專利名稱：小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖，屬于光纖 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超連續(xù)激光源(白光激光器)是一種光譜分布很寬激光光源，由此產(chǎn)生的光譜分辨技 術(shù)在光通信、生命科學(xué)、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[11。 1996年，英國巴斯大學(xué)Russell 小組成功研制出世界上第一根具有周期微結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，從而在二維層面上實(shí)現(xiàn)了 人類對光子晶體的夢想[21。 1999年，英國、美國、丹麥的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室和公司利用傳統(tǒng)光纖 拉制技術(shù)相繼研制出多種不同結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，并開始向用戶提供少量樣品。由于光 子晶體光纖能夠?qū)崿F(xiàn)小芯徑(如圖1,芯徑2pm左右)，因此具有高非線性，頻率轉(zhuǎn)換效 率較高，光譜展寬大且平坦，以及零色散點(diǎn)設(shè)計(jì)方便等特點(diǎn)，由此成為目前超連續(xù)白光源 的研究熱點(diǎn)[3—5]。然而采用小芯徑的光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)存在明顯的缺點(diǎn)來自其芯徑 的有效面積僅有幾平方微米，當(dāng)聚焦后的高功率泵浦超過材料的破壞閾值時(shí)導(dǎo)致光纖端面 被破壞，即傳統(tǒng)高非線性光子晶體光纖不能承受較高的入射功率，結(jié)果使超連續(xù)激光源的 輸出功率普遍較低。這就導(dǎo)致了一對矛盾，即頻率轉(zhuǎn)換效率反比于光纖的芯徑，而承受高 入射功率則需要大的光纖芯徑。
參考文獻(xiàn) R.R. Alfano, Eds, "The supercontinuum laser source", Springer-Verlag, 1989. J.C.Knight， T.A.Birks, RS丄Russel, "All-silica single-mode optical fiber with photonic
crystal cladding", Opt. Lett.， Vol.21，No. 19(1996)1547-1549. [3]胡明列，王清月，栗巖鋒，王專，張志剛，柴路，章若冰，"飛秒激光在光子晶體光纖
中產(chǎn)生超連續(xù)光譜機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究"，《物理學(xué)報(bào)》，第53巻，第12期(2004)，頁
4243—4247。 G Genty, S.Coen， J. M. Dudley, "Fiber supercontinuum source(Invited)"， J. Opt. Soc. Am.
B.Vo1.24， No.8(2007)177卜1785. [5]栗巖鋒，胡明列，王清月，"光子晶體光纖的超連續(xù)光譜及其應(yīng)用"，《光電子.激光》，
第14巻，第ll期(2003)，頁:1240—12
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖，該光 子晶體光纖具有高非線性，頻率轉(zhuǎn)換效率較高的特性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的， 一種小芯徑集束型的大有效模場面積和高非 線性光子晶體光纖，其特征在于，該光纖的有效模場由多個(gè)芯徑為l-2微米的光纖集束構(gòu) 成，每個(gè)小纖芯周圍有小空氣孔構(gòu)成包層，其中小空氣孔的直徑為Dp (KD^纖芯直 徑；相鄰的兩個(gè)小空氣孔的中心距為A,，取值滿足D,/A產(chǎn)0.3-0.8;集束小芯外圍為多層
大空氣孔包層結(jié)構(gòu)，其中大空氣孔的直徑為D2，纖芯直徑<02<八2;相鄰的兩個(gè)大空氣
孔的中心距為A2，取值滿足02/八2=0.8-0.95。 上述的多小芯徑集束為7芯或19芯結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)由多個(gè)小芯徑集成的新型光子晶體光纖設(shè)計(jì)在保持(提高)
原有高非線性光子晶體光纖特性的同時(shí)，具有了較大的有效模場面積，因此這種光子晶體
光纖能夠承受較大的泵浦能量，可用于產(chǎn)生高功率超連續(xù)激光。(2)通過調(diào)整內(nèi)外空氣孔 包層中的孔間距和直徑以及形狀，可以方便調(diào)整光纖的零色散點(diǎn)，并使一根光纖同時(shí)適應(yīng) 二個(gè)以上激光波長。(3)將小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖與高 功率光子晶體光纖鎖模激光器結(jié)合，能夠構(gòu)成小型化、高功率的超連續(xù)激光源。


