[發明專利]一種抗彎曲瓣狀大模場單模光纖

有效

• 申請號: 201610009041.6
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105607183B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 馬紹朔;李晶;祝小光;寧提綱;張傳彪;李超;袁瑾
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/028
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 董琪

一種抗彎曲瓣狀大模場單模光纖，屬于大功率光纖放大器、激光器、特種光纖。該光纖中心為摻稀土離子芯區(1)，由內到外分布圍繞摻稀土離子芯區(1)均勻分布的N個相同半徑、弧度和厚度的瓣狀纖芯(2,1)……(2,N)，內包層(3)，外包層(4)，3≤N≤8整數；摻稀土離子芯區(1)的折射率剖面呈拋物線形，最大相對折射率差Δ＝(n1?n2)，瓣狀纖芯(2,1)……(2,N)的折射率相等，為n1；內包層(3)的折射率小于瓣狀纖芯(2,1)……(2,N)的折射率，為n2；外包層(4)的折射率小于內包層(3)的折射率。本發明不僅解決了瓣狀光纖彎曲帶來的不利影響，提高了光纖的抗彎曲性能，而且實現大有效模場面積單模特性。本發明制作方法簡便有效，適用于大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種抗彎曲瓣狀大模場單模光纖，屬于大功率光纖放大器、激光器、特種光纖領域。

背景技術

摻稀土光纖放大器或激光器采用摻稀土元素(Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm，Yb 等)離子光纖，利用受激輻射機制實現光的直接放大。

光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價格，在光纖通信、工業加工、醫療、軍事等領域取得了日益廣泛的應用。隨著激光技術應用的發展，材料加工、空間通信、激光雷達、光電對抗、激光武器等的發展，需要高功率、高質量的激光，要求單模輸出功率達到MW甚至GW量級。而僅僅采用單模有源纖芯的雙包層摻稀土光纖激光器，由于單模有源纖芯芯徑小于等于10微米，受到非線性、結構元素和衍射極限的限制，承受的光功率有限，單模有源光纖纖芯連續波損壞閾值約1W/m2[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，”High Power Fiber Lasers：New Developments”，Proceedings of SPIE Vol.4974，50-59(2003)]，其光學損壞危險成為實現大功率單模光纖激光器的一大挑戰.除了光學損壞外，由于大功率光產生的熱也會損壞光纖，甚至會最終融化纖芯。有文獻報道，鉺鐿共摻光纖激光器每米可產生100W熱。

多芯光纖激光器實現單模輸出，已經得到實現證實。文獻中采用的多芯光纖有效模場面積達到465μm2[Vogel，Moritx M，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss， Andreas，Graf，Thomas，”Very large mode area single-mode multicore fiber”， Opt.Lett.34(18)，2876-2878(2009)]。然而這種單模激光器采用的多芯光纖，對光纖纖芯的芯徑以及相鄰纖芯之間的距離需要精確的設計，對光纖纖芯之間的距離的容許誤差小，批量生產成品率低。

多溝槽光纖是一種新型光纖，通過多環形芯環繞，實現單模工作[D.Jain,C.Baskiotis,J.K.Sahu,”Mode area scaling with multi-trench rod-type fibers,Optics express”,2013]。這種光纖，工藝要求高，與普通光纖連接損耗大，彎曲引起的雙折射是克服不了的難題。

瓣狀光纖是一種新型光纖，選取特定的光纖參數，能夠實現單模工作 [A.Yeung，K.S.Chiang，V.Rastogi，P.L.Chu，and G.D.Peng，”Experimental demonstration ofsingle-mode operation of large-core segmented cladding fiber，”in OpticalFiber Communication Conference，Technical Digest(CD)(Optical Society ofAmerica，2004)，paper ThI4.]。這種光纖，其特定的結構是增加基模以外的損耗，實現了在芯層直徑在50微米的光纖中實現單模工作，然而其彎曲帶來的不利影響無法消除。

發明內容