[發明專利]一種多芯非線性光纖

有效

• 申請號: 201310604849.5
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103698840A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 韋會峰;李江;劉陽;張心賁;成煜;童維軍
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/036;G02F1/35
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種多纖芯非線性光纖，屬于光纖技術領域。?

背景技術

微結構光纖是一種較新穎的光纖結構，其包層內含有沿著光纖軸向排列的空氣孔陣列，通過調控空氣孔陣列的節距（相鄰氣孔中心之間的距離）、占空比（或者稱為空氣填充率）可以有效改變光纖的非線性系數和色散等特性，比如可以把光纖的零色散波長調節到1μm附近，恰好位于通常的皮秒鎖模的摻鐿光纖激光器的輸出波長附近。已有的研究（REVIEWS?OF?MODERN?PHYSICS,?VOLUME?78,?P1135-1184,?OCTOBER–DECEMBER?2006）表明，當摻鐿光纖激光器的輸出波長在微結構光纖的反常色散區內，且靠近零色散點時，可有效利用孤子機制展寬入射脈沖的光譜，非常適合于產生超連續譜光源。超連續光源的輸出光譜范圍很寬，在生物光子學、軍事領域、光學檢測、光纖傳感、光通信等領域都有廣泛應用價值。?

對于皮秒鎖模的摻鐿光纖激光器而言，目前通過提高脈沖重復頻率的方法，從而降低脈沖峰值功率，有效避免非線性效應所帶來的不利影響，可使其平均輸出功率達到百瓦量級，其最后一級的增益光纖的纖芯直徑可達到30μm。用皮秒光纖激光器作為超連續譜光源的泵浦源，其尾纖直接與零色散點位于1.06μm附近的高非線性微結構光纖熔接，是目前產生超連續譜光源的常用方法。?

但存在問題是：所用的微結構光纖是單一纖芯設計的，為使零色散點設計在1μm附近，其纖芯直徑通常小于5μm，而摻鐿光纖的纖芯直徑達到30μm附近。要把這兩種纖芯差別如此之大的光纖熔接起來并保證很低的熔接附加損耗，難度極大，而極低的熔接附加損耗是實現高功率超連續輸出的必要條件，因為在高泵浦功率下，較小的的附加損耗也會導致熔接點被燒毀。常見的解決辦法是采用專門的光纖熔接機，將在接點處微結構光纖的氣孔部分地塌陷，形成一個過渡區，才能與摻鐿光纖熔接起來。即便如此，該連接方式的損耗仍然較高，使得激光器無法在大功率下長時間工作，只可在實驗室短暫實驗，不能滿足工程的實用性。?

同時存在另外一個重要的問題是，頻率轉換效率反比于光纖的纖芯直徑，而承受高入射功率則需要較大的纖芯直徑，形成了一對矛盾。單芯的非線性光纖通常纖芯較小，以保證較高的頻率轉換效率，但是小的纖芯無法承受高的入射功率，即便連接問題得到了有效解決。?

以上兩類問題是限制高功率超連續光纖激光器發展的主要光纖技術障礙之一。要解決這兩個問題，最合適的辦法是研制一種纖芯大的微結構光纖，使得非線性微結構光纖與摻鐿光纖的纖芯差別較小，因而兩種光纖在熔接時能夠更好的匹配，降低接點的損耗和泵浦光泄露。然而當單純增加單芯光纖的纖芯直徑時，不單會使光纖的非線性降低，而且會使得光纖的零色散波長向長波方向移動，使得摻鐿光纖激光器的泵浦波長落不到微結構光纖的反常色散區內，不利于產生超連續譜。?

中國專利（申請號200810053629.7）公開了一種小芯徑集束型的大有效面積高非線性光子晶體光纖，其單個纖芯的芯直徑約為1～2μm，這有利于調整光纖的零色散波長之800nm附近，但是不利于工作波長的1μm的超連續激光器應用；而且其較小的纖芯直徑也不利于承受更高的泵浦功率；考慮其具體的發明內容及實施例及附圖，其內外大小氣孔的節距是不一致的，事實上該發明也無法保證其內外空氣包層的節距一致，這為其實際制備帶來了實質性的困難，最后，該發明沒有對其如何實現單模輸出作出任何說明，而保證多纖芯微結構光纖的輸出模式為單模對超連續激光的應用來說是必須的。?

發明內容

為方便介紹發明內容，定義和解釋相關術語如下：?

空氣包層：指由氣孔組成的包層結構；

內空氣包層氣孔直徑d₁：指組成光纖內空氣包層的氣孔的直徑；

外空氣包層氣孔直徑d₂：指組成光纖外空氣包層的氣孔的直徑；

內空氣包層節距Λ₁：指內空氣包層中任意兩個相鄰氣孔中心間距；

外空氣包層節距Λ₂：指內空氣包層中任意兩個相鄰氣孔中心間距；

在本發明中Λ₁可以等于Λ₂，此時統稱為Λ；

內空氣包層填充率f₁=d₁/Λ₁；

外空氣包層填充率f₂=d₂/Λ₂；