[发明专利]一种多芯非线性光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种多纤芯非线性光纤，属于光纤技术领域。 

背景技术

微结构光纤是一种较新颖的光纤结构，其包层内含有沿着光纤轴向排列的空气孔阵列，通过调控空气孔阵列的节距（相邻气孔中心之间的距离）、占空比（或者称为空气填充率）可以有效改变光纤的非线性系数和色散等特性，比如可以把光纤的零色散波长调节到1μm附近，恰好位于通常的皮秒锁模的掺镱光纤激光器的输出波长附近。已有的研究（REVIEWS OF MODERN PHYSICS, VOLUME 78, P1135-1184, OCTOBER–DECEMBER 2006）表明，当掺镱光纤激光器的输出波长在微结构光纤的反常色散区内，且靠近零色散点时，可有效利用孤子机制展宽入射脉冲的光谱，非常适合于产生超连续谱光源。超连续光源的输出光谱范围很宽，在生物光子学、军事领域、光学检测、光纤传感、光通信等领域都有广泛应用价值。 

对于皮秒锁模的掺镱光纤激光器而言，目前通过提高脉冲重复频率的方法，从而降低脉冲峰值功率，有效避免非线性效应所带来的不利影响，可使其平均输出功率达到百瓦量级，其最后一级的增益光纤的纤芯直径可达到30μm。用皮秒光纤激光器作为超连续谱光源的泵浦源，其尾纤直接与零色散点位于1.06μm附近的高非线性微结构光纤熔接，是目前产生超连续谱光源的常用方法。 

但存在问题是：所用的微结构光纤是单一纤芯设计的，为使零色散点设计在1μm附近，其纤芯直径通常小于5μm，而掺镱光纤的纤芯直径达到30μm附近。要把这两种纤芯差别如此之大的光纤熔接起来并保证很低的熔接附加损耗，难度极大，而极低的熔接附加损耗是实现高功率超连续输出的必要条件，因为在高泵浦功率下，较小的的附加损耗也会导致熔接点被烧毁。常见的解决办法是采用专门的光纤熔接机，将在接点处微结构光纤的气孔部分地塌陷，形成一个过渡区，才能与掺镱光纤熔接起来。即便如此，该连接方式的损耗仍然较高，使得激光器无法在大功率下长时间工作，只可在实验室短暂实验，不能满足工程的实用性。 

同时存在另外一个重要的问题是，频率转换效率反比于光纤的纤芯直径，而承受高入射功率则需要较大的纤芯直径，形成了一对矛盾。单芯的非线性光纤通常纤芯较小，以保证较高的频率转换效率，但是小的纤芯无法承受高的入射功率，即便连接问题得到了有效解决。 

以上两类问题是限制高功率超连续光纤激光器发展的主要光纤技术障碍之一。要解决这两个问题，最合适的办法是研制一种纤芯大的微结构光纤，使得非线性微结构光纤与掺镱光纤的纤芯差别较小，因而两种光纤在熔接时能够更好的匹配，降低接点的损耗和泵浦光泄露。然而当单纯增加单芯光纤的纤芯直径时，不单会使光纤的非线性降低，而且会使得光纤的零色散波长向长波方向移动，使得掺镱光纤激光器的泵浦波长落不到微结构光纤的反常色散区内，不利于产生超连续谱。 

中国专利（申请号200810053629.7）公开了一种小芯径集束型的大有效面积高非线性光子晶体光纤，其单个纤芯的芯直径约为1～2μm，这有利于调整光纤的零色散波长之800nm附近，但是不利于工作波长的1μm的超连续激光器应用；而且其较小的纤芯直径也不利于承受更高的泵浦功率；考虑其具体的发明内容及实施例及附图，其内外大小气孔的节距是不一致的，事实上该发明也无法保证其内外空气包层的节距一致，这为其实际制备带来了实质性的困难，最后，该发明没有对其如何实现单模输出作出任何说明，而保证多纤芯微结构光纤的输出模式为单模对超连续激光的应用来说是必须的。 

发明内容

为方便介绍发明内容，定义和解释相关术语如下： 

空气包层：指由气孔组成的包层结构；

内空气包层气孔直径d₁：指组成光纤内空气包层的气孔的直径；

外空气包层气孔直径d₂：指组成光纤外空气包层的气孔的直径；

内空气包层节距Λ₁：指内空气包层中任意两个相邻气孔中心间距；

外空气包层节距Λ₂：指内空气包层中任意两个相邻气孔中心间距；

在本发明中Λ₁可以等于Λ₂，此时统称为Λ；

内空气包层填充率f₁=d₁/Λ₁；

外空气包层填充率f₂=d₂/Λ₂；