[发明专利]一种模式过滤型的大模场光子晶体光纤

说明书

本发明公开了一种模式过滤型的大模场光子晶体光纤，其特征在于所述光纤截面包含有圆形空气孔包层区域以及椭圆空气孔包层区域，并且利用控制椭圆形状空气孔的离心率来抑制基模损耗，在此基础上通过弯曲诱导高阶模式过滤的方法，实现光子晶体光纤的大模场面积以及有效的单模操作。本发明可以用于高功率光纤激光器，可以在波长λ为1.064μm的条件下实现高阶模式的过滤，同时实现有效模场面积大于1300μm²，基模的限制损耗小于0.003dB/m。所述光子晶体光纤由于采用了非对称的结构，参数调整具有较大的灵活性，并且仅通过一种简单的背景材料(如硅玻璃材料)就能够实现非常大的模场面积以及优秀的单模性能。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体为一种用于高功率光纤激光器的大模场光子晶体光纤，并通过弯曲诱导高阶模式过滤，实现有效的单模操作。

背景技术

在过去的几十年中，高功率光纤激光器发展非常迅速，这种类型的光纤激光器具有许多出色的功能，包括出色的光束质量，良好的散热性，紧凑的尺寸以及较低的使用成本。

但是随着输出功率的进一步增加，光纤的非线性效应成为限制功率增加的关键因素，为了解决这个问题并抑制光学非线性效应，我们需要找到增加光纤模场面积的方法，通过增加纤芯尺寸，我们可以获得更大的模场面积，但是这样做可能会因为模式不稳定现象而损坏高功率光束的质量，为了避免模式的不稳定现象的产生，光纤需要保持有效的单模操作，同时达到实现光纤大模场面积的目的。

传统光纤的性能通常无法满足我们的期望，例如，如果有效模场面积不超过450μm²的阶跃折射率光纤要在1.064μm的波长下保持单模工作，则其数值孔径必须小于0.027，在这种情况下，会产生较大的弯曲损耗，并且当弯曲半径为50cm时，阶跃折射率光纤的弯曲损耗将达到3.3dB/m。

光子晶体光纤在某些方面具备特有的优势，其又被称为多孔光纤或微结构光纤，在光子晶体光纤中，若要保证有效的单模操作，基模的限制损耗需要低于0.1dB/m，高阶模式的限制损耗需要高于1dB/m，高阶模限制损耗与基模限制损耗之间的比率越大，单模性能越好，在光子晶体光纤端面上，规则排列的许多空气孔在背景材料中沿轴向伸长，在光纤的中心位置缺失一些空气小孔，代之以实心的背景材料，或者插入折射率高于背景材料的其它材料形成导光的纤芯，而外围空气孔在背景材料中均匀排列形成包层，光模场基本限定在中心位置高折射率区域，可以利用光子晶体光纤的特性来实现普通光纤难以实现的性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种用于高功率光纤激光器的大模场光子晶体光纤，可以在一定的波长条件下，通过弯曲诱导高阶模式过滤，在此基础上利用控制椭圆形状空气孔的离心率来抑制基模损耗，实现光子晶体光纤的大模场面积以及有效的单模操作，这种光子晶体光纤采用了非对称的结构，参数调整具有较大的灵活性，仅通过一种简单的背景材料(如硅玻璃材料)就能够实现非常大的模场面积以及优秀的单模性能。

本发明采用的技术方案是：

一种非对称结构的大模场光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括纤芯和包层，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上的空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列；所述光纤的空气孔排列方式以传统的三角形阵列为基础，相邻的三个空气孔中心构成正三角形，其中空气孔与空气孔之间的距离(晶格常数)为Λ。

进一步，为了实现更大的模场面积，移除光纤中心位置的7个空气孔形成纤芯部分，空气孔用背景材料填充。

进一步，为了保证在此光子晶体光纤具备更低的弯曲损耗，将所述光纤纤芯右侧(即弯曲内侧)9个空气孔设置为椭圆形状空气孔，其余包层区域内的空气孔皆为圆形，其中椭圆空气孔的长轴长度为a，椭圆空气孔短轴长度为b，圆形空气孔的直径设置为c。