[发明专利]方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法

说明书

本发明方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法，该光纤由包层、一组或多组阵列方形芯构成，每一组阵列方形芯的空间排布满足或近似满足Airy函数，并且总会存在某一长度的Airy光纤，当向光纤一端输入高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列方形芯的出射光束的光强分布都满足或近似满足于Airy光束的光强分布。该光纤的制备包括包层预制棒处理、纤芯预制棒处理和光纤拉制三个过程，本发明涉及方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法，该光纤纤端出射的光束继承或部分继承了Airy光束的三大特性，即光束具有横向加速、无衍射和自愈能力，整体上具有结构微小、操作灵活、系统稳定和抗干扰能力强等特点。可以用于光束生成、微粒操控、传感应用等。

(一)技术领域

本发明涉及一种光纤及其制备技术，具体涉及一种方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法。

(二)背景技术

光波在传播过程中始终保持不变被认为是无衍射光束，无衍射波最典型的例子是贝塞尔光束。1979年，M.V.Berry等(Am.J.Phys.，1979，47(3)：246～267)在量子学的背景下，理论上推出薛定谔方程具有无衍射的Airy波包的解，该波包具有自由加速的特性。2007年Georgios A.Siviloglou等(Opt.lett.，2007，32(8)：979～981)首先研究了有限能量的加速Airy光束，并首次观察到Airy激光束的实验结果(Frontiers in Optics，OSA，2007.PDP_B3)，实验验证了Airy激光束具有不同寻常的特点，能保持长距离无衍射(Phys.Rev.Lett.，1987，58(15)：1499～1510和J.Opt.Soc.Am.A，1987，4(4)：651～654)传播，并具有自由加速的特性。

总之，Airy激光束具有以下非常诱人的3大特性：在传播过程中自由加速(或横向加速)，类似于重力作用下弹丸运动的弹道；在传播过程中近似保持无衍射；在传播过程中具有自愈的特性(Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211和Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211)。

作为光学传输介质，与玻璃材料相比，聚合物具有易成型、低成本、重量轻、柔韧性优异和耐冲击等优点。目前聚合物光纤的制作方法主要有以下四种：预制棒拉纤法、批量挤出法、连续挤出法和熔融预制棒。其中预制棒拉纤法应用比较广泛，1996年，美国《微波技术》(Journal of Lightwave Technology，1994，14：2215-2223)提到两种单模阶跃型聚合物光纤预制棒的制备方法，一是“棒管”技术，此技术所制作的棒太粗，拉出的光纤很难达到单模的效果；二是“孔棒”技术，即在做好的包层预制棒上钻个小孔，再在里面灌入单体，然后再进行聚合，所以包层纤芯分界不光滑，导致附加的散射损耗。中国专利CN200910142379.9提供了一种聚合物光纤预制棒的反应模具，该模具加入了绷直的聚四氟乙烯绳或金属丝，从而使制备出的预制棒表面光洁平整，较少气泡形成，易于拉丝成纤。

尽管Airy光束的研究和应用越来越广泛，但在光纤中的应用并未涉及，由于聚合物材料的特性，使之易于制作出这些Airy光纤。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可在光纤端生成Airy光束的方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

在实验中，有限能量Airy激光束可以采用高斯光束通过立方相位的调制，再经过傅里叶透镜实现。因此，当高斯光入射进入一段Airy光纤(光纤芯的空间排布满足或近似满足于Airy函数)后，纤芯之间的光耦合可实现相位调制，通过改变Airy光纤的长度，可以使光纤端输出光场的强度和相位都满足或近似满足于Airy分布，这样，就在Airy光纤端得到了Airy光束或者准Airy光束。