[发明专利]一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤

说明书

一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤。该光纤中心为掺稀土离子芯区(1)，由内到外分布围绕掺稀土离子芯区(1)均匀分布的N个相同半径、弧度和厚度的瓣状纤芯(2,1)……(2,N)，内包层(3)，外包层(4)，3≤N≤8整数；掺稀土离子芯区(1)的折射率剖面呈抛物线形，最大相对折射率差Δ＝(n1‑n2)，瓣状纤芯(2,1)……(2,N)的折射率相等，为n1；内包层(3)的折射率小于瓣状纤芯(2,1)……(2,N)的折射率，为n2；外包层(4)的折射率小于内包层(3)的折射率。本发明不仅解决了瓣状光纤弯曲带来的不利影响，提高了光纤的抗弯曲性能，而且实现大有效模场面积单模特性。本发明制作方法简便有效，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种抗弯曲瓣状大模场单模光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm，Yb 等)离子光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。

光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。随着激光技术应用的发展，材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量的激光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。而仅仅采用单模有源纤芯的双包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于等于10微米，受到非线性、结构元素和衍射极限的限制，承受的光功率有限，单模有源光纤纤芯连续波损坏阈值约1W/m2[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，”High Power Fiber Lasers：New Developments”，Proceedings of SPIE Vol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战.除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热。

多芯光纤激光器实现单模输出，已经得到实现证实。文献中采用的多芯光纤有效模场面积达到465μm2[Vogel，Moritx M，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss， Andreas，Graf，Thomas，”Very large mode area single-mode multicore fiber”， Opt.Lett.34(18)，2876-2878(2009)]。然而这种单模激光器采用的多芯光纤，对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离需要精确的设计，对光纤纤芯之间的距离的容许误差小，批量生产成品率低。

多沟槽光纤是一种新型光纤，通过多环形芯环绕，实现单模工作[D.Jain,C.Baskiotis,J.K.Sahu,”Mode area scaling with multi-trench rod-type fibers,Optics express”,2013]。这种光纤，工艺要求高，与普通光纤连接损耗大，弯曲引起的双折射是克服不了的难题。

瓣状光纤是一种新型光纤，选取特定的光纤参数，能够实现单模工作 [A.Yeung，K.S.Chiang，V.Rastogi，P.L.Chu，and G.D.Peng，”Experimental demonstration ofsingle-mode operation of large-core segmented cladding fiber，”in OpticalFiber Communication Conference，Technical Digest(CD)(Optical Society ofAmerica，2004)，paper ThI4.]。这种光纤，其特定的结构是增加基模以外的损耗，实现了在芯层直径在50微米的光纤中实现单模工作，然而其弯曲带来的不利影响无法消除。

发明内容