一種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖，包括纖芯、包層和涂覆層；纖芯以二氧化硅材料為基質(zhì)，包含至少一種有源離子以及共摻雜劑；包層中排列有圍繞纖芯呈縱向螺旋結(jié)構(gòu)分布的多條側(cè)芯，側(cè)芯采用二氧化硅材料，芯徑為微米量級(jí)，螺旋周期在毫米量級(jí)，最內(nèi)層側(cè)芯與纖芯的邊到邊偏移量在微米量級(jí)。本發(fā)明的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖由于在包層加入具有損耗機(jī)制的螺旋側(cè)芯，從而能夠與纖芯中的高階模式發(fā)生耦合并提供高損耗，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積單模運(yùn)轉(zhuǎn)光纖，為高功率光纖激光器的發(fā)展提供了新途徑。
【專利說(shuō)明】-種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)與激光光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，設(shè)及一種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移 光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖激光器因其高轉(zhuǎn)換效率、良好的散熱效應(yīng)、高光束質(zhì)量及結(jié)構(gòu)緊湊等獨(dú)特優(yōu) 勢(shì)而得到迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于光通信、工業(yè)加工、生物醫(yī)療、軍事國(guó)防等相關(guān)領(lǐng)域，是激光 器產(chǎn)業(yè)中的主導(dǎo)力量。
[000引近年來(lái)，光纖激光器的輸出功率不斷攀升，達(dá)到kW量級(jí)平均功率及麗量級(jí)峰值 功率。但是高功率的激光輸出會(huì)導(dǎo)致纖巧中功率密度過(guò)高，易引起嚴(yán)重的受激拉曼散射 (SRS)、受激布里淵散射（SB巧等非線性效應(yīng)及光纖損傷。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)通常采用大模場(chǎng)面積（Large Mode Area, LMA)光纖降低纖巧功率密度， 從而抑制非線性效應(yīng)，但該種方法會(huì)激發(fā)起高階模化i曲er化der Mode,H0M)，致使光纖輸 出光束質(zhì)量惡化。最初人們通過(guò)降低纖巧數(shù)值孔徑（Numerical Aperture,NA)來(lái)實(shí)現(xiàn)單模 運(yùn)轉(zhuǎn)，然而受到材料性質(zhì)的限制，普通光纖的數(shù)值孔徑很難降到0. 05 W下，且過(guò)低數(shù)值孔 徑會(huì)加劇光纖彎曲損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種縱向螺旋轉(zhuǎn)移光纖，其 目的在于濾除大模場(chǎng)面積光纖纖巧中的高階模式，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積光纖的穩(wěn)定基模輸出， 解決現(xiàn)有技術(shù)中采用大模場(chǎng)面積光纖降低纖巧功率密度導(dǎo)致光束質(zhì)量惡化的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖，包括纖巧、圍繞著纖 巧的包層、圍繞著包層的涂覆層；所述包層內(nèi)排列有圍繞纖巧縱向螺旋分布的多條側(cè)巧； 纖巧到側(cè)巧的禪合、側(cè)巧與側(cè)巧之間的禪合將纖巧中的高階模式轉(zhuǎn)移出來(lái)，側(cè)巧的螺旋結(jié) 構(gòu)為轉(zhuǎn)移出來(lái)的高階模式提供高損耗，將纖巧轉(zhuǎn)移至側(cè)巧的高階模式濾除，實(shí)現(xiàn)光纖單模 輸出。
