专利名称：一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及玻璃光纤，特别是一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤。
背景技术：
光纤激光以其优异的模式在工业、农业、军事、医疗等领皿有广泛的应用前景，尤其在激 光切割、焊接等领域，高功率、大能量的激光显得尤为重要。要提高光乡输出激光的功率或能量， 需要使用大模场直径光纤。 一般對莫光纤的纤芯直径仅有8 10um,很难实现较高功率的输出。
目前常用的大模场直径光纤多采用高阶模泄漏方案，即通过弯曲光纤或X寸光纤结构进行设计 使光纤中产生的高阶模泄漏出光纤，如光子晶体光纤[Birks T A, Knight J C, Russell P St J. Endlessly single-mode photonic crystal fiber (无截止单模光子晶体光纤)，Opt. Lett" 1997,22:961-963]，基模具 有较小的模场直径，而高阶模具有较大的模场面积，通过纤芯周围小 L将高阶模泄漏出去，实现 光纤的单模运转。其它实现单模运转的大模场直径光纤还有分M形光纤[Rastogi V， Chiang K S. Propagation characteristics of a segmented cladding fiber (分块扇形包层光纤的传输特性).Opt. Lett.,2001,26:49"93]目前通过高阶模泄漏方式帝,的大模场直径光纤的纤芯直径一般小于60Wn。
光纤导波结构是通过纤芯和包层折射率差实现，即纤芯具有比包层高的折射率，通过全内反 射将光束缚在纤芯内。这种结构属于折射率导波结构，目前使用的光纤都属于折射率导波光纤。 另外，舰增益也可以形成波导结构，高功率激光的自聚焦舰很;^號上源于增益波导的形成。 因此可以利用增益波导帝,大模场直径對莫光纤。
发明内容
本发明的目的是Jii共一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤，利用光纤材料的高掺杂和高增 益特性，通过控制增益波导和折射率波导共同作用实现光纤的单模运转。
本发明采用如下技术方案实现该目的 一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤由纤芯、内包 层和外包层构成，纤芯的折射率为N!，内外包层的折射率分别为N2、 N3，且满足关系N^N， N2〉N3，纤芯和内包层间形成一种负折射率结构(不同于目前光纤的折射率波导结构)。
所述纤芯和内包层由单一组分,或多组分软玻璃制成。
所述外包层由单一组分玻璃、多组分软玻璃或高分子塑料制成。
所述内、外包层的横截面是圆形、矩形或D型。
纤芯掺杂浓度大于lxl019ons/cm3的发光离子(，发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或几种的组合体。
本发明的效果是纤芯和包层之间折射率差是负值，不能形成有效折射率导波结构，抑制纤 芯中高阶模的产生，随着泵浦激光功率的增大，纤芯中发光离子被激发，形成激光振荡。纤芯中 的增益改变了折射率在纤芯中的分布。随着增益的增大，由增益产生的折射率为(Aw2=」^g2， 其中义表示激光发射的峰值波长，g表示线性增益系数(cm—'))。由增益折射率和波导折射率共同 作用，在纤芯和内包层间形成波导结构，使激光在纤芯中稳定振荡。在这种结构中，纤芯内的高 阶模式无法形成振荡，最终在光纤中实现大模场直径单模激光输出。
图1为光纤横截面折射率分布和稀土离子分布图，实线表示折射率沿光纤截面的分布，虚线表示稀土离子掺杂浓度沿光纤半径的变化。
图2为光纤横截面折射率分布和稀土离子分布图，实线表示折射率沿光纤截面的分布，虚线 表示稀土离子掺杂浓度沿光纤雜的变化。
具体实施例方式
实施例l:图1为本发明大模场直径双包层单模光纤的横截面折射率分布示意图，光纤的纤芯折射率为Ni，内外包层的折射率分布分别为N2和N3，且满足关系N2N，N2>N3，在纤芯与内包层以及内包层与外包层的界面上折射率阶跃变化。光纤纤芯成分为磷酸盐玻璃，其组成为70P2O5-8Al2O3-15BaO4La2O3-3Nd2O3，其中，Nd"浓度为8.4x1019ions/cm3。稀土离子的掺杂浓度 随纤芯半径方向的变化如图1中虚线所示。光纤的纤芯及内外包层材料可以是磷酸盐玻璃也可以 是其它种类的单一组分玻璃或多组分玻璃或软玻璃制成，外包层还可以由高分子塑料制成。但需 满;￡±面所述的折射率^#，以形成所设计的波导结构。另外还需要满足与纤芯磷酸盐玻璃在热 膨胀系数、软化温度以及拉丝粘度等方面的匹配^[牛，以保证能成功拉制出玻璃光纤。在本实施 例1中，光纤的内夕卜包层均采用磷^玻璃材料，其组成是在纤芯玻璃基础上，M调节BaO和 A1:A的不同含量实现调节折射率的目的。光纤的内外包层横截面形状可以是圆形，也可以是其它 任意形状，比如圆形、矩形、D型，主要由激光泵浦方案确定。在本实施例l，光纤的内外包层横 截面都为圆形结构。 .
