這種雙包層有源光纖內(nèi)包層數(shù)值孔徑最高為0.46左右，光纖在應(yīng)用過程受其低折射率涂覆材料的材料特性限制，很容易在高功率狀態(tài)下著火燃燒。常規(guī)的傳能光纖采用摻F包層，數(shù)值孔徑在0.22左右，光纖的彎曲半徑小，損耗大；也有采用低折射率涂覆樹脂作包層來制作傳能光纖，但該樹脂材料與石英光纖結(jié)合面是光反射面，由于樹脂的耐高溫性能差，極易被激光損傷或在高溫下燃燒，造成光纖失效。

空氣包層光子晶體光纖也具有高數(shù)值孔徑，其包層由均勻排布的微空氣孔組成，空氣包層的等效折射率在1.3左右，光纖的有效數(shù)值孔徑在0.60至0.8之間。空氣孔排列的空氣包層光纖內(nèi)包層為圓形，對(duì)泵浦光的耦合效率低；由于有很多的接觸點(diǎn)，使光纖損耗大；光子晶體光纖預(yù)制棒制作工藝復(fù)雜，特別是毛細(xì)管組裝光纖預(yù)制棒的技術(shù)難度大，成品率低，制作成本高，很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的空氣包層光纖的實(shí)現(xiàn)方法，采用空氣作為光學(xué)包層，采用新型結(jié)構(gòu)的芯層，可用于改進(jìn)傳能光纖或空氣包層光子晶體光纖，簡(jiǎn)化制作工藝，降低制作成本，提高泵浦耦合效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種空氣間隙包層光纖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：從內(nèi)到外依次由多邊形截面的芯層、空氣包層、圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層、圓環(huán)形截面的外保護(hù)層組成光纖；所述芯層通過其多邊形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層的內(nèi)壁相接；所述內(nèi)保護(hù)層與芯層之間的空氣間隙即是作為光學(xué)包層的空氣包層；即，將預(yù)制棒通過光學(xué)冷加工成所需要的多邊形；然后預(yù)制棒外套一根石英管作為內(nèi)保護(hù)層，石英套管的內(nèi)徑保證預(yù)制棒的多邊形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與石英套管內(nèi)壁相接；然后在拉絲塔上拉絲，并控制石英管內(nèi)壓力在5～20Pa，以控制空氣包層空氣縫隙的形狀，再通過拉絲塔的速度及送棒控制內(nèi)保護(hù)層直徑，拉絲速度在10～60m/min；再通過涂覆技術(shù)，在內(nèi)保護(hù)層表面涂覆紫外固化的外保護(hù)層。

所述芯層的多邊形結(jié)構(gòu)可以是正多邊形或是異多邊形結(jié)構(gòu)。

所述芯層是由中心纖芯和纖芯外部的多邊形結(jié)構(gòu)的包層共同組成。

所述芯層是由多邊形結(jié)構(gòu)的纖芯直接構(gòu)成。

本發(fā)明可帶來以下有益效果：

本發(fā)明采用空氣作為光學(xué)包層，中心的芯層結(jié)構(gòu)為正多邊形或異多邊形結(jié)構(gòu)；相比常規(guī)空氣包層光子晶體光纖，其空氣包層與石英層的接觸點(diǎn)少，有效提高了光纖的數(shù)值孔徑并降低了光纖損耗；多邊形結(jié)構(gòu)還能提高雙包層有源光纖的包層耦合效率，是常規(guī)空氣包層不具有的功能。

本發(fā)明的新型空氣間隙包層光纖有效數(shù)值孔徑達(dá)0.8以上，具有高的數(shù)值孔徑、良好的抗彎曲性能、以及低的損耗，且制作工藝簡(jiǎn)單，有利于批量生產(chǎn)，降低了光纖制作成本，使空氣間隙包層光纖大長(zhǎng)度拉制工藝成熟。

本發(fā)明解決了常規(guī)高能傳輸光纖及雙包層光纖的低數(shù)值孔徑與低折射率涂覆材料的耐高溫問題，可改善光子晶體光纖空氣包層結(jié)構(gòu)與性能，提高光纖生產(chǎn)效率，大大推動(dòng)了光纖在千瓦級(jí)、萬瓦級(jí)高能傳輸，高功率激光系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的異六邊形直邊空氣包層光纖示意圖。

圖2為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的正八邊形凹邊空氣包層摻鐿雙包層光纖示意圖。

圖3為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的正三邊形凸邊空氣包層的傳能光纖示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。