[发明专利]基于阵列多芯的Airy光纤

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种光纤，优选地应用于使用光纤的光束生成、微粒操控、传感应用等。

(二)背景技术

光波在传播过程中始终保持不变被认为是无衍射光束，无衍射波最典型的例子是贝塞尔光束。1979年，M.V.Berry等(Am.J.Phys.，1979，47(3)：246～267)在量子学的背景下，理论上推出薛定谔方程具有无衍射的Airy波包的解，该波包具有自由加速的特性。2007年Georgios A.Siviloglou等(Opt.lett.，2007，32(8)：979～981)首先研究了有限能量的加速Airy光束，并首次观察到Airy激光束的实验结果(Frontiers in Optics，OSA，2007.PDP_B3)，实验验证了Airy激光束具有不同寻常的特点，能保持长距离无衍射(Phys.Rev.Lett.，1987，58(15)：1499～1510和J.Opt.Soc.Am.A，1987，4(4)：651～654)传播，并具有自由加速的特性。

总之，Airy激光束具有以下非常诱人的3大特性：在传播过程中自由加速(或横向加速)，类似于重力作用下弹丸运动的弹道；在传播过程中近似保持无衍射；在传播过程中具有自愈的特性(Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211和Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211)。Airy激光束具有的这些独特的特性，因此有着广泛的应用潜力。Pavel Polynkindeng等(Science，2009，324(5924)：229～232)使用二维Airy激光束的飞秒脉冲引发空气中非线性的等离子体细丝。J.Baumgartl等(Nature Photonics，2008，2(11)：675～678)利用Airy激光束照射在微米量级的交替颗粒样品室里，实现了在局部区间精确转移或清理光学颗粒。

多芯光纤通常是指一组轴向平行的多个光纤芯置于普通的光纤包层之中形成的光纤。可以通过不同的拉制方法形成多种多芯光纤。美国专利(MulticoreGlass Optical Fiber and Methods of Manufacturing such Fibers，United States Patent，Patent Number6,154,594，2000)提出了截面形状为圆形、椭圆形以及其它形状的多芯光纤的制作方法；美国专利(Method for Producing Parallel Arrays of Fibers，United States Patent，Patent Number7,209,616B2，2007)采用专用的拉丝收盘定位装置，拉制出晶体光纤(或者毛细管型光纤、或者多孔光纤、或者微结构多芯光纤阵列)；欧洲专利(Method of Producing Multi core Fibers，European PatentSpecification，Patent Number0,151,804B1)将多个单芯光纤预制棒按照一定空间角度排列直接拉出平板多芯光纤或者星型多芯光纤。

尽管Airy光束的研究和应用越来越广泛，但并未涉及利用阵列多芯光纤端出射场生成Airy光束。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可在光纤端生成Airy光束的阵列多芯Airy光纤。

本发明的目的是这样实现的：

在实验中，有限能量Airy激光束可以采用高斯光束通过立方相位的调制，再经过傅里叶透镜实现。因此，当高斯光入射进入一段Airy光纤(光纤芯的空间排布满足或近似满足于Airy函数)后，纤芯之间的光耦合可实现相位调制，通过改变Airy光纤的长度，可以使光纤端输出光场的强度和相位都满足或近似满足于Airy光束的光强分布，这样，就在Airy光纤端得到了Airy光束或者准Airy光束。

二维Airy激光束(如图1所示)在空间中传输如图2所示，从图中，可以看出Airy光束所具有的3大特性：(1)自由加速(或横向加速)，类似于重力作用下的弹丸运动的弹道；(2)在传输过程中近似保持无衍射；(3)自愈特性，当Airy激光束某一主极大衰减到极小值之后，马上会逐渐“自愈”形成一个极大值。同样，不管是一维Airy光纤(如图3、4和5)还是二维Airy光纤(如图6、7和8)的出射光场，它们都继承了Airy光束的部分特性，但是，由于图中Airy光纤纤芯数量的限制，使得Airy光纤端出射的光束只拥有数量有限的主极大，因此，自愈特性受到了抑制，而自由加速和无衍射特性也被消弱。