[发明专利]用于形成空心光束的光子晶体光纤耦合器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种用于形成空心光束的光子晶体光纤耦合器及其制备方法。

技术背景

空心光束，是指在光束的传播方向或轴向上中心强度较低或为零的环状光束。不同于高斯光束，空心光束具有许多独特的物理特性，如强度呈筒形分布、小暗斑尺寸、传播不变性，以及不同类型空心光束具有不同光学角动量，等等。空心光束轴向中心光强为零，能有效地减少光散射，空心光束的光学囚禁效率比高斯光束的高，对生物样品及粒子光损伤小。此外，空心光束还可应用在实现光学旋转、光导引以及增强高次谐波的产生效率等方面。空心光束在原子学、微电子学、生物医学以及光传感等领域中有着广泛的应用前景。

随着空心光束应用的日益突显，空心光束的产生方法也不断创新。自20世纪90年代以来，国内外的研究机构采用多种方法，如模式变换法、空心光纤法等获得了拉盖尔-高斯光束、LP₀₁模输出空心光束等一系列特性新颖的空心光束，并得到了很好的实验验证。这些方法需要较多的光学分立元件搭建复杂的光学平台，对实验条件要求严格。如中国的物理学进展杂志，邱建平的题为“空心光束的产生及其在现代光学中的应用”，2004，Vol.24，No.3，pp.336-376，的文章中公开一种采用空心光纤产生空心光束的方法，由该方法产生的空心光束的近场分布是一个类高斯分布，远场分布才是空心环状光束。美国的OpticsExpress杂志，Ming-Lie Hu的题为“A hollow beam from a holey fiber”，2006，Vol.14，No.9，pp.4128-1434，文章中公开一种采用普通三角格子光子晶体光纤产生空心光束的方法，该方法通过较大功率的激光泵浦利用非线性效应使光纤产生高阶模从而得到空心光束，该空心光束质量不高，可调谐性也比较差。中国的Chinese Optics Letters杂志，Hongyu Ma的题为“Generation of a hollow laserbeam by a multimode fiber”，2007，Vol.5，No.8，pp.460-462，的文章中公开一种采用多模光纤产生空心光束的方法，该方法需要较大功率的激光泵，对激光注入条件要求苛刻，输出的空心光束径向强度存在差别。中国的公开号为CN1834706A的专利申请“利用光纤模间干涉产生空心光束及调谐的方法”公开了一种利用光纤模间干涉产生空心光束的方法，该方法需要采用支持LP₀₁和LP₀₂的多模光纤，对多模光纤的长度有严格的限制，另外不易对空心光束的光束宽度及宽度半径比等参数进行调节。

因此，需要一种简单有效的形成高质量空心光束的方法以及具有简单结构的用于形成空心光束的耦合器。

发明内容

本发明提供一种通过熔接接合单模光纤和环芯光子晶体光纤产生空心光束的方法和耦合器。根据本发明的产生空心光束的方法和耦合器具有结构简单灵活、易于实现、成本低及便于调谐等优点。

本发明提供一种用于形成空心光束的光子晶体光纤耦合器，包括：

单模光纤，其一端作为光子晶体光纤耦合器输入端；

环芯光子晶体光纤，其一端作为光子晶体光纤耦合器输出端；

其特征在于：

所述光子晶体光纤耦合器进一步包括环芯光子晶体光纤的另一端与单模光纤另一端的熔接接合区，以便在所述光子晶体光纤耦合器的输入端接收输入光时在所述光子晶体光纤耦合器的输出端获得空心光束。

本发明提供一种一种用于形成空心光束的光子晶体光纤耦合器的制备方法，该光子晶体光纤耦合器包括：

单模光纤，其一端作为光子晶体光纤耦合器输入端；

环芯光子晶体光纤，其一端作为光子晶体光纤耦合器输出端；

其特征在于：

使所述环芯光子晶体光纤的另一端与单模光纤的另一端熔接接合形成光子晶体光纤耦合器，以便在所述光子晶体光纤耦合器的输入端接收输入光时在所述光子晶体光纤耦合器的输出端获得空心光束。

优选地，所述熔接接合区包括邻近单模光纤的环芯光子晶体光纤中空气孔完全塌陷的完全塌陷区和朝向完全塌陷区方向环芯光子晶体光纤中空气孔直径逐渐缩小的渐变塌陷区。

优选地，所述完全塌陷区长度为20-500μm，渐变塌陷区长度为10-100μm。

优选地，空气孔的圈数为1-25圈，空气孔排列方式为大体圆形或多边形。