[0007] 優(yōu)選地，所述光纖側(cè)巧折射率ni與包層折射率n 2應(yīng)滿足關(guān)系 0.09<Vn^-?l^ <0.12,將高階模式更好的束縛在側(cè)巧內(nèi)，通過(guò)縱向螺旋分布的多條側(cè) 巧將高階模式濾除。
[000引優(yōu)選地，所述光纖采用的多條側(cè)巧的巧徑尺寸不同。
[0009] 優(yōu)選地，所述側(cè)巧巧徑的取值范圍為6 ym?15 ym，螺旋周期取值范圍為4. 5mm? 7mm，最內(nèi)層側(cè)巧與纖巧的邊到邊偏移量取值范圍為1 y m?4. 5 y m ;根據(jù)螺旋參數(shù)的不同， 側(cè)巧所提供的模式損耗在1地/m?100地/m。
[0010] 優(yōu)選地，所述側(cè)巧排列方式為同尺寸的側(cè)巧單層圍繞纖巧排列；側(cè)巧巧徑為 6 y m?8 y m，螺旋周其月為4. 5mm?5. 3mm，偵!|忍與纖忍的邊到邊偏移量為lym?4. Sum; 多條側(cè)巧結(jié)構(gòu)中的每條側(cè)巧都與纖巧發(fā)生禪合，加快了高階模式向側(cè)巧的轉(zhuǎn)移，將纖巧中 的高階模式快速轉(zhuǎn)移出來(lái)加W濾除。
[ocm] 優(yōu)選地，所述側(cè)巧排列方式為同尺寸的側(cè)巧呈多層圍繞纖巧排列；側(cè)巧巧徑為 8 ym?10 ym，螺旋周期為5. Imm?5. 9mm，最內(nèi)層側(cè)巧與纖巧的邊到邊偏移量為lym? 4. 5 ym;內(nèi)層的每一條側(cè)巧均與纖巧發(fā)生禪合作用；內(nèi)層側(cè)巧與外層側(cè)巧之間也有禪合效 果，可W轉(zhuǎn)移內(nèi)層側(cè)巧中的模式，分擔(dān)內(nèi)層側(cè)巧對(duì)模式提供高損耗的負(fù)擔(dān)，將高階模式在側(cè) 巧中更快速的濾除。
[0012] 優(yōu)選地，所述側(cè)巧排列方式為不同尺寸的側(cè)巧單層圍繞纖巧間隔排列；大尺寸側(cè) 巧巧徑為10 y m?13 y m，小尺寸側(cè)巧巧徑為6 y m?8. 3 y m，螺旋周期5. 5mm?6. 2mm，側(cè) 巧與纖巧的邊到邊偏移量1 y m?4. 5 y m ;大尺寸的側(cè)巧與纖巧禪合作用更強(qiáng)，可有效轉(zhuǎn)移 纖巧中的高階模式；小尺寸的側(cè)巧對(duì)高階模式的損耗更高，可將轉(zhuǎn)移至大尺寸側(cè)巧中的高 階模式禪合過(guò)來(lái)并提供更高的損耗，可更快速濾除側(cè)巧中的高階模式。
[0013] 優(yōu)選地，所述側(cè)巧排列方式為不同尺寸的側(cè)巧呈多層圍繞纖巧間隔排列；大尺寸 側(cè)巧巧徑為11 y m?15 y m，小尺寸側(cè)巧巧徑為6 y m?7. 8 y m，螺旋周期為6. 1mm?7mm， 最內(nèi)層側(cè)巧與纖巧的邊到邊偏移量為1 ym?4. 5 ym ;內(nèi)層的每一條側(cè)巧均與纖巧發(fā)生禪 合作用；內(nèi)層側(cè)巧與外層側(cè)巧之間也有禪合效果，將纖巧中的高階模式轉(zhuǎn)移出來(lái)；大尺寸 的側(cè)巧與纖巧禪合作用更強(qiáng)，有效轉(zhuǎn)移纖巧中的高階模式；小尺寸的側(cè)巧對(duì)高階模式的損 耗更高，可更快速濾除側(cè)巧中的高階模式。
[0014] 優(yōu)選地，所述纖巧W二氧化娃材料為基質(zhì)，包含至少一種有源離子W及共滲雜劑， 所述有源離子為銅系稀±離子；所述共滲雜劑為A1離子、P離子和Ce離子中的一種或幾 種；所述包層材料為純石英；所述側(cè)巧是W二氧化娃材料為基質(zhì)的無(wú)源纖巧，與所述包層 一起形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)光作用，但不具備增益放大性能；所述涂覆層采用聚合物涂料。
