专利名称：多芯光纤可控主动耦合方法
技术领域：
本发明涉及一种多芯光纤可控主动耦合方法，属于光纤激光器、特种光纤领域。
背景技术：
光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等 领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过lkW的单模激光， 而且实现这种激光需要严格的条件，难以工程应用；但是随着激光技术应用的发展，以及 材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量、高强 度和超亮度的激光，要求单模输出功率达到丽甚至GW量级。仅仅采用单模有源纤芯的 双包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于10ym，受到非线性、结构因素和 衍射极限的限制，承受的光功率密度有限，单模有源光纤激光器纤芯连续波损坏阈值约为 1W/ u m2[J. Nilsson， J. K. Sahu， Y. Jeong， W. A. Clarkson， R. Selvas， A. B. Grudinin， andS. U.Alam，"High Power Fiber Lasers :New Developments",Proceedings of SPIEVol. 4974， 50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光 学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道， 铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[J.Nilsson， S. U. Alam， J. A. Alvarez-Chavez, P. W. Turner, W. A. Clarkson， andA. B. Grudinin， ，， High-power and tunable operation of erbium-ytterbium co_dopedcladding_pumped fiber laser", IEEE J.Quantum Electron. 39， 987-994(2003)]。 采用多芯光纤的光纤激光器实现单模输出，已经得到实验证实。文献中采用的多 芯光纤有效模场面积达到465 m2，比普通单模光纤模场面积大得多，因此这种采用多芯光 纤的激光器能输出比采用单模光纤的激光器更高的功率。[Vogel，Moritz M， Abdou-Ahmed， Marwan， Voss， Andreas, Graf， Thomas,''Very-large-mode-area, single-mode multicore fiber", Opt. Lett. 34 (18) ， 2876-2878 (2009)]。然而这种单模激光器采用的多芯光纤，对光 纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离得精确的设计，对光纤纤芯的芯径一致性要求高， 对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离的容许误差小，批量生产成品率低。 一旦多芯 光纤设计完成了，光纤纤芯之间的耦合将无法改变与控制，若各光纤纤芯的芯径以及相邻 纤芯之间的距离超过容许误差，这种多芯光纤不满足输出单模激光的条件。
发明内容
为了克服已有多芯光纤对光纤纤芯的芯径以及相邻纤芯之间的距离的容许误差 小，批量生产成品率低以及光纤纤芯之间的耦合区耦合量无法改变与控制等弱点，本发明 了一种多芯光纤主动可控耦合利记博彩app，降低了多芯光纤的设计要求。
本发明通过以下技术方案来实现 多芯光纤主动可控耦合方法，采用紫外激光器或二氧化碳激光器或飞秒激光器或 这些激光器阵列曝光，改变多芯光纤内纤芯之间耦合区的折射率，实现主动增强或减弱多芯光纤内纤芯之间的耦合。 多芯光纤纤芯之间主动增强的耦合区折射率大于曝光前耦合区的折射率。 多芯光纤纤芯之间主动减弱的耦合区折射率小于曝光前耦合区的折射率。 本发明的有益效果具体如下采用多芯光纤主动可控耦合方法，能改变多芯光纤
内纤芯之间的耦合量，降低了多芯光纤的设计要求，具有容易满足多芯光纤单模输出、多芯
光纤相干组束及光开关等应用要求的优点。
