光纤设计方法技术

本发明专利技术涉及的光纤设计方法是在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔的光子晶体光纤的设计方法，所述空孔使在剖面中每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分使中心侧比外侧更大，由光波长、传送距离、及输出功率计算出必要的有效剖面积，并计算出与有效剖面积对应的光纤构造(空孔直径和空孔间隔)。

Optical fiber design method

The optical fiber design method of the present invention is a design method of a plurality of photonic crystal fibers in an optical fiber with a plurality of empty holes along the long side direction. The void makes the void ratio of the empty hole per unit area of the section in the section larger than the outside of the cladding, by the light wavelength and the transmission distance. And the output power is calculated the necessary effective section area, and the optical fiber structure corresponding to the effective section area is calculated.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤设计方法
本专利技术涉及设计能够高功率光传送的光子晶体光纤的光纤设计方法。
技术介绍
随着高输出激光器的发展，广泛采用使用激光的焊接等工业加工的应用。尤其是近年来，开发了输出达到10kW的高输出光纤激光器，希望用于医疗和工业。在此种高输出光纤激光器中，例如非专利文献1所示，通过在数m以下的短尺寸光纤中扩大芯面积，缓解由非线性导致的输出功率限制。此外在激光加工中，射出光的光束质量对加工效率影响较大。由于光束质量很大程度依赖于射出光的模式状态，因此在光纤激光器中使用能够单模传送的光纤。而且如非专利文献2所示，在上述高输出激光器的射出端连接光纤，也应用于远距离的焊接加工。在该情况下，射出端的光束质量受到连接的光纤中高阶模的激励状态的影响。因此，将芯面积大的多模光纤作为传送用光纤来连接，则能够将数kW的高功率光传送数十m以上，但射出端的光束质量降低。为了提高光束质量，需要减少传播模数，但通常在光纤的构造设计中，传播模数的减少和芯面积的扩大之间存在权衡(tradeoff)关系，若欲提高光束质量，则能够传送的功率受到限制。此外如非专利文献3所示，已知：通过使用具有空孔构造的光子晶体光纤，与通过向芯中添加参杂剂而形成折射率分布的通常的光纤相比，能够缓解单模工作区域和芯面积扩大之间的权衡问题。因此对于光子晶体光纤，已知作为通信用途能够降低光通信系统中的非线性效果导致的传输特性劣化。而且，已知专利文献1中通过使用不均匀的空孔配置的光子晶体光纤，与均匀构造相比，能够进一步缓解单模工作区域和芯面积扩大之间的权衡问题。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO2011/093349手册非专利文献非专利文献1：姫野、“高输出激光器的基础和特征”、藤仓(フジクラ)技报、vol.1、pp.1-6、2014年1月非专利文献2：山崎等、“10kW激光传送用8芯长尺寸线缆”、三菱电线工业时报、第105号、pp.24-27、2008年10月非专利文献3：松井等、“关于光子晶体光纤的有效剖面积扩大的讨论”、信学大(信学ソ大)、B-13-21、2008年9月非专利文献4：G.P.Agrawal，“NonlinearFiberOptics”，ACADEMICPRESS.pp.278-279如上述所述，为了在长的传播距离得到高品质且高输出功率，以少的传播模数获得大的芯面积在现有的光纤中是存在权衡关系的，因此存在的问题是：无法得到高输出且高品质的高功率光。而且，在使用光子晶体光纤的情况下，在远超过通信用途的kW级的工业用高功率传送用途中，存在的问题是：权衡改善至什么程度尚不清楚，适合得到高品质且高输出功率的构造设计尚不清楚。
