[發明專利]一種單模多環纖芯耦合多塊摻稀土瓣狀纖芯的光纖

在審

• 申請號: 201610009045.4
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105589127A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 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;G02B6/036
• 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

技術領域

本發明涉及一種單模多環纖芯耦合多塊摻稀土瓣狀纖芯的光纖，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，andS.U.Alam，”HighPowerFiberLasers：NewDevelopments”， ProceedingsofSPIEVol.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[NilssonJ,AlamSU,Alvarez-ChavezJ,etal.High-powerand tunableoperationoferbium-ytterbiumco-dopedcladding-pumpedfiber lasers[J].QuantumElectronics,IEEEJournalof,2003,39(8):987-994.]。

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，MoritxM，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss， Andreas，Graf，Thomas，”Verylargemodeareasingle-modemulticorefiber”， 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。

分塊包層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，andG.D.Peng，”Experimental demonstrationofsingle-modeoperationoflarge-coresegmented claddingfiber，”inOpticalFiberCommunicationConference，Technical Digest(CD)(OpticalSocietyofAmerica，2004)，paperThI4.]。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，然而其功率的提高受限于芯層半徑。

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,”Modeareascalingwithmulti-trenchrod-type fibers,Opticsexpress”,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。

發明內容

為克服現有大模場單模多芯光纖批量生產成品率低、分塊包層光纖芯層直 徑有限、單芯多摻稀土離子區雙包層光纖承受光功率有限以及多溝槽光纖彎曲 敏感等缺陷，提出了一種單模多環纖芯耦合多塊摻稀土瓣狀纖芯的光纖。

本發明的技術方案：

單模多環纖芯耦合多塊摻稀土瓣狀纖芯的光纖，該光纖中心為摻稀土離子 芯區，由內到外分布第一硅環芯、第一摻稀土離子環芯……第N硅環芯、第N 摻稀土離子環芯，該光纖內包層圍繞第N摻稀土離子環芯均勻分布M個相同半 徑、弧度和厚度的瓣狀纖芯，內包層，外包層，1≤N≤5整數，3≤M≤32 整數；