通过管棒法将纤芯玻璃和内外包层玻璃制作成光纤预制棒，在光纤拉丝塔上进行光纤拉制， 本实施例1中的光纤拉丝、鹏为69(TC。将拉制的光纤切成长度为7cm的光纤段，方j(A V形槽中 固定，将其两个端面进行研磨抛光，在其中一端镀1.053 ixm高反膜，反射率大于99%，另一端作 为激光输出端，利用端面反射形成激光反馈。)(tff磨、镀膜后的光纤置于带有冷却装置的激光腔 中，通过氤灯对光纤进行侧面泵浦，随着氤灯泵浦能量的提高，在光纤中逐渐形成激光振荡。通对激光输出模式的观察，发现在纤芯直径为100 u m时仍可实现um光输出。
实施例2:图2为本发明大模场直a^包层单模光纤的横截面折射率分布示意图，与实施例l
相近，并且满足关系N么Ni和N^N3。掺杂离子的浓度沿判5方向呈逐渐变化，在纤芯中心处浓
度最高，如图2中虚线所示。这种结构的优点在于由于离子在纤芯和内包层界面处的浓度低，
因此增益系数小，由增益引起的折射率变化小。在光纤中，高阶模式一般分布在光纤纤芯和包层 的界面处，在此区域由于不能形成有效波导结构，进一步抑制了高阶模式的产生。在这种结构中 能实现比实施例1更大模场直径的单模激光输出。
权利要求
1.一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤，由纤芯、内包层和外包层构成，其特征在于，所述纤芯的折射率为N1，所述内包层的折射率为N2，所述外包层的折射率为N3，且满足关系N2≥N1和N2≥N3。
2. 根据权利要求1所述的玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯和内包层由单一组分玻璃或多组分软 玻璃制成。
3. 根据权利要求1所述的玻璃光纤，其特征在于，皿外包层由单一组分玻璃、多组分软玻璃或 高分子塑料制成。
4. 根据权利要求1所述的玻璃光纤，其特征在于，所述内、外包层的横截面是圆形、矩形或D型。
5. 根据权利要求1所述的玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯掺杂发光离子的浓度大于 lxl019ions/cm3。
6. 根据权利要求5所述的玻璃光纤，其特征在于，戶;M发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一 种或几种的组合体。
全文摘要
本发明公开了一种大模场直径负折射率单模玻璃光纤，该玻璃光纤由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯的折射率为N<sub>1</sub>，内外包层的折射率分别为N<sub>2</sub>、N<sub>3</sub>，且满足关系N<sub>2</sub>≥N<sub>1</sub>和N<sub>2</sub>＞N<sub>3</sub>，纤芯掺杂发光离子，发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或几种的组合体，其掺杂浓度要＞1×10<sup>19</sup>ions/cm<sup>3</sup>。本发明的玻璃光纤，由增益折射率和波导折射率共同作用，在纤芯和内包层间形成波导结构，使激光在纤芯中稳定振荡。在光纤中实现大模场直径单模激光输出。
文档编号G02B6/02GK101201429SQ20071003227
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者张勤远, 徐善辉, 杨中民 申请人:华南理工大学