[实用新型]一种光纤

说明书

技术领域

本实用新型涉及微结构光纤领域，特别涉及一种光纤。

背景技术

近年来，由于大功率单模光纤激光器和放大器具有光束质量好、体积小、运行成本低等优势，已开始应用于工业、国防、科学研究、医疗等方面，并对其的需求越来越迫切。千瓦量级的连续波光纤激光系统和峰值功率为GW量级的短脉冲光纤激光器将会是未来工业、国防、科学研究、医疗等行业的基本工具。为了加快光纤激光器在这些领域的应用推广，要求光纤激光源进一步提高输出功率、提高光束质量和降低产品成本。但是，非线性现象和模式不稳定现象成为了制约光纤激光源功率提升和光束质量优化的限制因素。通过模场面积扩展和单模操作可以抑制这些不利因素。

为此，研究人员已经设计和实现了多种大模场面积光纤，但是大部分的大模场面积光纤或多或少都有一定的缺点，比如结构复杂、制造难度大、弯曲特性差等，使得这些光纤在实际应用推广中受到限制。例如：基于传统的光纤制造技术生产的阶跃型折射率分布光纤的数值孔径难以实现小于0.06，在保证高阶模式抑制能力可满足应用要求的前提下，其弯曲时最大的模场面积约为370μm²；利用改进的光纤制造技术可以实现超低数值孔径的光纤，其数值孔径可低至0.038，弯曲时可以实现750μm²的模场面积，但是制造工艺掌握在国外少数研究机构，难以学习推广。摒弃阶跃型折射率分布，采用全新的导光机制，可实现扩大模场面积的同时得到单模输出，例如：光子带隙光纤(photonic bandgap fiber,PBGF)、光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)、泄漏通道型光纤(leakage channel fiber,LCF)、和螺旋芯光纤(chirally-coupled-core fiber,CCCF)等。这类光纤具有很大的模场面积和很好的高阶模式抑制能力，但是此类光纤制造工艺复杂，需要精确的堆棒和拉丝工艺。近年来提出的低折射率多层沟壑型光纤(MTF)具有易于制造和很好的高阶模式抑制能力，但在弯曲的情况下模场面积小于800μm²。

实用新型内容

为了解决现有技术中大模场面积光纤难以在弯曲条件下仍然保持大模场面积和单模传输状态，本实用新型提供了一种光纤。

本实用新型提供的光纤，包括：椭圆纤芯及环绕所述椭圆纤芯的、设有泄漏通道的若干个沟壑层，其中最内侧的沟壑层包覆于所述椭圆纤芯上，在任意的两个沟壑层之间设有环层，在最外侧的沟壑层上还包覆有外包层。

作为本实用新型的进一步改进，所述椭圆纤芯、所述环层、所述泄漏通道、及所述外包层的折射率均大于所述沟壑层的折射率。

作为本实用新型的进一步改进，所述沟壑层的个数为大于等于2的整数。

作为本实用新型的进一步改进，所述外包层与所述沟壑层的折射率的差值大于0.001，优选为0.001～0.007。

作为本实用新型的进一步改进，所述环层与所述外包层的折射率的差值为-0.001～0.001。

作为本实用新型的进一步改进，所述椭圆纤芯与所述外包层的折射率的差值为-0.0005～0.0005。

作为本实用新型的进一步改进，所述泄漏通道的个数为两个，分别位于所述椭圆纤芯的长边方向上。

作为本实用新型的进一步改进，所述泄漏通道与所述外包层的折射率相同。

作为本实用新型的进一步改进，还可以通过调整以下光纤结构参数来实现最优化的光纤特性，包括：椭圆纤芯相互垂直的两个方向的长度、低折射率沟壑层的宽度、低折射率沟壑层的层数、低折射率沟壑层之间的高折射率环层的宽度、泄漏通道的宽度、椭圆纤芯与外包层的折射率的差值、低折射率沟壑层与外包层的折射率的差值、高折射率环层与外包层的折射率的差值。

一方面，类似于MTF(multi-trench fiber)实现抑制高阶模式的原理，本实用新型的光纤利用多层低折射率沟壑之间形成的谐振效应，或者理解为利用椭圆纤芯高阶模式和与其折射率相匹配的包层泄漏模式的耦合，使得椭圆纤芯中的高阶模式具有较大的传输损耗，实现了对纤芯中高阶模式的抑制；另一方面，本实用新型的光纤利用泄漏通道对高阶模式的泄漏效果要大于对基模的泄漏，使得纤芯中的高阶模式具有较大的传输损耗，实现了对纤芯中高阶模式的抑制。

本实用新型提供的光纤，相比目前技术方案，具有以下优点：

1)保证此光纤设计在弯曲时具有很好的高阶模式抑制能力；

2)具有较大的基模模场面积；