[0015] 優(yōu)選地，所述光纖的包層與涂覆層之間還有一層外包層，所述外包層折射率高于 包層折射率且低于涂覆層折射率，采用聚合物涂料。
[0016] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 近:效果：
[0017] (1)本發(fā)明的光纖在包層內(nèi)引入多條側(cè)忍，纖巧與各條側(cè)巧的禪合、側(cè)忍與側(cè)巧之 間的禪合共同作用，將纖巧中的高階模式快速轉(zhuǎn)移出來(lái)，側(cè)巧的螺旋結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)移出來(lái)的高 階模式提供高損耗，將纖巧轉(zhuǎn)移至側(cè)巧的高階模式濾除，實(shí)現(xiàn)光纖單模輸出，提高輸出光束 質(zhì)量；
[0018] (2)本發(fā)明的優(yōu)選方案里，多條側(cè)巧的巧徑尺寸不同，稍大尺寸的側(cè)巧與纖巧禪合 作用更強(qiáng)，可有效轉(zhuǎn)移纖巧中的高階模式；小尺寸的側(cè)巧對(duì)高階模式的損耗更高，可將轉(zhuǎn)移 至大尺寸側(cè)巧中的高階模式禪合過(guò)來(lái)并提供更高的損耗，更快速濾除側(cè)巧中的高階模式； 纖巧中的高階模式被快速濾除，實(shí)現(xiàn)光纖單模輸出，對(duì)應(yīng)的輸出光束質(zhì)量便得到提高；
[0019] (3)本發(fā)明的優(yōu)選方案里，采用單層多條側(cè)巧的結(jié)構(gòu)中，每條側(cè)巧都可禪合纖巧中 的高階模式，加快了高階模式向側(cè)巧的轉(zhuǎn)移；采用多層側(cè)巧的結(jié)構(gòu)中，外層側(cè)巧可W轉(zhuǎn)移內(nèi) 層側(cè)巧中的模式，從而分擔(dān)內(nèi)層側(cè)巧對(duì)模式提供高損耗的負(fù)擔(dān)，使高階模式在側(cè)巧中快速 濾除，實(shí)現(xiàn)光纖單模傳輸，提高輸出光束質(zhì)量；
[0020] (4)由于光纖中的模式對(duì)彎曲損耗非常敏感，其損耗會(huì)隨著波導(dǎo)結(jié)構(gòu)彎曲的加劇 而不斷增加，因此本發(fā)明中的側(cè)巧采用的縱向螺旋結(jié)構(gòu)為側(cè)巧中的模式提供了高損耗，可 將纖巧轉(zhuǎn)移至側(cè)巧的高階模式濾除，無(wú)需任何外加的模式控制技術(shù)便能實(shí)現(xiàn)光纖單模輸 出，提高輸出光束質(zhì)量；該種改善便于將光纖應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)中，有利于光纖激光系統(tǒng)的集 成化；
[0021] (5)由于本發(fā)明的多條側(cè)巧結(jié)構(gòu)的每一條側(cè)巧都能對(duì)高階模式提供彎曲損耗，在 多條側(cè)巧的共同作用下，側(cè)巧可對(duì)高階模式提供的更高損耗，因此在光纖制備過(guò)程中，采用 多條側(cè)巧時(shí)，側(cè)巧的螺旋周期可W適當(dāng)增加，可減小光纖的制備難度；
[0022] (6)由于分發(fā)明的縱向螺旋分布的側(cè)巧內(nèi)置于包層里，避免了常規(guī)光纖在盤繞中 由于彎曲半徑過(guò)小對(duì)光纖帶來(lái)的損傷，改善了光纖模場(chǎng)崎變嚴(yán)重的問(wèn)題，從而使輸出光斑 更加對(duì)稱完整，提高光束質(zhì)量；
[0023] (7)本發(fā)明的光纖具有模式無(wú)失真烙接和緊湊盤繞的優(yōu)點(diǎn)，可W與采用標(biāo)準(zhǔn)光纖 烙接與處理技術(shù)所制備出的相關(guān)光學(xué)器件直接匹配。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖纖巧模式損耗隨傳播常數(shù)差A(yù) 0的變化曲 線；
[0025] 圖2是本發(fā)明縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖側(cè)巧模式損耗隨螺旋周期的變化曲線；
