[发明专利]一种全固态大模场光子带隙光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体为一种具有大模场面积、低弯曲损耗特性的全固态大模场光子带隙光纤。

背景技术

高功率光纤激光器以其光束质量好、体积小、转换效率高和散热效果好等优点在工业中有着越来越多的应用。但是高功率激光会带来光学损伤以及非线性效应等问题。使用大模场光纤能抑制非线性效应以及增大光学损伤阈值。一般对大模场光纤的基本要求为：1.单模工作，这是高性能激光的一个基本条件；2.大模场面积；3.低弯曲损耗，即光纤可以允许一定程度的弯曲，且具有较低的弯曲损耗。

提高光纤模场面积的技术途径有以下几种：

(一)   传统大模场光纤

直接增大纤芯的尺寸，是获得大模场面积的最简单的实现方法。这种光纤有一个大的纤芯和小的纤芯数值孔径。这类光纤在预制棒制造和光纤拉丝等生产工艺基本和常规单模光纤一样，因此制造工艺简单，而且制造成本也不高，容易规模化生产。但在现有工艺下，纤芯数值孔径小于0.06是难以实现的。即这种光纤不能获得很大的模场面积。

（二）微结构光纤

自从光子晶体光纤即微结构光纤被提出并制作成功之后，人们开始尝试采用光子晶体光纤结构来制作大模场光纤。其目前主要有以下几类：

（1）泄漏通道大模场光纤

这种光纤由一个硅纤芯，周围环绕一圈大空气孔或者低折射率介质柱构成。它通过对基模和高阶模不同的泄露损耗来区分基模和高阶模，以达到单模传输。

（2）不对称大模场光纤

这种光纤采用不对称的结构，其两侧孔的大小、周期以及折射率都不相同[M. Napierala, T. Nasilowski, E. Beres-Pawlik, F. Berghmans, J. Wojcik, and H. Thienpont, Extremely large-mode-area photonic crystal fibre with low bending loss（具有超大模场面积、低弯曲损耗的光子晶体光纤）, Optics Express 18, 15408-15418 (2010).]。这种光纤在波长为1064 nm，弯曲半径为10 cm时能获得1065 μm²的模场面积。但是这种光纤在不同弯曲方向下的模场面积差距较大，需要指定光纤的弯曲方向。而且，这种不对称的结构对制作提出了较高的要求。

（3）光子带隙大模场光纤

    这种光纤采用5层高折射率介质柱作为包层，中心缺失2层高折射率介质柱作为纤芯[M. Kashiwagi, K. Saitoh, K. Takenaga, S. Tanigawa, S. Matsuo, and M. Fujimaki, Low bending loss and effectively single-mode all-solid photonic bandgap fiber with an effective area of 650 μm²(具有650 μm²模场面积的低弯曲损耗全固态单模光纤), Optics Letters 37, 1292-1294 (2012).]。这种光纤在波长为1064 nm，弯曲半径为10 cm时能获得500 μm²的模场面积，但是其弯曲半径必须固定在一个较小的范围内以保证单模传输。光子带隙光纤目前仍难以实现在波长为1064 nm处模场面积达到1000 μm²以上的大模场传输。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有效地滤除高阶模，在较小的弯曲半径时仍然具有较低的弯曲损耗的全固态大模场光子带隙光纤。

本发明的技术方案为：一种全固态大模场光子带隙光纤，包括纤芯和包层，其特征在于：所述纤芯由基质材料和排布在正三角网格中的低折射率介质柱所组成，所述包层由基质材料和排布在正三角网格中的高折射率介质柱组成；且材料的折射率满足n_h＞n_b＞n_l；所述高折射率介质柱形成正六边形结构高折射率介质柱层；所述低折射率介质柱形成正六边形结构低折射率介质柱层；所述低折射率介质柱层处于所述高折射率介质柱层内侧。