圖1為本發(fā)明7芯的小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖的 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)為小芯徑纖芯；2為小纖芯周圍內(nèi)的小空氣孔包層；3為集束小纖芯周圍的 大空氣孔內(nèi)包層；4為光纖外包層。
圖2為本發(fā)明19芯的小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖的結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖3為現(xiàn)有的高非線性光子晶體光纖的照片圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基于多小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖如附圖1、 2所示，具體實(shí)施方式
如下
大有效模場面積的高非線性光子晶體光纖是由多個(gè)小芯徑(l-2pm)纖芯匯集而成， 每個(gè)小芯周圍包圍一層小空氣孔，整個(gè)集束小芯周圍再包圍多層大空氣孔；該光纖適用于 各種光纖材料；通過調(diào)節(jié)周圍空氣孔的孔中心距(A)和空氣孔直徑(D)就可以調(diào)整零 色散點(diǎn)的位置，以適應(yīng)不同波段激光器的需要。具體實(shí)施例l:對于石英材料，零色散在 800nm波段，7芯集成(見附圖l)，內(nèi)包層空氣孔參數(shù)Ai二2.(Him， D尸1.6pm，外包層空氣孔參數(shù)A2=4.5pm， Df3.90pm，構(gòu)成有效模面積為58.2pm2;具體實(shí)施例2:對 于石英材料，零色散在1550nm波段，7芯集成(見附圖1 )，內(nèi)包層空氣孔參數(shù):A1 = 2. O,， D尸1.32pm，外包層空氣孔參數(shù)A2 = 4. 5nm， D2=3.90pm，構(gòu)成有效模面積為33.4pm2; 具體實(shí)施例3:對于石英材料，零色散在1400nm波段，19芯集成(見附圖2)，內(nèi)包層空 氣孔參數(shù)A1 = 2. Opm， D尸0.8pm，外包層空氣孔參數(shù)A2 = 4. 5pm， D2=3.9(Hmi,構(gòu)成 有效模面積為153.7pm2。拉制方法由于該種大模場面積和高非線性的光子晶體光纖的 使用長度一般在1一10米量級，因此預(yù)制棒制作采取按要求尺寸和溫度梯度的比例選擇棒 (管)堆積成型，外加套管固定；適當(dāng)拉伸后取中段，檢測參數(shù)；合格后再次適當(dāng)拉伸后 取中段，該過程直至獲得所要求的預(yù)制棒尺寸；最后在光纖拉制塔上拉制成光纖。
權(quán)利要求
1.一種小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖，其特征在于，該光纖的有效模場由多個(gè)芯徑為1-2微米的光纖集束構(gòu)成，每個(gè)小纖芯周圍有小空氣孔構(gòu)成包層，其中小空氣孔的直徑為D1，0＜D1＜纖芯直徑；相鄰的兩個(gè)小空氣孔的中心距為Λ1，取值滿足D1/Λ1＝0.3-0.8；集束小芯外圍為多層大空氣孔包層結(jié)構(gòu)，其中大空氣孔的直徑為D2，纖芯直徑＜D2＜Λ2；相鄰的兩個(gè)大空氣孔的中心距為Λ2，取值滿足D2/Λ2＝0.8-0.95。
2.按權(quán)利要求1所述的小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖， 其特征在于，小芯徑集束為7芯或19芯結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小芯徑集束型的大有效模場面積和高非線性光子晶體光纖，屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域。該光子晶體光纖有效模場由多個(gè)芯徑為1-2微米的光纖集束構(gòu)成，每個(gè)小纖芯周圍有小空氣孔構(gòu)成包層，集束小芯外圍為多層大空氣孔包層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該光子晶體光纖保持和提高了原有的高非線性特性，并具有較大的有效模場面積，能夠承受較大的泵浦能量，與高功率光子晶體光纖鎖模激光器結(jié)合，能夠構(gòu)成小型化、高功率的超連續(xù)激光源。
文檔編號G02B6/02GK101303432SQ200810053629
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者路 柴, 栗巖鋒, 王清月, 程同蕾, 胡明列 申請人:天津大學(xué)