[0026] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的光纖端面示意圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的光纖端面示意圖；
[002引圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的光纖端面示意圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例4的光纖端面示意圖；
[0030] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例5的光纖端面示意圖；
[0031] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例5的光纖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：纖巧101，圍 繞纖巧的包層102,外包層103,涂覆層104,實(shí)施例1側(cè)巧301，實(shí)施例2第一層側(cè)巧401和 第二層側(cè)巧402,實(shí)施例3第一層側(cè)巧501和第二層側(cè)巧502,實(shí)施例4第一側(cè)巧601和第 二側(cè)巧602,實(shí)施例5第一側(cè)巧701、第二側(cè)巧702、第=側(cè)巧703、第四側(cè)巧704、第五側(cè)巧 705、第六側(cè)巧706。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0034] 本發(fā)明所述的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖，包括纖巧、圍繞著纖巧的包層、圍繞著包層 的涂覆層，包層中排列有圍繞纖巧縱向螺旋分布的多條側(cè)巧。
[0035] 根據(jù)模式禪合公式及準(zhǔn)相位匹配條件，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，纖巧模式的損 耗與發(fā)生禪合的模式之間的傳播常數(shù)差A(yù) 0有密切的關(guān)系，其損耗隨著A 0的增加而下 降，如圖1所示；設(shè)定禪合系數(shù)為1，當(dāng)A 0 = 0時(shí)，纖巧模式的損耗達(dá)到最大，因此，通過(guò) 合理設(shè)計(jì)縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括側(cè)巧巧徑、螺旋周期、最內(nèi)層側(cè)巧與纖巧 的邊到邊偏移量，可W實(shí)現(xiàn)纖巧基模低損耗，高階模高損耗的效果。
[0036] 同尺寸的單層側(cè)巧圍繞纖巧排列，每條側(cè)巧都可禪合纖巧中的高階模式，在所 述的同尺寸的單層側(cè)巧結(jié)構(gòu)下，光纖參數(shù)為：側(cè)巧巧徑6 ym?8 ym，螺旋周期4. 5mm? 5. 3mm，側(cè)巧與纖巧的邊到邊偏移量1 y m?4. 5 y m。
[0037] 同尺寸的側(cè)巧呈多層圍繞纖巧排列，最內(nèi)層每條側(cè)巧都可禪合纖巧中的高階模 式；外層側(cè)巧可W轉(zhuǎn)移內(nèi)層側(cè)巧中的模式，從而加快纖巧中高階模式向側(cè)巧的轉(zhuǎn)移，外層側(cè) 巧還可分擔(dān)內(nèi)層側(cè)巧對(duì)模式提供高損耗的負(fù)擔(dān)，使高階模式在側(cè)巧中快速濾除；在所述的 同尺寸多層側(cè)巧結(jié)構(gòu)下，光纖參數(shù)為：側(cè)巧巧徑8 ym?10 ym，螺旋周期5. 1mm?5. 9mm，最 內(nèi)層側(cè)巧與纖巧的邊到邊偏移量1 y m?4. 5 y m。
