专利名称：强耦合的多芯光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤，尤其是一种强耦合的多芯光纤。
背景技术：
高功率光纤激光器以其卓越的性能和超值的价格，在激光加工、激光医疗、激 光雷达、激光测距等多方面得了日益广泛的应用。在同样的输出功率下，光纤激光 器的光束质量、可靠性和体积大小等都占有优势，此外由于光纤成本的降低和易于 实现流水线大批量生产等特点，这不仅引起科学家们的兴趣，而且更吸引产业界专 家们的极大关注。
光纤激光器最初在上世纪60年代提出，但一直进展缓慢，直至低损耗光纤制造 技术和半导体激光器的发展与应用，方为光纤激光器带来了新的前景。光纤激光器
以掺杂光纤作为激光介质，与块状激光介质相比，具有以下显著的优点介质细长 易于散热；光纤的波导结构易于达到单横模；利用双包层技术易于达到高效率和高 功率。近年来，对以双包层光纤为基础的包层泵浦技术的研发，使光纤激光器的输 出功率已经突破kW，在工业及通信等领域具有广阔的应用前景。
光纤纤芯的大小与输出功率有很大关系。纤芯越大可传输的功率就越大，而纤 芯越小传输的功率过大会产生非线性效应，影响光纤输出功率，甚至会对光纤造成 损伤。因此在双包层光纤中在保证输出光束质量的前提下尽量增大光纤的纤芯，但 在一般的双包层掺稀土光纤中，纤芯的增大会影响光束质量，造成光纤激光器和放 大器的多模输出，因此纤芯的增大程度是有限的。
近年来，由于单根光纤的最终输出功率受到限制，相干组束技术随之发展起来。 因为相干组束技术能使多路激光束通过相干叠加，最后输出功率得以提高的同时保 证好的光束质量。高功率光纤激光器的相干组束技术的研究已经成国际研究热点之 一，美国、德国和法国等国家非常鼓励和支持这类研究的开展。目前国内外的研究 人员已经提出多种相干组束技术，主要有主振荡放大(MOPA)技术、多芯光纤自组 装技术、全光纤组束技术、光谱组束技术和外腔相干组束技术。其中多芯光纤自组 装技术是一种相对简单的方法，这种方法通过相邻纤芯传输光束的倏逝波产生耦合， 实现锁相。但是一般要实现锁相对纤芯距离、纤芯大小的要求很严格，不是很容易
实现的。最近，由浙江大学童利民等人采用两步拉制法得到的光纤直径可低至50nm，并 且保持较低的光纤损耗[Nature 426 816-819， 2003。上海交通大学陈险峰等人总 结了前人经验提出了条形电加热炉拉锥方法，采用这种新的拉锥方法已经成功的拉 制出直径可低至650nm,长度可达十几个厘米量级，光损耗在O.ldB/cm左右的亚波 长直径光纤Opt. Express 14(12) 5055-5060, 2006。这种光纤具有很强的倏逝场，这 一特性可以在很多领域有广泛应用。发明内容本发明的目的在于克服多芯光纤不容易实现强耦合的不足，提供一种强耦合的 多芯光纤。该多芯光纤能够使得多根纤芯强耦合，实现多纤芯的相位锁定，而且能 对导入的激光进行空间整形，可以应用在激光整形、均匀化及高功率光纤激光组束 等领域。本发明的技术解决方案如下一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区和外包层区，其特征在于所述 的纤芯区包括多根大芯径纤芯和多根亚波长直径纤芯并位于所述的内包层区中；所 述的内包层区的折射率小于大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率，但是大于所述 的外包层区的折射率；所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料 构成，所述的大芯径纤芯的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量 级，所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级。所述的大芯径纤芯为单模光纤。所述的大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率相同。所述的内包层区中的大芯径纤芯呈中心对称排列，而亚波长直径纤芯位于大芯 径纤芯之间。所述的内包层区的形状是矩形或D型。所述的内包层区和外包层区的基质材料是石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、 或碲酸盐玻璃。所述的大芯径纤芯和亚波长直径芯径的基质材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、 镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的石英玻璃、硅酸盐玻璃、 磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。本发明的技术效果 所述的大芯径纤芯在微米量级，相邻大芯径纤芯距离在微米量级，亚波长直径 纤芯芯径在百纳米量级，可以保证多根纤芯强耦合，实现多纤芯的相位锁定，而且 能对导入的激光进行空间整形，可以应用在激光整形、均匀化及高功率光纤激光组 束等领域。
图1为本发明强耦合的多芯光纤实施例1的光纤截面示意图。图2为本发明实施例3的光纤截面示意图。图3为本发明实施例4的光纤截面示意图。图4为本发明实施例5的光纤截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例1:图1为发明强耦合的多芯光纤的实施例1的光纤截面示意图，由图可见，这是内包层区4中的大芯径纤芯2呈正方形排列，亚波长直径纤芯3位于四根大芯径纤 芯2之间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤 芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的 芯径为3|am，亚波长直径纤芯3芯径为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为6(Vm X40pm，外包层直径为125pm。大芯径芯径2和亚波长直径纤芯3的折射率均为 1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。