[实用新型]全固态微结构光纤

说明书

本实用新型提供一种全固态微结构光纤，包括纤芯和微结构包层，所述纤芯为固态石英纤芯，微结构包层包覆在纤芯的外围，所述微结构包层包括正六边形点阵中的锗棒以及固态基底，正六边形点阵由内之外分布有多层，正六边形点阵中任意两相邻点的中心间距Λ相等，纤芯位于正六边形点阵的中心位置，多根锗棒呈稀疏结构排布在各层正六边形点阵上，其中锗棒之间填充有固态基底。由于锗棒是呈稀疏结构排布在各层正六边形点阵上，即正六边形点阵上的一些点上没有设置锗棒，没有设置锗棒的点位置处以及锗棒之间的间隙均由固态石英基底填充。这样在保证信号激光基模低损耗的同时增大高阶模弯曲损耗以实现光纤准单模运转且能够抑制受激拉曼散射。

技术领域

本实用新型主要涉及到激光光纤技术领域，特指一种全固态微结构光纤。

背景技术

高平均功率激光凭借其能量集中、变换灵活、热影响区小等天然优势，已经广泛应用于金属切割、材料熔覆、激光焊接、激光点火等各个领域。近年来，得益于高亮度泵浦源、关键光学元器件、激光材料、泵浦耦合、光束合成等技术的发展，各种类型的激光器如高功率光纤激光、气体激光、固体激光、半导体激光等在功率提升方面都取得了令人瞩目的进展。以高功率光纤激光(HPFL)为例，国内外千瓦级光纤振荡器和放大器技术均已日趋成熟，万瓦级光纤激光试验样机和工业级产品也相继推出并逐渐步入市场。

在高功率激光(HPL)应用过程中，传能光纤为高功率激光束从激光光源到工作平台提供了柔性单模传输的可能。以常规的激光加工应用为例，通常需要高功率激光束从光源处传输几米、几十米甚至上百米至工作平台。然而，由于光功率密度的增大和光纤模场面积受限，百瓦或千瓦级的高亮度光束在长距离传输时会不可避免地诱发非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等。一般而言，由SBS所导致的光谱展宽是窄线宽激光需要解决的首要问题，而由SRS斯托克斯频移所引起的信号光功率波动和效率降低则是所有激光振荡器和放大器所面临的共性问题。工业用连续波HPL通常具有较宽的输出光谱带宽，因此制约其传能光纤长度的主要障碍为受激拉曼散射。

光纤本身的长度和模场面积直接决定了SRS的阈值功率，满足其中A_eff为模场面积、g_R(Ω)为拉曼增益系数、L_eff为光纤长度。为了克服SRS以实现高功率激光束的远距离传输通常需要增大光纤的纤芯尺寸，也就是所谓的大模场(LMA)光纤。然而，LMA光纤的使用会不可避免地造成光纤多模运转从而导致输出光束质量下降。为了尽可能保证光纤的单模运转特性，通常要求其数值孔径(NA)随着纤芯尺寸的增大而减小，而过小的NA则会导致光纤模场面积对于弯曲的敏感程度较高，不利于其实际应用。与此同时，部分微结构光纤如光子晶体光纤、泄露通道光纤、多芯光纤、空芯光纤的出现固然能够使光纤兼备大模场面积、低NA、恒稳单模运转的特性，但是此类光纤制备成本较高、传输损耗和弯曲敏感性较大，一般不适用于工业应用中的柔性传输。伴随着HPL的进一步功率提升，传能光纤本身的模式特性、传导特性、光谱特性和机械性能也面临更大的考验。

因此，在HPL光束长距离准单模传输的应用背景下，设计出一款能够满足以下要求的新型传能光纤是本领域技术人员亟需要解决的技术问题：(1)具备较大的模场面积和较低的弯曲敏感性；(2)对模式耦合的控制，具备良好的高阶模(HOM)抑制能力；(3)具备对信号波长激光稳定传输而SRS波长处有效抑制的能力；(4)具备对制造误差的容忍度，适当控制成本和制备工艺的复杂程度。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种全固态微结构光纤，可用于高功率激光准单模长距离传输且能够抑制受激拉曼散射。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是：