[003引不同尺寸的單層側(cè)巧圍繞纖巧排列，每條側(cè)巧都可禪合纖巧中的高階模式，稍大 尺寸的側(cè)巧與纖巧禪合作用更強(qiáng)，可有效轉(zhuǎn)移纖巧中的高階模式，小尺寸的側(cè)巧對(duì)高階模 式的損耗更高，除了禪合纖巧中的高階模式，還可將轉(zhuǎn)移至大尺寸側(cè)巧中的高階模式禪合 過(guò)來(lái)并提供更高的損耗；在所述的不同尺寸的單層側(cè)巧結(jié)構(gòu)下，光纖參數(shù)為：大尺寸側(cè)巧 巧徑為10 y m?13 y m，小尺寸側(cè)巧巧徑為6 y m?8. 3 y m，螺旋周期為5. 5mm?6. 2mm，側(cè) 巧與纖巧的邊到邊偏移量為1 y m?4. 5 y m。
[0039] 不同尺寸的側(cè)巧呈多層圍繞纖巧排列，最內(nèi)層每條側(cè)巧都可禪合纖巧中的高階模 式，外層側(cè)巧可W轉(zhuǎn)移內(nèi)層側(cè)巧中的模式，從而加快纖巧中高階模式向側(cè)巧的轉(zhuǎn)移；稍大 尺寸的側(cè)巧與纖巧禪合作用更強(qiáng)，可有效轉(zhuǎn)移纖巧中的高階模式，小尺寸的側(cè)巧對(duì)高階模 式的損耗更高，可將轉(zhuǎn)移至大尺寸側(cè)巧中的高階模式禪合過(guò)來(lái)并提供更高的損耗，因此對(duì) 高階模式的濾除效果更好；在所述的不同尺寸的多層側(cè)巧結(jié)構(gòu)下，光纖參數(shù)為：側(cè)巧巧徑 11 ym?15 ym，小尺寸側(cè)巧巧徑6 ym?7. 8 ym，螺旋周期6. 1mm?7mm，最內(nèi)層側(cè)巧與纖 巧的邊到邊偏移量1 y m?4. 5 y m。
[0040] 由于側(cè)巧存在彎曲因素，根據(jù)彎曲損耗公式，得出側(cè)巧所提供的高階模式損耗在 1地/m?100地/m，螺旋周期與模式損耗之間曲線關(guān)系如圖2所示。
[0041] W下結(jié)合具體實(shí)施例與附圖來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖。
[0042] 實(shí)施例1的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖為雙包層縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移石英光纖，包括纖 巧101、圍繞著纖巧的包層102、外包層103和涂覆層104 ;其端面示意圖如圖3所示，包層 102內(nèi)均勻排列有=條圍繞纖巧縱向螺旋分布的側(cè)巧301 ;從光纖端面看，=條側(cè)巧W正= 角形均勻分布在纖巧101周圍；
[0043] 其中，纖巧101直徑為37 ym，數(shù)值孔徑為0. 06 ;側(cè)巧301巧徑為7 ym，數(shù)值孔徑 為0. 1，螺旋周期為4. 5mm，側(cè)巧301與纖巧101的邊邊偏移量為1 ym。
[0044] 纖巧101折射率為1. 4582,采用的材料為二氧化娃基質(zhì)、鏡離子W及共滲雜劑A1 離子和P離子；包層102折射率為1. 457,采用純石英材料；側(cè)巧301折射率為1. 4604,采用 的材料為二氧化娃基質(zhì)和錯(cuò)離子；外包層103折射率為1. 37,采用的材料為低折射率的聚 合物涂料；涂覆層104折射率為1. 49,采用的材料為高折射率的聚合物涂料。
[0045] 經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)例1中的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的基模損耗為0. 15地/m，高階模損耗 為53地/m。
[0046] 實(shí)施例2的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖為單包層縱向螺旋轉(zhuǎn)移石英光纖，包括纖巧 101、圍繞著纖巧的包層102和涂覆層104 ;其端面示意圖如圖4所示，包層102內(nèi)均勻排列 有兩層圍繞纖巧縱向螺旋分布的同尺寸的第一層側(cè)巧401和第二層側(cè)巧402 ;從光纖端面 看，兩層側(cè)巧401和402 W正六邊形均勻分布在纖巧101周圍。