图1采用可控主动耦合方法的双芯光纤截面图。 图2图1的A-A示图。 图3采用可控主动耦合方法的三芯光纤截面图。 图4图3的B-B示图。 图5图3的C-C示图。 图6采用可控主动耦合方法的六芯光纤截面图。 图7图6的D-D示图。 图8采用可控主动耦合方法的九芯光纤截面图。 图9图8的E-E示图。 图10图8的F-F示图。 图11图8的G-G示图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一 采用两个纤芯的可控主动耦合方法，如图1、2所示。图1中，内包层2的折射率大 于外包层1的折射率，但小于两芯光纤内的第一纤芯3与第二纤芯4的折射率。第一纤芯 3与第二纤芯4的截面均为圆形。 第一纤芯3与第二纤芯4两个纤芯的可控主动耦合采用紫外激光器曝光的方法， 改变第一纤芯3与第二纤芯4之间耦合区的折射率，实现主动增强第一纤芯3与第二纤芯4 的耦合，使得第一纤芯3与第二纤芯4之间的第一耦合区341与第二耦合区342的折射率 大于曝光前相应耦合区的折射率。
实施例二 采用三个纤芯的可控主动耦合方法，如图3、图4与图5所示。图3中内包层2的 折射率大于外包层1的折射率，但小于三芯光纤内的第三纤芯5、第四纤芯6与第五纤芯7 的折射率。第三纤芯5与第四纤芯6的截面均为圆形，第五纤芯7的截面均为椭圆形。
如图4所示，第三纤芯5与第四纤芯6两个纤芯的可控主动耦合采用二氧化碳激 光器曝光的方法，改变第三纤芯5与第四纤芯6之间耦合区的折射率，实现主动减弱第一纤 芯3与第二纤芯4的耦合，使得第三纤芯5与第四纤芯6之间的第三耦合区561的折射率 小于曝光前相应耦合区的折射率。 如图5所示，第四纤芯6与第五纤芯7两个纤芯的可控主动耦合采用二氧化碳激光器曝光的方法，改变第四纤芯6与第五纤芯7之间耦合区的折射率，实现主动增强第四纤 芯6与第五纤芯7的耦合，使得第四纤芯6与第五纤芯7之间的第四耦合区671、第五耦合 区672与第六耦合区673的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。
实施例三 采用六个纤芯的可控主动耦合方法，如图6与图7所示。图6中内包层2的折射率 大于外包层1的折射率，但小于六芯光纤内的第六纤芯8、第七纤芯9、第八纤芯10、第九纤 芯11、第十纤芯12与第十一纤芯13的折射率。第六纤芯8、第八纤芯10、第九纤芯11与第 十纤芯12的截面均为圆形，第七纤芯9的截面为椭圆形，第十一纤芯13的截面为长方形。
如图7所示，第六纤芯8与第七纤芯9两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒激光器 曝光的方法，改变第六纤芯8与第七纤芯9之间耦合区的折射率，实现主动增强第六纤芯8 与第七纤芯9的耦合，使得第六纤芯8与第七纤芯9之间的第七耦合区89的折射率大于曝 光前相应耦合区的折射率。 如图7所示，第七纤芯9与第八纤芯10两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒激光器 曝光的方法，改变第七纤芯9与第八纤芯IO之间耦合区的折射率，实现主动增强第七纤芯9 与第八纤芯10的耦合，使得第七纤芯9与第八纤芯10之间的第八耦合区910的折射率大 于曝光前相应耦合区的折射率。 如图7所示，第八纤芯10与第九纤芯11两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒激光 器曝光的方法，改变第八纤芯10与第九纤芯11之间耦合区的折射率，实现主动增强第八纤 芯10与第九纤芯11的耦合，使得第八纤芯10与第九纤芯11之间的第九耦合区1011的折 射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图7所示，第九纤芯11与第十纤芯12两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒激光 器曝光的方法，改变第九纤芯11与第十纤芯12之间耦合区的折射率，实现主动增强第九纤 芯11与第十纤芯12的耦合，使得第九纤芯11与第十纤芯12之间的第十耦合区1112的折 射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图7所示，第十纤芯12与第十一纤芯13两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒激 光器曝光的方法，改变第十纤芯12与第十一纤芯13之间耦合区的折射率，实现主动增强第 十纤芯12与第十一纤芯13的耦合，使得第十纤芯12与第十一纤芯13之间的第十一耦合 区1213的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。
实施例四 采用九个纤芯的可控主动耦合方法，如图8、图9、图IO与图ll所示。图8中内包 层2的折射率大于外包层1的折射率，但小于九芯光纤内的第十二纤芯14、第十三纤芯15、 第十四纤芯16、第十五纤芯17、第十六纤芯18、第十七纤芯19、第十八纤芯20、第十九纤芯 21与第二十纤芯22的折射率。第十二纤芯14、第十四纤芯16、第十五纤芯17、第十六纤芯 18、第十八纤芯20与第十九纤芯21的截面均为圆形，第十三纤芯15与第十七纤芯19的截 面均为椭圆形，第二十纤芯22的截面为长方形。 如图9所示，第十二纤芯14与第十三纤芯15两个纤芯的可控主动耦合采用紫外 激光器阵列曝光的方法，改变第十二纤芯14与第十三纤芯15之间耦合区的折射率，实现主 动增强第十二纤芯14与第十三纤芯15的耦合，使得第十二纤芯14与第十三纤芯15之间 的第十二耦合区1415的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。
