[发明专利]小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，属于光纤技术领域。

背景技术

超连续激光源(白光激光器)是一种光谱分布很宽激光光源，由此产生的光谱分辨技术在光通信、生命科学、军事等领域得到了广泛的应用^[1]。1996年，英国巴斯大学Russell小组成功研制出世界上第一根具有周期微结构的光子晶体光纤，从而在二维层面上实现了人类对光子晶体的梦想^[2]。1999年，英国、美国、丹麦的几个实验室和公司利用传统光纤拉制技术相继研制出多种不同结构的光子晶体光纤，并开始向用户提供少量样品。由于光子晶体光纤能够实现小芯径(如图1，芯径2μm左右)，因此具有高非线性，频率转换效率较高，光谱展宽大且平坦，以及零色散点设计方便等特点，由此成为目前超连续白光源的研究热点^[3-5]。然而采用小芯径的光子晶体光纤产生超连续存在明显的缺点来自其芯径的有效面积仅有几平方微米，当聚焦后的高功率泵浦超过材料的破坏阈值时导致光纤端面被破坏，即传统高非线性光子晶体光纤不能承受较高的入射功率，结果使超连续激光源的输出功率普遍较低。这就导致了一对矛盾，即频率转换效率反比于光纤的芯径，而承受高入射功率则需要大的光纤芯径。

参考文献

[1]R.R.Alfano，Eds，“The supercontinuum laser source”，Springer-Verlag，1989.

[2]J.C.Knight，T.A.Birks，P.S.J.Russel，“All-silica single-mode optical fiber with photoniccrystal cladding”，Opt.Lett.，Vol.21，No.19(1996)1547-1549.

[3]胡明列，王清月，栗岩锋，王专，张志刚，柴路，章若冰，“飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究”，《物理学报》，第53卷，第12期(2004)，页：4243-4247。

[4]G.Genty，S.Coen，J.M.Dudley，“Fiber supercontinuum source(Invited)”，J.Opt.Soc.Am.B.Vol.24，No.8(2007)1771-1785.

[5]栗岩锋，胡明列，王清月，“光子晶体光纤的超连续光谱及其应用”，《光电子.激光》，第14卷，第11期(2003)，页：1240-1243。

发明内容

本发明旨在提出一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，该光子晶体光纤具有高非线性，频率转换效率较高的特性。

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤，其特征在于，该光纤的有效模场由多个芯径为1-2微米的光纤集束构成，每个小纤芯周围有小空气孔构成包层，其中：小空气孔的直径为D₁，0＜D₁＜纤芯直径；相邻的两个小空气孔的中心距为Λ₁，取值满足D₁/Λ₁＝0.3-0.8；集束小芯外围为多层大空气孔包层结构，其中：大空气孔的直径为D₂，纤芯直径＜D₂＜Λ₂；相邻的两个大空气孔的中心距为Λ₂，取值满足D₂/Λ₂＝0.8-0.95。

上述的多小芯径集束为7芯或19芯结构。

本发明的优点在于：(1)由多个小芯径集成的新型光子晶体光纤设计在保持(提高)原有高非线性光子晶体光纤特性的同时，具有了较大的有效模场面积，因此这种光子晶体光纤能够承受较大的泵浦能量，可用于产生高功率超连续激光。(2)通过调整内外空气孔包层中的孔间距和直径以及形状，可以方便调整光纤的零色散点，并使一根光纤同时适应二个以上激光波长。(3)将小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤与高功率光子晶体光纤锁模激光器结合，能够构成小型化、高功率的超连续激光源。

附图说明

图1为本发明7芯的小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤的结构示意图。

图中：1为小芯径纤芯；2为小纤芯周围内的小空气孔包层；3为集束小纤芯周围的大空气孔内包层；4为光纤外包层。

图2为本发明19芯的小芯径集束型的大有效模场面积和高非线性光子晶体光纤的结构示意图。