[0047] 其中，纖巧101直徑為42 y m，數(shù)值孔徑為0. 065 ;側(cè)巧401與402的巧徑是10 y m， 數(shù)值孔徑為0. 13,螺旋周期為5. 7mm，側(cè)巧401與纖巧101的邊邊偏移量為2 y m。
[0048] 纖巧101折射率為1. 4584,采用的材料為二氧化娃基質(zhì)、鏡離子W及共滲雜劑A1 離子和P離子；包層102折射率為1. 457,材料為純石英；側(cè)巧401和402折射率為1. 4619， 材料為二氧化娃基質(zhì)和錯(cuò)離子；涂覆層104折射率為1. 49,采用高折射率的聚合物涂料。
[0049] 經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)例2中的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的基模損耗為0. 1地/m，高階模損耗為 69 地/m。
[0化0] 實(shí)施例3的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖為雙包層縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移石英光纖包括纖 巧101、圍繞著纖巧的包層102、外包層103和涂覆層104 ;其端面示意圖如圖5所示，在包 層102內(nèi)均勻排列有兩層圍繞纖巧縱向螺旋分布的2種不同尺寸的第一層側(cè)巧501和第二 層側(cè)巧502 ;從光纖端面看，兩層側(cè)巧501和502 W正六邊形均勻分布在纖巧101周圍。 [0化1] 其中，纖巧101直徑為48 ym，數(shù)值孔徑為0. 06 ;側(cè)巧501巧徑為11 ym，數(shù)值孔徑 為0. 1，側(cè)巧502的巧徑為7. 5 ym，數(shù)值孔徑為0. 09,螺旋周期為7mm，側(cè)巧501與纖巧101 的邊邊偏移量為3 y m。
[0化2] 纖巧101的折射率為1. 4582,采用的材料為二氧化娃基質(zhì)、鏡離子W及共滲雜劑 A1離子、P離子和Ce離子；包層102折射率為1. 457,材料為純石英；側(cè)巧501和502材料 為二氧化娃基質(zhì)和錯(cuò)離子，其中側(cè)巧501折射率為1. 4604,側(cè)巧502折射率為1. 4598 ;外包 層103的折射率為1. 37,采用低折射率的聚合物涂料；涂覆層104折射率為1. 49,采用高折 射率的聚合物涂料。
[0化3] 經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)例3中的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的基模損耗為0.07地/m，高階模損耗 為89地/m。
[0化4] 實(shí)施例4的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖為雙包層縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移石英光纖，包括纖 巧101、圍繞著纖巧的包層102、外包層103和涂覆層104 ;其端面示意圖如圖6所示，包層 102內(nèi)均勻排列有一層圍繞纖巧縱向螺旋分布的2種不同尺寸的第一側(cè)巧601和第二側(cè)巧 602,從光纖端面看，側(cè)巧601和602 W正六邊形分布均勻在纖巧101周圍。
[0化5] 其中，纖巧101直徑為53 ym，數(shù)值孔徑為0.065 ;側(cè)巧601巧徑為12 ym，數(shù)值孔 徑為0. 11，側(cè)巧602的巧徑為7. 9 ym，數(shù)值孔徑為0. 1，螺旋周期為5. 5mm，側(cè)巧601和602 與纖巧101的邊邊偏移量為4. 5 ym。
[0化6] 纖巧101折射率為1. 4584,采用的材料為二氧化娃基質(zhì)、鏡離子W及共滲雜劑A1 離子、P離子和Ce離子；包層102折射率為1. 457,材料為純石英；側(cè)巧601和602組份為二 氧化娃基質(zhì)和有源離子錯(cuò)離子，其中側(cè)巧601折射率為1. 4611，側(cè)巧602折射率為1. 4604 ; 外包層103折射率為1. 37,采用低折射率的聚合物涂料；涂覆層104折射率為1. 49,采用高 折射率的聚合物涂料。