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如图9所示，第十三纤芯15与第十四纤芯16两个纤芯的可控主动耦合采用紫外 激光器阵列曝光的方法，改变第十三纤芯15与第十四纤芯16之间耦合区的折射率，实现主 动增强第十三纤芯15与第十四纤芯16的耦合，使得第十三纤芯15与第十四纤芯16之间 的第十三耦合区1516的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图9所示，第十四纤芯16与第十五纤芯17两个纤芯的可控主动耦合采用紫外 激光器阵列曝光的方法，改变第十四纤芯16与第十五纤芯17之间耦合区的折射率，实现主 动增强第十四纤芯16与第十五纤芯17的耦合，使得第十四纤芯16与第十五纤芯17之间 的第十四耦合区1617的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图9所示，第十五纤芯17与第十六纤芯18两个纤芯的可控主动耦合采用紫外 激光器阵列曝光的方法，改变第十五纤芯17与第十六纤芯18之间耦合区的折射率，实现主 动增强第十五纤芯17与第十六纤芯18的耦合，使得第十五纤芯17与第十六纤芯18之间 的第十五耦合区1718的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图10所示，第十七纤芯19与第十八纤芯20两个纤芯的可控主动耦合采用二氧 化碳激光器阵列曝光的方法，改变第十七纤芯19与第十八纤芯20之间耦合区的折射率，实 现主动增强第十七纤芯19与第十八纤芯20的耦合，使得第十七纤芯19与第十八纤芯20 之间的第十六耦合区19201与第十七耦合区19202的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。 如图10所示，第十八纤芯20与第十九纤芯21两个纤芯的可控主动耦合采用二氧 化碳激光器阵列曝光的方法，改变第十八纤芯20与第十九纤芯21之间耦合区的折射率，实 现主动增强第十八纤芯20与第十九纤芯21的耦合，使得第十八纤芯20与第十九纤芯21 之间的第十八耦合区2021的折射率大于曝光前相应耦合区的折射率。
如图10所示，第十九纤芯21与第二十纤芯22两个纤芯的可控主动耦合采用二氧 化碳激光器阵列曝光的方法，改变第十九纤芯21与第二十纤芯22之间耦合区的折射率，实 现主动减弱第十九纤芯21与第二十纤芯22的耦合，使得第十九纤芯21与第二十纤芯22 之间的第十九耦合区2122的折射率小于曝光前相应耦合区的折射率。
如图11所示，第十五纤芯17与第十九纤芯21两个纤芯的可控主动耦合采用飞秒 激光器阵列曝光的方法，改变第十五纤芯17与第十九纤芯21之间耦合区的折射率，实现主 动减弱第十五纤芯17与第十九纤芯21的耦合，使得第十五纤芯17与第十九纤芯21之间 的第二十17211、第二十一耦合区17212与第二十二耦合区17213的的折射率小于曝光前相 应耦合区的折射率。
权利要求
一种多芯光纤主动可控耦合方法，其特征在于，采用紫外激光器或二氧化碳激光器或飞秒激光器或这些激光器阵列曝光，改变多芯光纤内纤芯之间耦合区的折射率，实现主动增强或减弱多芯光纤内纤芯之间的耦合。
2. 根据权利要求1所述的一种多芯光纤主动可控耦合方法，其特征为多芯光纤内纤 芯之间主动增强的耦合区折射率大于曝光前耦合区的折射率。
3. 根据权利要求1所述的一种多芯光纤主动可控耦合方法，其特征为多芯光纤内纤 芯之间主动减弱的耦合区折射率小于曝光前耦合区的折射率。
全文摘要
一种多芯光纤主动可控耦合方法，属于光纤激光器、特种光纤领域。该主动可控耦合方法采用紫外激光器或二氧化碳激光器或飞秒激光器或这些激光器阵列曝光，改变多芯光纤内纤芯之间耦合区的折射率，实现主动增强或减弱多芯光纤内纤芯之间的耦合。多芯光纤内纤芯之间主动增强的耦合区折射率大于曝光前耦合区的折射率。多芯光纤内纤芯之间主动减弱的耦合区折射率小于曝光前耦合区的折射率。采用多芯光纤主动可控耦合方法，能改变多芯光纤内纤芯之间的耦合量，降低了多芯光纤的设计要求，具有容易满足多芯光纤单模输出、多芯光纤相干组束及光开关等应用要求的优点。
文档编号H01S3/06GK101750675SQ20101003363
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月4日 优先权日2010年1月4日
发明者周倩, 宁提纲, 张帆, 李晶, 胡旭东, 裴丽, 谭中伟 申请人:北京交通大学