[发明专利]大横截面单模光纤

说明书

本发明公开了一种大横截面单模光纤，包括芯层结构和包层结构，芯层结构包括两个半径不相等、横截面呈半圆形的轻掺杂SiO₂芯层，两个芯层的直径所在平面相贴合且横截面的圆心重合；包层结构包裹在芯层结构外围，包层结构的外边缘横截面呈圆形，其圆心与芯层横截面的圆心重合，包层结构为重掺杂的SiO₂形成。本发明的光纤芯层截面积较大，有利于传输大功率单模光。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，特别涉及一种大横截面积光纤。

背景技术

随着光纤技术的飞速发展，其在光纤通信、激光加工和高功率武器等领域得到越来越大的应用。随着光纤中传输的光功率要求的不断提高，普通单模光纤也面临诸多问题。由于光纤中传输的功率越来越高，会产生受激拉曼散射和受激布里渊散射等非线性效应，而这些非线性效应通常会降低激光传输效率，同时传输的高光功率会对光纤造成损伤。目前已有大横截面的多模商用光纤，但缺乏大横截面单模光纤。

近年来，经过研究者们不断地探索、设计和制造，各种具有大模场截面的新型单模光纤相继被提出，其中单模光子晶体光纤得到了深入研究。这类光纤具有诸多优点，不仅可以实现大模场单模传输，同时还具有高双折射、低限制损耗、色散可调等特性。然而大模场面积的光子晶体光纤的结构十分复杂，给工艺技术带来了诸多问题，使得制作成本高，不能广泛使用，同时光子晶体光纤中的孔洞由于散热造成气孔坍塌等问题，严重影响了大模场光子晶体光纤在高功率激光系统中的输出质量和稳定性。除了光子晶体光纤外，瓣状光纤被认为是另一种实现超大模场单模运转的有效途径。该光纤由高折射率纤芯以及高、低折射率交替分布的扇形分段包层周期性构成。通过这种泄漏结构，可以保持基模低损耗传输以及较高的高阶模抑制能力，在获得大模场条件的同时保持良好的光束质量。但是这类光纤都有一个致命的缺点，在工艺方面很难制备，使得制造成本大大提高，不能被普及使用。

图1和图2为两种常见的光纤结构：图1为普通单模光纤，其芯层半径较小、模式损耗较大、非线性阈值低；图2为单模光子晶体光纤，其制备复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种截面积较大，制备相对容易的单模光纤。

本发明是通过以下技术方案来实现的：大横截面单模光纤，包括芯层结构和包层结构，芯层结构包括两个半径不相等、横截面呈半圆形的轻掺杂SiO₂芯层，两个芯层的直径所在平面相贴合且横截面的圆心重合；包层结构包裹在芯层结构外围，包层结构的外边缘横截面呈圆形，其圆心与芯层横截面的圆心重合，包层结构为重掺杂的SiO₂形成。

进一步地，所述芯层结构的掺杂为Ge或P，包层结构的掺杂为B或F。

本发明的有益效果是：本发明大横截面单模光纤相比传统光纤具有如下优势：(1)光纤芯层截面积较大；(2)相比于光子晶体等特种光纤，本发明制备工艺容易实现，制备成本相应较小；(3)相比于普通光纤，本发明中的光纤的芯层较大，对模式的束缚较大，损耗较小；(4)通过调整芯层两个半圆的半径R和r比值，高阶模被抑制；(5)本发明由于其特殊的几何结构，其中传输的模式和脊型光波导的模式相类似，两者可以实现较高效率的耦合。

附图说明

图1为普通光纤截面图；

图2为光子晶体光纤截面图；

图3为本发明的大横截面单模光纤的截面图；

图4为脊型光波导截面图；

图5为本发明的大横截面单模光纤基模和普通多模光纤基模的计算结果。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。