[0化7] 經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)施例4中的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的基模損耗為0. 05地/m，高階模損 耗為73地/m。
[0化引實(shí)施例5的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖為雙包層縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移石英光纖，所述光 纖包括纖巧101、圍繞著纖巧的包層102、外包層103和涂覆層104 ;其端面示意圖如圖7所 示，包層102內(nèi)均勻排列有一層圍繞纖巧縱向螺旋分布的多種不同尺寸的第一側(cè)巧701、第 二側(cè)巧702、第S側(cè)巧703、第四側(cè)巧704、第五側(cè)巧705、第六側(cè)巧706。
[0059] 圖8為實(shí)施例5光纖的纖巧與側(cè)巧排列結(jié)構(gòu)示意圖，側(cè)巧均勻排列在纖巧周圍，具 有相同的螺旋周期，沿纖巧縱向分布。
[0060] 其中，纖巧直徑為59 ym，數(shù)值孔徑為0. 07 ;側(cè)巧701?706的巧徑依次是15 ym、 13^111、11^111、8^111、7^111、6^111，數(shù)值孔徑依次為0.12、0.11、0.1、0.097、0.11、0.09，螺旋 周期為7mm，側(cè)巧701?706與纖巧101的邊邊偏移量依次是為2. 2 ym、2. 5 ym、2. 7 ym、 2. 9 y m、3. 2 y m、3. 5 y m。
[0061] 纖巧101折射率為1. 465,采用的材料為二氧化娃基質(zhì)、鏡離子w及共滲雜劑A1離 子和P離子；包層102折射率為1. 457,材料為純石英；側(cè)巧701?706材料為二氧化娃基 質(zhì)和錯(cuò)離子，其中側(cè)巧701?706折射率分別為1. 4619、1. 4611、1. 4604、1. 4602、1. 4611、 1. 4598 ;外包層103折射率為1. 37,采用低折射率的聚合物涂料；涂覆層104折射率為 1. 49,采用高折射率的聚合物涂料。
[0062] 經(jīng)驗(yàn)證，實(shí)施例5中的縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖的基模損耗為0.03地/m，高階模損 耗為81地/m。
[0063] 單層多側(cè)巧分擔(dān)單一側(cè)巧的高階模式損耗；多層側(cè)巧結(jié)構(gòu)加快高階模式的轉(zhuǎn)移并 分擔(dān)單一側(cè)巧的高階模式損耗；不同尺寸的多條側(cè)巧可W利用大尺寸側(cè)巧加快高階模式轉(zhuǎn) 移，小尺寸側(cè)巧實(shí)現(xiàn)對(duì)高階模式的快速濾除；不同尺寸多層側(cè)巧結(jié)構(gòu)結(jié)合了上述優(yōu)點(diǎn)，效果 更佳。綜合對(duì)比W上5個(gè)實(shí)施例的驗(yàn)證結(jié)果，可W獲知在濾除纖巧中高階模式從而提升光 纖輸出光束質(zhì)量上，實(shí)驗(yàn)效果按照"同尺寸單層側(cè)巧<同尺寸多層側(cè)巧《不同尺寸單層側(cè) 巧< 不同尺寸多層側(cè)巧"依次增強(qiáng)。
[0064] 由于高階模式能量集中在纖巧的邊緣區(qū)，且為均勻分布，側(cè)巧采用均勻排列的結(jié) 構(gòu)，可將纖巧中的高階模式完全轉(zhuǎn)移出來(lái)；側(cè)巧采用非均勻排列的結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)W下現(xiàn)象： 靠近側(cè)巧的纖巧的邊緣區(qū)域高階模式被轉(zhuǎn)移至側(cè)巧，而遠(yuǎn)離側(cè)巧的纖巧的邊緣區(qū)域仍存在 高階模式，高階模式轉(zhuǎn)移不完全，在改善光束質(zhì)量的效果上，不如均勻排列的結(jié)構(gòu)。
