[发明专利]一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，属于大功 率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm，Yb 等)离子光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。

光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、 军事等领域取得了日益广泛的应用。随着激光技术应用的发展，材料加工、空 间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量的激 光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。而仅仅采用单模有源纤芯的双包 层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于等于10微米，受到非线性、 结构元素和衍射极限的限制，承受的光功率有限，单模有源光纤纤芯连续波损 坏阈值约1W/m²[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas， A.B.Grudinin，andS.U.Alam，”HighPowerFiberLasers：NewDevelopments”， ProceedingsofSPIEVol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大 功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也 会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可 产生100W热[NilssonJ,AlamSU,Alvarez-ChavezJ,etal.High-powerand tunableoperationoferbium-ytterbiumco-dopedcladding-pumpedfiber lasers[J].QuantumElectronics,IEEEJournalof,2003,39(8):987-994.]。

多芯光纤激光器实现单模输出，已经得到实现证实。文献中采用的多芯光 纤有效模场面积达到465μm²[Vogel，MoritxM，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss， Andreas，Graf，Thomas，”Verylargemodeareasingle-modemulticorefiber”， Opt.Lett.34(18)，2876-2878(2009)]。然而这种单模激光器采用的多芯光纤， 对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离需要精确的设计，对光纤纤芯之间 的距离的容许误差小，批量生产成品率低。

分块包层光纤是一种新型光纤，选取特定的光纤参数，能够实现单模工作 [A.Yeung，K.S.Chiang，V.Rastogi，P.L.Chu，andG.D.Peng，”Experimental demonstrationofsingle-modeoperationoflarge-coresegmented claddingfiber，”inOpticalFiberCommunicationConference，Technical Digest(CD)(OpticalSocietyofAmerica，2004)，paperThI4.]。这种光纤， 其特定的结构是增加基模以外的损耗，实现了在芯层直径在50微米的光纤中实 现单模工作，然而其功率的提高受限于芯层半径。

多沟槽光纤是一种新型光纤，通过多环形芯环绕，实现单模工作[D.Jain, C.Baskiotis,J.K.Sahu,”Modeareascalingwithmulti-trenchrod-type fibers,Opticsexpress”,2013]。这种光纤，工艺要求高，与普通光纤连接 损耗大，弯曲引起的双折射是克服不了的难题。

发明内容

为克服现有大模场单模多芯光纤批量生产成品率低、分块包层光纤芯层直 径有限、单芯多掺稀土离子区双包层光纤承受光功率有限以及多沟槽光纤弯曲 敏感等缺陷，提出了一种单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤。

本发明的技术方案：

单模多环纤芯耦合多块掺稀土瓣状纤芯的光纤，该光纤中心为掺稀土离子 芯区，由内到外分布第一硅环芯、第一掺稀土离子环芯……第N硅环芯、第N 掺稀土离子环芯，该光纤内包层围绕第N掺稀土离子环芯均匀分布M个相同半 径、弧度和厚度的瓣状纤芯，内包层，外包层，1≤N≤5整数，3≤M≤32 整数；