阅读说明：本技术 一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤 (Multilayer refractive index gully gradient optical fiber leaking high-order mode ) 是由 裴丽 郭智君 宁提纲 郑晶晶 王建帅 何倩 解宇恒 常彦彪 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤,属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。光纤结构包括随半径增大而减小的梯度折射率纤芯(1),由低折射率沟壑(2)和(4)以及高折射率环(3)交替环绕构成包层；其中一层低折射率沟壑(4)具有泄漏缝隙。本发明可以利用传统的MCVD法和填充玻璃棒的方法制得。通过在低折射率沟壑开泄漏缝,使得在基模损耗基本不变的情况下高阶模更容易泄漏,可以有效增大高阶模-基模损耗比,实现光纤的单模运行。同时,折射率梯度分布的纤芯具有良好的抗弯曲性能,使得基模分布几乎不随弯曲半径变化,实现了功率输出的稳定性。(The invention relates to a multilayer refractive index gully gradient optical fiber with a leakage high-order mode, and belongs to the field of high-power optical fiber amplifiers, lasers and special optical fibers. The optical fiber structure comprises a gradient refractive index fiber core (1) which decreases along with the increase of the radius, and a cladding layer is formed by alternately surrounding low refractive index gullies (2) and (4) and a high refractive index ring (3); one of the low-refractive-index corrugations (4) has leakage gaps. The invention can be made by using the traditional MCVD method and the method of filling the glass rod. By forming the leakage gaps in the low-refractive-index trenches, the high-order mode is easier to leak under the condition that the loss of the fundamental mode is basically unchanged, the ratio of the high-order mode to the loss of the fundamental mode can be effectively increased, and the single-mode operation of the optical fiber is realized. Meanwhile, the fiber core with the refractive index gradient distribution has good bending resistance, so that the distribution of the fundamental mode hardly changes along with the bending radius, and the stability of power output is realized.)

一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤

技术领域

本发明涉及一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，属于大功率光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

随着激光技术在材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等方面的广泛应用，具有转换效率高、激光阈值低、光束质量好等优点的光纤激光器越来得到重视。具有大模场面积的光纤可以很好的抑制非线性效应并降低光学损伤，因此成为进一步提升激光器功率的关键器件。然而，大模场面积光纤应用时存在模式不稳定现象会损害光束质量，进而影响输出光功率，应加以避免和控制。导致模式不稳的因素包括横向烧孔、发热引起的光纤折射率变化等，这些不稳定因素会使高阶模式获得更高的增益，从而影响光束质量。因此，抑制光纤中的高阶模式，保持光纤的单模运行，是提高大功率光纤激光器和放大器性能的重要途径之一。

近年来，许多新型的强激光光纤已经被设计和制造。结构简单的阶跃光纤可以有效保持单模运行，但是为获得更大模场面积必须使得数值孔径很小，极小的数值孔径会导致光纤基模的弯曲损耗急剧增加，限制了其盘绕成环状固定在激光器内的使用。光子晶体光纤可以实现超大模场面积的单模运行，但其基模的弯曲损耗较大，并且制造难度大、成本较高。瓣状光纤通过选取特定的光纤参数，虽然能够实现在芯层直径在50微米的光纤中实现单模工作，但其高阶模泄漏损耗较小，高阶模-基模损耗比较小。综上，这些大模场面积光纤在实际应用中存在弯曲状态下基模损耗较大而高阶模损耗小的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题主要是针对盘绕在光纤激光器中的大模场面积光纤的基模损耗较大而高阶模损耗小这一问题所提出的。

本发明的技术方案：一种泄漏高阶模的多层折射率沟壑梯度光纤，其特征在于：包括随半径增大而减小的梯度折射率纤芯，由低折射率沟壑和高折射率环交替环绕构成的包层；其中一层折射率沟壑具有泄漏缝隙。本发明可以利用传统的MCVD法和填充玻璃棒的方法制得。

本发明的有益效果具体如下：

采用梯度纤芯和多层折射沟壑的设计方案，通过在低折射率沟壑开泄漏缝，使得在基模损耗基本不变的情况下高阶模更容易泄漏，可以有效增大高阶模-基模损耗比，实现光纤的单模运行。同时，折射率梯度分布的纤芯具有良好的抗弯曲性能，使得基模模场分布几乎不随弯曲半径变化，实现了功率输出的稳定性。该发明可广泛应用于大功率单模激光输出，具有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1为一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

图2为一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤折射率分布示意图。

图3为一种具有四泄漏缝隙的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

图4为一种纤芯直径为100μm的泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

图5为一种最内层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

图6为一种中间层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

图7为一种最外层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一

一种泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图1和图2，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯1，由低折射率沟壑2、高折射率环3和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑4环绕构成的包层。

本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯1的直径为50μm，折射率沟壑2和4的宽度分别为5μm和10μm，折射率沟壑4的泄漏缝隙宽度W₁为8μm，两沟壑间高折射率环3的宽度为5μm，整个包层直径为125μm。

实施例二

一种具有四泄漏缝隙的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图3，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯5，由低折射率沟壑6、高折射率环7和具有四条泄漏缝隙的低折射率沟壑8环绕构成的包层。

本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯5的直径为50um，折射率沟壑6和8的宽度分别为5μm和10μm，折射率沟壑8的泄漏缝隙宽度W₂为5μm，两沟壑间高折射率环7的宽度为5μm，整个包层直径为125μm。

实施例三

一种纤芯直径为100μm的泄漏高阶模的二层折射率沟壑抛物线光纤，参见图4，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯9，由低折射率沟壑10、高折射率环11和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑12环绕构成的包层。

本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4432、高折射率为1.444。纤芯9的直径为100μm，折射率沟壑9和12的宽度分别为1μm和10μm，折射率沟壑12的泄漏缝隙宽度W₃为5μm，两沟壑间高折射率环11的宽度为20μm，整个包层直径为200μm。

实施例四

为一种最内层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图，参见图5，其特征在于：包括折射率为抛物分布的纤芯13，由具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑14和无泄漏缝隙的低折射率沟壑16、以及高折射率环15和17交替环绕构成的包层。

本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯13的直径为50μm，折射率沟壑14和16的宽度为6μm，最内层折射率沟壑14的泄漏缝隙宽度W₄为10μm，高折射率环15的宽度为5μm，高折射率环17的外径为125μm。

实施例五

一种中间层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤横截面示意图，参见图6，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯18，由低折射率沟壑19和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑20、以及高折射率环21和22交替环绕构成的包层。

本例中纤芯最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯18的直径为50μm，折射率沟壑19和20的宽度为6μm，中间层折射率沟壑20的泄漏缝隙宽度W₅为10μm，高折射率环21的宽度为5μm，高折射率环22的外径为125μm。

实施例六

一种最外层折射率沟壑具有泄漏缝隙的三层折射率沟壑抛物线光纤，参见图7，其特征在于：包括折射率为抛物线分布的纤芯23，由低折射率沟壑24和具有二条泄漏缝隙的低折射率沟壑26、以及高折射率环25和27交替环绕构成的包层。

本例中纤芯23的最大折射率为1.444，包层中低折射率为1.4428、高折射率为1.444。纤芯23的直径为50μm，折射率沟壑24和26的宽度为6μm，最外层折射率沟壑26的泄漏缝隙宽度W₆为20μm，高折射率环25和27的宽度为5μm，整个包层直径125μm。