[发明专利]双包层全固态光子晶体增益光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及双包层光子晶体光纤，特别是一种纤芯折射率比背底材料折射率低的双包层全固态光子晶体增益光纤及其制备方法。

背景技术

单模(M²<1.1)运转的稀土掺杂的双包层阶跃光纤由于其在光通信、光传感、先进加工、生物医学、国防军事等领域的重要应用而受到广泛的研究，其研究的重点之一就是光纤输出功率的提高。目前提高光纤功率的主要限制因素在于非线性效应。而解决非线性效应的有效途径之一即为增大增益光纤的纤芯面积。然而，由于目前MCVD等技术的限制，在不利用其它滤模技术(如弯曲光纤，加扰模器等)的前提下，单模运转的阶跃光纤的纤芯直径最大只有15μm左右，这极大限制了光纤功率的进一步提高。为了进一步扩大纤芯直径同时克服空气孔包层的光子晶体光纤带来的弊端，2012年张光等提出了全固态的光子晶体光纤，在这种光子晶体光纤中，内包层和外包层的空气孔被玻璃所取代，从而形成全固态结构。与空气孔包层的光子晶体光纤相比，全固态结构的光子晶体光纤有易于与传统泵浦源熔接，易于保存，导热性能优异等特点。然而，目前的全固态光子晶体光纤依然没有实现大模场单模输出，其主要原因之一就是掺杂纤芯的折射率比背底材料的折射率高，这使得光子晶体内包层的存在会进一步提高掺杂纤芯的数值孔径，从而限制了单模全固态光子晶体光纤的实现及其单模纤芯的扩大。

发明内容：

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种双包层全固态光子晶体增益光纤及其制备方法，该双包层全固态光子晶体增益光纤的特点是纤芯折射率比背底折射率低，这种光纤可以在保持全固态光子晶体光纤特性的同时，实现光纤的单模(M²<1.1)大模场(模场直径>50μm)激光输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种双包层全固态光子晶体增益光纤，包括纤芯、内包层和外包层，其特点在于纤芯的折射率比内包层的背底材料的折射率低。

上述的双包层全固态光子晶体光纤的制备方法，其特点在于包括以下步骤：

①制备外径均匀的玻璃棒：

利用拉丝塔制成第一玻璃棒、第二玻璃棒和第三玻璃棒，所述的第一玻璃棒为无掺杂玻璃的均匀细棒，第三玻璃棒是掺杂玻璃的均匀细棒，所述的第二玻璃棒由芯部玻璃和包层玻璃两部分组成，其芯部玻璃的折射率比包层玻璃的折射率低，并且该包层玻璃形成了光纤内包层的背底，所述的第一玻璃棒的折射率小于第二玻璃棒的包层玻璃的折射率，第三玻璃棒折射率小于第二玻璃棒包层玻璃的折射率，然后根据制备光纤预制棒的长度L的需要，将所述的第一玻璃棒、第二玻璃棒和第三玻璃棒截成相同长度L；

②光纤预制棒的制备：

在具有六角形内腔的套筒模具里，按密堆积方式排列第二玻璃棒共m层，然后用第一玻璃棒替换最外面n层的第二玻璃棒，再用第三玻璃棒替换其余的第二玻璃棒中心的k根玻璃棒；将已装入该六角形金属套筒模具里的而裸露的部分共m层玻璃杯套在另外2个结构相同的六角形套筒中；再将该六角形金属模具及其内玻璃棒在高温炉内进行烧结并退火，该光纤预制棒的烧结温度低于该玻璃软化点30～100度，从所述的六角形套筒模具脱模后获得光纤预制棒；

所述的无掺杂玻璃为石英玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃或氟化物玻璃以及聚合物材料。

所述的m的取值为3～20层。

所述的n≥1。

所述的k≥1。

所述的第一玻璃棒、第二玻璃棒和第三玻璃棒的外径的取值范围为0.3～25mm。

所述的六角形金属套筒模具的长度为L/3，L为光纤预制棒的长度。

③制备光纤：

在较预制棒的烧结温度高的温度下制备光纤，玻璃表面张力的作用会使光纤成为外表面为圆形的双包层全固态光子晶体光纤，其中第三玻璃中的芯部玻璃形成光子晶体周期，第三玻璃中的包层玻璃成为内包层背底。

本发明与现有发明相比的优点在于：

光纤的纤芯折射率比内包层背底折射率低，使得光纤在保持全固态光子晶体光纤特性的同时，实现单模(M²<1.1)大模场(模场直径>50μm)激光输出。

附图说明

图1是本发明光纤预制棒和内六角结构金属套筒模具的截面示意图

图2是本发明纤芯折射率比内包层背底材料折射率低的双包层全固态光子晶体光纤截面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。