[发明专利]一种梯度掺杂多芯的微结构包层光纤及其制备方法

摘要

本发明公开了一种梯度掺杂多芯的微结构包层光纤，其为具有大模场、同相位超模传输特性的多芯微结构光纤。该微结构包层光纤包括纤芯区域一、纤芯区域二、内包层区域和外包层,纤芯区域一包括七个折射率差值在10^‑4范围内的梯度掺杂纤芯；纤芯区域二包括六个相同占空比排列在纤芯区域一周围的第二多芯单元；内包层区域包括相同占空比在纤芯区域二周围的十二个微结构空气孔单元，每个微结构空气孔单元有七个可调整大小的空气孔，实现高阶模的截至。本发明通过多个纤芯梯度掺杂和大占空比结构设计，可以实现大模场面积的同相位超模输出，获得良好的激光光束质量。此外，本发明制备该光纤的方法，简单快速，结构设计灵活。

主权项

1.一种梯度掺杂多芯的微结构包层光纤，其特征在于，其包括纤芯区域一(22)、纤芯区域二(23)、内包层区域(24)和外包层，在该光纤横截面上，从内到外，依次为纤芯区域一(22)、纤芯区域二(23)、内包层区域(24)和外包层；其中：所述纤芯区域一(22)为一个第一多芯单元(9)，其包括一个第一环形梯度掺杂纤芯(4)和六个第二环形梯度掺杂纤芯(7)，其折射率分别为n₁₂和n₃₄，七个环形梯度掺杂纤芯具有相同的占空比，且周期的数值至少大于光波长的十倍；第一环形梯度掺杂纤芯(4)位于中间，六个第二环形梯度掺杂纤芯(7)等间距环绕排列在第一环形梯度掺杂纤芯(4)周围；n₁₂小于n₃₄，且差值小于10^‑4,以形成梯度掺杂；每个环形梯度掺杂纤芯输出一个超模，由于n₁₂小于n₃₄，使得基模分布在多个纤芯中，增大基模的模场面积，同时通过自身模式竞争，其中六个超模被抑制，只输出一个超模；所述纤芯区域二(23)包括六个环绕排列在纤芯区域一(22)周围的第二多芯单元(17)；其中，所述第二多芯单元(17)包括其包括一个第三环形梯度掺杂纤芯(12)和六个第四环形梯度掺杂纤芯(15)，其折射率分别为n₅₆和n₇₈，七个环形梯度掺杂纤芯具有相同的占空比，且周期的数值至少大于光波长的十倍；第三环形梯度掺杂纤芯(12)位于中间，六个第四环形梯度掺杂纤芯(15)等间距环绕排列在第三环形梯度掺杂纤芯(12)周围；n₅₆小于n₇₈，且差值小于10^‑4,以形成梯度掺杂；每个环形梯度掺杂纤芯输出一个超模，由于n₅₆小于n₇₈，使得基模分布在多个纤芯中，增大基模的模场面积，同时通过自身模式竞争，其中六个超模被抑制，只输出一个超模；所述内包层区域(24)包括紧密排列在纤芯区域二(23)周围的十二个微结构空气孔单元(20)；所述微结构空气孔单元(20)由七个圆形的空气管孔组成，其中一个空气管孔居中，其外部均匀环绕排列六个空气管孔，各空气管孔之间材料为二氧化硅；所述空气管孔大小满足公式D是覆盖纤芯区域一(22)和纤芯区域二(23)的有效纤芯直径，λ是入射光波长，n_光纤纤芯是纤芯区域一(22)和纤芯区域二(23)的总有效折射率，n_内包层是微结构空气孔单元(20)的总有效折射率。