[发明专利]大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

掺稀土光纤激光器采用掺稀土元素离子光纤，通过受激辐射机制实现激光的产生。

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，and S.U.Alam，”High Power Fiber Lasers：New Developments”，Proceedings of SPIE Vol.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。

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，Moritx M，Abdou-Ahmed，Marwan，Voss，Andreas，Graf，Thomas，”Very large mode area single-mode multicore fiber”，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，and G.D.Peng，″Experimental demonstration of single-mode operation of large-core segmented cladding fiber，″in Optical Fiber Communication Conference，Technical Digest(CD)(Optical Society of America，2004)，paper ThI4.]。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。

发明内容

为了克服现有大模场单模光纤激光器采用的多芯光纤批量生产成品率低以及分块包层光纤芯层直径有限等缺陷，提出了一种大模场面积单模菊花纤芯分布光纤及其制作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

大模场面积单模菊花纤芯分布光纤，该光纤包括直径为2～10微米的圆形纤芯、内包层与外包层。

所述的内包层内围绕圆形纤芯均匀分布N个相同半径与弧度的扇形纤芯，N个扇形纤芯分别记为第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯，3≤N≤32整数。

第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯的顶点与圆形纤芯外圆的距离相等，距离均为2～10微米；第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯的半径均为20～200微米，弧度均为2π/N。

第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯的光学折射率相等与声学折射率相等，第一扇形纤芯光学折射率大于内包层的光学折射率，小于等于圆形纤芯的光学折射率；内包层的光学折射率大于外包层的光学折射率。

第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯的声学折射率大于等于圆形纤芯的声学折射率。

所述的圆形纤芯、第一扇形纤芯、第二扇形纤芯、...、第N扇形纤芯的掺稀土离子类型相同，其掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子或铒镱共掺离子。

大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的制作方法，该制作方法包括以下步骤：