[00化]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種縱向螺旋模式轉(zhuǎn)移光纖，其特征在于，所述光纖包括纖芯、圍繞著纖芯的包層、 圍繞著包層的涂覆層；所述包層內(nèi)排列有圍繞纖芯縱向螺旋分布的多條側(cè)芯；纖芯與各條 側(cè)芯的耦合、側(cè)芯與側(cè)芯之間的耦合將纖芯中的高階模式快速轉(zhuǎn)移出來(lái)，側(cè)芯的螺旋結(jié)構(gòu) 為轉(zhuǎn)移出來(lái)的高階模式提供高損耗，將纖芯轉(zhuǎn)移至側(cè)芯的高階模式濾除，實(shí)現(xiàn)光纖單模輸 出。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述側(cè)芯折射率ni與包層折射率n2滿足關(guān)
3. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述多條側(cè)芯的芯徑尺寸不同。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的光纖，其特征在于，側(cè)芯芯徑的取值范圍為6ym? 15ym，螺旋周期取值范圍為4. 5mm?7mm，最內(nèi)層側(cè)芯與纖芯的邊到邊偏移量取值范圍為 IUm~ 4. 5um。
5. 如權(quán)利要求4所述的光纖，其特征在于，所述側(cè)芯排列方式為同尺寸的側(cè)芯單層圍 繞纖芯排列；側(cè)芯芯徑為6ym?8ym，螺旋周期為4. 5mm?5. 3mm，側(cè)芯與纖芯的邊到邊偏 移量為IUm?4. 5ym。
6. 如權(quán)利要求4所述的光纖，其特征在于，所述側(cè)芯排列方式為同尺寸的側(cè)芯呈多層 圍繞纖芯排列；側(cè)芯芯徑為8ym?10ym，螺旋周期為5.Imm?5. 9mm，最內(nèi)層側(cè)芯與纖芯 的邊到邊偏移量為IUm?4. 5ym。
7. 如權(quán)利要求3或4所述的光纖，其特征在于，所述側(cè)芯排列方式為不同尺寸的側(cè)芯 單層圍繞纖芯間隔排列；大尺寸側(cè)芯芯徑為IOum?13ym，小尺寸側(cè)芯芯徑為6ym? 8. 3ym，螺旋周期為5. 5mm?6. 2mm，側(cè)芯與纖芯的邊到邊偏移量為Iym?4. 5ym〇
8. 如權(quán)利要求3或4所述的光纖，其特征在于，所述側(cè)芯排列方式為不同尺寸的側(cè)芯 呈多層圍繞纖芯間隔排列；大尺寸側(cè)芯芯徑為Ilum?15ym，小尺寸側(cè)芯芯徑為6ym? 7. 8ym，螺旋周期為6.Imm?7mm，最內(nèi)層側(cè)芯與纖芯的邊到邊偏移量為Iym?4. 5ym。
9. 如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的光纖，其特征在于，所述纖芯以二氧化硅材料為基 質(zhì)，包含至少一種有源離子以及共摻雜劑，所述有源離子為鑭系稀土離子，所述共摻雜劑為 Al離子、P離子和Ce離子中的一種或幾種；所述包層材料為純石英；所述側(cè)芯采用折射率 高于纖芯的摻鍺二氧化硅材料；所述涂覆層采用聚合物涂料。
10. 如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的光纖，其特征在于，所述光纖的包層與涂覆層之間 還有一層外包層，所述外包層折射率高于包層折射率且低于涂覆層折射率，采用聚合物涂 料。
【文檔編號(hào)】G02B6/036GK104503020SQ201410798980
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】李進(jìn)延, 趙楠, 李海清, 彭景剛, 戴能利, 王一礡, 廖雷, 羅興 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)