大芯径纤芯2和亚 波长直径纤芯3均是掺杂2wt^氧化镱的石英玻璃，同时掺杂铝离子以改善性能。 实施例2:实施例2与实施例1的不同之处在于亚波长直径纤芯3未掺杂，大芯径纤芯 2是掺杂2wt。"氧化镱的磷酸盐玻璃，同时掺杂铝离子以改善性能。 实施例3:图2为本发明实施例3的光纤截面示意图。这是内包层区4中的大芯径纤芯2 呈五边形排列，亚波长直径纤芯3位于五根大芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。 这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在 内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的直径为3pm，亚波长直径纤芯 3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60pmX 40pm，外包层区5直径为125pm。 大芯径芯径2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45， 外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可以参照实施例1和实施例2。
实施例4:
图3为发明的实施例4的光纤截面示意图，这是内包层区4中的大芯径纤芯2 呈六边形排列，亚波长直径纤芯3位于六根大芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。 这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在 内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤芯2的直径为3pm，亚波长直径纤芯 3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为60nmX40pm，外包层区5直径为125pm。 大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3的折射率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45， 外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可以参照实施例1和实施例2。
实施例5:
图4为发明的实施例5的光纤截面示意图，这是内包层区4中的大芯径纤芯(2) 呈六边形排列，多芯光纤1中心为大芯径纤芯2，亚波长直径纤芯3位于每三根大 芯径纤芯2中间的强耦合多芯光纤。这种强耦合多芯光纤是在内包层区4中嵌入大 芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3，在内包层区4上覆盖外包层区5制成。大芯径纤 芯2的直径为3pm，亚波长直径纤芯3为100nm，内包层区4形状为矩形，大小为 60pmX4(^m，外包层区5直径为125pm。大芯径纤芯2和亚波长直径纤芯3的折射 率均为1.458，内包层区4的折射率为1.45，外包层区5折射率为1.44。掺杂情况可 以参照实施例1和实施例2。
权利要求
1. 一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区(4)和外包层区(5)，其 特征在于所述的纤芯区包括多根大芯径纤芯(2)和多根亚波长直径纤芯(3)并位 于所述的内包层区(4)中；所述的内包层区(4)的折射率小于大芯径纤芯(2)和 亚波长直径纤芯(3)的折射率，但是大于所述的外包层区(5)的折射率；所述的 内包层区(4)和外包层区(5)均由折射率均匀分布的固体材料构成，所述的大芯 径纤芯(4)的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量级，所述的亚 波长直径纤芯(5)的芯径在百纳米量级。
2. 根据权利要求1所述的强耦合多芯光纤，其特征在于所述的大芯径纤芯(2) 为单模光纤。
3. 根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于大芯径纤芯(2)和 亚波长直径纤芯(3)的折射率相同。
4. 根据权利要求1所述的强耦合多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4) 中的大芯径纤芯(2)呈中心对称排列，而亚波长直径纤芯(3)位于大芯径纤芯(2) 之间。
5. 根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4) 的形状是矩形，或D型。
6. 根据权利要求1所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的内包层区(4) 和外包层区(5)的基质材料是石英玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
7. 根据权利要求1至8任一项所述的强耦合的多芯光纤，其特征在于所述的大 芯径纤芯(2)和亚波长直径芯径(3)中的基质材料是掺杂稀土元素铒、镱、铥、 镧的至少一种，同时还掺杂铝、磷、氟化物的至少一种的石英玻璃、硅酸盐玻璃、 磷酸盐玻璃、或碲酸盐玻璃。
全文摘要
一种强耦合的多芯光纤，包括纤芯区、内包层区和外包层区，其特点是所述的纤芯区包括多根大芯径纤芯和多根亚波长直径纤芯并位于所述的内包层区中；所述的内包层区的折射率小于大芯径纤芯和亚波长直径纤芯的折射率，但是大于所述的外包层区的折射率；所述的内包层区和外包层区均由折射率均匀分布的固体材料构成，所述的大芯径纤芯的直径在微米量级，相邻大芯径纤芯之间的距离在微米量级，所述的亚波长直径纤芯的芯径在百纳米量级。本发明具有强耦合、相位锁定、激光整形、均匀化等功能。
文档编号G02B6/02GK101122653SQ20071004601
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者唐志祥, 范滇元, 赵楚军, 钱列加 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所