含金屬的光纖結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可避免大功率光束在光纖里傳輸導(dǎo)致的自聚焦現(xiàn)象的光纖結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，在激光武器、材料加工、空間光通訊、遙感、激光雷達(dá)和光電對抗等諸多領(lǐng)域都需要高功率、高質(zhì)量和高亮度的激光束。對于大能量高功率的激光傳輸，對光纖承受的傳輸閾值強(qiáng)度要求也越來越高。
[0003]光纖是一種能夠使光在玻璃或塑料反的物料制成的纖維，以全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗?dǎo)工具。在稀土摻雜激光增益光纖介質(zhì)中，當(dāng)激光強(qiáng)度超過一定水平之后，會誘發(fā)介質(zhì)中的克爾效應(yīng)，即介質(zhì)的折射率與光強(qiáng)成線性關(guān)系，此線性比例系數(shù)由非線性折射率系數(shù)表征。由于實(shí)際應(yīng)用中通常采用基模光場分布，近似高斯分布，在非線性折射率系數(shù)為正的材料中，中心光強(qiáng)大的區(qū)域感受的折射率較大，周圍光強(qiáng)小的區(qū)域感受的折射率較小，由此導(dǎo)致光束向中心光軸匯聚，當(dāng)此匯聚效應(yīng)超過光束的衍射效應(yīng)時，即發(fā)生自聚焦，導(dǎo)致焦點(diǎn)處光強(qiáng)極大，從而誘發(fā)材料的光損傷。在光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，光纖的自聚焦閾值功率限制了在光纖激光放大器中獲得更高的沖峰值功率和能量。
[0004]傳統(tǒng)的光纖結(jié)構(gòu)如圖1所示，光纖傳輸?shù)拇蟛糠帜芰糠植荚诶w芯內(nèi)，光纖的損傷閾值低。光纖的自聚焦效應(yīng)使得傳統(tǒng)的光纖激光放大能力受限。近些年涌現(xiàn)出的光子晶體光纖(如圖2，左圖為實(shí)心光子晶體光纖，右圖是空心光子晶體光纖)采用大模場面積，使得光纖的損傷閾值有了提高，但光子晶體光纖不易彎曲、成本高、制作工藝也較為復(fù)雜。其中，專利CN 102207580 A:防自聚焦損傷的激光放大光纖，采用空芯光纖和增益光纖的方案。專利CN 102289031 A:提高光纖自聚焦閾值功率的方法及光纖，采用使光纖的摻雜纖芯的摻雜濃度由中心向外遞增。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，在光纖的纖芯里埋入一根金屬芯，位于中心或偏心，該結(jié)構(gòu)適用于普通光纖、雙包層光纖、光子晶體光纖，實(shí)心和空心光纖均。金屬芯使得光纖中光束向中心光軸匯聚時，損耗增大，從而破壞了自聚焦產(chǎn)生的條件，因此可避免大功率光束在光纖里傳輸導(dǎo)致的自聚焦現(xiàn)象，從而避免光纖的損傷。
[0006]本發(fā)明能夠提高增益光纖的自聚焦閾值功率，減少對材料的光損傷，提高單纖激光系統(tǒng)的放大能力。同時金屬芯還可以傳輸電信號，進(jìn)行信號傳輸、以及進(jìn)行溫度傳導(dǎo)監(jiān)控等。當(dāng)光纖發(fā)生斷裂時，金屬芯傳輸信號中斷，可判斷光纖不能正常工作。
【附圖說明】
[0007]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0008]圖1是傳統(tǒng)的光纖結(jié)構(gòu)；
[0009]圖2是光子晶體光纖的橫截面(左圖為實(shí)心光子晶體光纖，右圖是空心光子晶體光纖)；
[0010]圖3本發(fā)明的光纖結(jié)構(gòu)(金屬芯位于纖芯的中心位置)；
