[发明专利]涡旋光纤

说明书

本发明公开了一种涡旋光纤，所述涡旋光纤包括热膨胀纤芯层、折射纤芯层以及包层，所述热膨胀纤芯层为掺杂有热膨胀掺杂物的石英玻璃，所述折射纤芯层为掺杂有折射掺杂物的石英玻璃，所述折射纤芯层的横截面外直径大于热膨胀纤芯层的横截面直径、所述包层的横截面外直径大于所述折射纤芯层，所述折射纤芯层环绕所述热膨胀纤芯层，所述包层环绕所述折射纤芯层。本发明利用圆对称的光纤结构或旋转对称的光纤结构，并通过在纤芯层掺杂高热膨胀系数的掺杂物，利用通过高膨胀系数物质的热应力，产生热应力双折折射，实现光纤中所述涡旋光的稳定传输。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种涡旋光纤。

背景技术

涡旋光纤由于其卓越的特性已经被广泛应用于众多领域，例如轨道角动量通、光镊、超分辨等。在光纤中，涡旋光场即为某些高阶矢量模，可分为轨道角动量场(HE₂₁模等)和矢量场，其中矢量场又可分为径向偏振光(TM01模等)和方位角偏振光(TE₀₁模等)。传统的涡旋光纤的设计主要是基于高折射差的环形纤芯，所述高折射差指环形纤芯的折射率与包层的折射率之差，该光纤具有较大的数值孔径，因此往往模式数量较多，更适用于多通道的光纤通讯；但光纤的数值孔径过大，也不利于设计大模场光纤，否者模式数量难以控制，模式纯度难以保证，不利于高功率高光束质量的涡旋光的稳定传输。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种涡旋光纤，以提高涡旋光之间的有效折射率差，实现涡旋光在光纤中的稳定传输。

为实现上述目的，本发明提供了一种涡旋光纤，所述涡旋光纤包括热膨胀纤芯层、折射纤芯层以及包层，所述热膨胀纤芯层为掺杂有热膨胀掺杂物的石英玻璃，所述折射纤芯层为掺杂有折射掺杂物的石英玻璃，所述折射纤芯层的横截面外直径大于热膨胀纤芯层的横截面直径、所述包层的横截面外直径大于所述折射纤芯层，所述折射纤芯层环绕所述热膨胀纤芯层，所述包层环绕所述折射纤芯层。

进一步地，所述折射纤芯层还掺杂有激活掺杂物。

进一步地，所述热膨胀纤芯层中的热膨胀掺杂物的浓度均匀设置，所述折射纤芯层中的折射掺杂物的浓度均匀设置。

进一步地，所述热膨胀纤芯层中还掺杂有折射掺杂物。

进一步地，所述涡旋光纤还包括缓冲纤芯层，所述缓冲纤芯层设置在所述热膨胀纤芯层以及所述折射纤芯层之间。

进一步地，所述缓冲纤芯层掺杂有热膨胀掺杂物和折射掺杂物。

进一步地，所述包层为光子晶体结构。

进一步地，所述包层包括外包层和泵浦光传导层，所述外包层环绕所述泵浦光传导层。

进一步地，所述热膨胀掺杂物包括五氧化二磷或三氧化二硼。

进一步地，所述折射掺杂物包括二氧化锗或氟。

本发明的有益效果在于，利用圆对称的光纤结构或旋转对称的光纤结构，通过在纤芯层掺杂高热膨胀系数的掺杂物，利用通过高膨胀系数物质的热应力，产生热应力双折折射，实现光纤中径向偏振光(TM₀₁)和角向偏振光(TE₀₁)的有效折射率分离，实现光纤中各涡旋光及基膜之间的有效折射差大于1×10^-4，实现光纤中所述涡旋光的稳定传输，且可以实现较低的数值孔径，便于实现大模场光纤。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供涡旋光纤的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的双折射分布与涡旋光模场分布示意图；

图3为本发明第一实施例中各涡旋光和矢量模的有效折射率；

图4为本发明第二实施例提供涡旋光纤的结构示意图；