[0011]圖4本發(fā)明的光纖結(jié)構(gòu)(金屬芯位于纖芯的偏心位置)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提出一種新型光纖結(jié)構(gòu)，在光纖的纖芯里埋入一根金屬芯，位于中心或偏心(如圖3和圖4所示)。該結(jié)構(gòu)適用于普通光纖、雙包層光纖、光子晶體光纖，實(shí)心和空心光纖均。金屬芯使得光纖中光束向中心光軸匯聚時，損耗增大，從而破壞了自聚焦產(chǎn)生的條件，因此可避免大功率光束在光纖里傳輸導(dǎo)致的自聚焦現(xiàn)象，從而避免光纖的損傷。
[0013]光纖一般的材質(zhì)為玻璃、石英、塑料或者復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)為圖1所示。光纖的典型結(jié)構(gòu)是一種細(xì)長多層同軸圓柱形實(shí)體復(fù)合纖維。自內(nèi)向外為:纖芯(芯層包層涂覆層(被覆層)。核心部分為纖芯和包層，二者共同構(gòu)成介質(zhì)光波導(dǎo)，形成對光信號的傳導(dǎo)和約束，實(shí)現(xiàn)光的傳輸。涂覆層又主要對裸光纖提供機(jī)械保護(hù)。光纖的纖芯主要由具有高折射率(nl)的導(dǎo)光材料制成，如=S12光纖芯層材料多為S12—Ge02。它的作用是傳導(dǎo)光，使光信號在芯層內(nèi)部沿軸向向前傳輸；光纖的包層由低折射率(n2)導(dǎo)光材料制成(折射率較纖芯低)，如=S12光纖包層材料多為S12-B2O3或Si02-P205。它的作用是約束光。由于纖芯和包層的折射率，滿足nl >n2光傳導(dǎo)條件，光波在芯包界面上可發(fā)生全反射，使大部分的光能量被阻止在芯層中，從而導(dǎo)致光信號沿芯層軸向向前傳輸。
[0014]金屬芯的材質(zhì)為:單一金屬材料或者合金，如金、銀、銅、鋁或其合金等，其直徑小于光纖纖芯的直徑。
[0015]金屬芯位于光纖纖芯，會破壞其原先的光場分布，使靠近纖芯的光場能量衰減，達(dá)到破壞自聚焦產(chǎn)生條件的目的。金屬芯越粗，破壞自聚焦的效果越好，但缺點(diǎn)是會大大降低光纖中傳輸?shù)哪芰?，所以要根?jù)具體使用情況選擇金屬芯的粗細(xì)。
[0016]本發(fā)明能夠提高增益光纖的自聚焦閾值功率，減少對材料的光損傷，提高單纖激光系統(tǒng)的放大能力。同時金屬芯還可以傳輸電信號，進(jìn)行信號傳輸、以及進(jìn)行溫度傳導(dǎo)監(jiān)控等。當(dāng)光纖發(fā)生斷裂時，金屬芯傳輸信號中斷，可判斷光纖不能正常工作。
[0017]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，包括涂覆層、包層、纖芯、纖芯內(nèi)的金屬芯，該金屬芯的材質(zhì)為:單一元素的金屬或者合金。2.如權(quán)利要求1所述的含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述金屬芯為金、銀、銅、鋁或其合金。3.如權(quán)利要求1所述的含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述金屬芯位于光纖的中心或偏心位置。4.如權(quán)利要求1所述的含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述光纖為普通光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖，以及實(shí)心或空心光纖。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含金屬的光纖結(jié)構(gòu)，在光纖的纖芯里埋入一恨金屬芯，位于中心或偏心，該結(jié)構(gòu)適用于普通光纖、雙包層光纖、光子晶體光纖，實(shí)心和空心光纖均適用。本發(fā)明能夠提高增益光纖的自聚焦閾值功率，減少對材料的光損傷，提高單纖激光系統(tǒng)的放大能力。
【IPC分類】G02B6/02, G02B6/036
【公開號】CN105068179
【申請?zhí)枴緾N201510547206
【發(fā)明人】林學(xué)春, 楊盈瑩, 王麗榮, 趙亞平, 汪楠, 劉燕楠
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月31日