技术实现思路
因此，本专利技术为解决上述问题，目的在于提供一种设计以限制的传播模数得到大的芯面积的光子晶体光纤的光纤设计方法。在本专利技术中，光子晶体光纤的空孔使在剖面中每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分使中心侧比外侧更大，并根据光波长、传送距离、及输出功率计算必要的有效剖面积，并计算与有效剖面积对应的光纤构造(空孔直径和空孔间隔)。具体来说，本专利技术涉及的第一光纤设计方法用于设计光子晶体光纤，该光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔，在剖面中，每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大，全部的所述空孔的间隔为Λ，中心侧的所述空孔的直径d1比外侧的所述空孔的直径d更大，该光纤设计方法包括：规格值确定步骤，确定在光子晶体光纤中传播的光的波长、在光子晶体光纤中传播的光的功率Pth、及光在光子晶体光纤中传播的传播距离L；有效剖面积计算步骤，根据在所述规格值确定步骤中确定的功率Pth及传播距离L、以及拉曼增益系数gR，通过数C5计算光子晶体光纤的有效剖面积Aeff；空孔构造检测步骤，根据光子晶体光纤的空孔直径d和间隔Λ计算Aeff，并在以空孔的间隔Λ为横轴、以中心侧的空孔的直径d1和与该中心侧的空孔的外侧相邻的空孔的直径d之比(d1/d)为纵轴的图表中进行绘制，检测满足由所述有效剖面积计算步骤计算出的Aeff以上的空孔的直径d和间隔Λ；弯折半径确定步骤，确定基本模式能够在光子晶体光纤中传播的允许弯折半径的区域；区域检测步骤，在所述图表中检测任意传播模式不传播的非传播区域、由所述弯折半径确定步骤确定的允许弯折半径的区域、及基于来自激光器激振部的光的功率与传播距离L之积的区域发生重叠的重叠区域；构造确定步骤，将处于所述重叠区域的间隔Λ及比(d1/d)确定为光子晶体光纤的构造，[数C5]为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会使光束质量降低，优选传播模数为3以下。因此，本专利技术涉及的第一光纤设计方法中，光子晶体光纤将在所述区域检测步骤中重叠的所述非传播区域设为LP02模式不传播的区域。此外，为了能够在光子晶体光纤中能够进行光的高功率传送，在本专利技术涉及的第一光纤设计方法中，将在所述区域检测步骤中重叠的基于所述光的功率与传播距离L之积的区域，设为90kW·m的光传播中不会发生由受激拉曼散射导致的输出饱和的区域。本专利技术涉及的第二光纤设计方法用于设计光子晶体光纤，该光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔，在剖面中，每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大，全部的所述空孔的直径为d，中心侧的所述空孔的间隔Λ1比外侧的所述空孔的间隔Λ更小，该光纤设计方法包括：规格值确定步骤，确定在光子晶体光纤中传播的光的波长、在光子晶体光纤中传播的光的功率Pth、及光在光子晶体光纤中传播的传播距离L；有效剖面积计算步骤，根据在所述规格值确定步骤中确定的功率Pth及传播距离L、以及拉曼增益系数gR，通过数C5计算光子晶体光纤的有效剖面积Aeff；空孔构造检测步骤，根据光子晶体光纤的空孔直径d和间隔Λ计算Aeff，并在以与中心侧的空孔的外侧相邻的空孔的间隔Λ为横轴、以空孔的直径d与间隔Λ之比(d/Λ)为纵轴的图表中进行绘制，检测满足由所述有效剖面积计算步骤计算出的Aeff以上的空孔的直径d和间隔Λ；弯折半径确定步骤，确定基本模式能够在光子晶体光纤中传播的允许弯折半径的区域；区域检测步骤，在所述图表中检测任意传播模式不传播的非传播区域、由所述弯折半径确定步骤确定的允许弯折半径的区域、及基于来自激光器激振部的光的功率与传播距离L之积的区域发生重叠的重叠区域；构造确定步骤，将处于所述重叠区域的间隔Λ及比(d/Λ)确定为光子晶体光纤的构造。为了即便来自激光器激振部的入射光与光子晶体光纤的模场径发生不匹配也不会使光束质量降低，优选传播模数为3以下。因此，本专利技术涉及的第二光纤设计方法中，光子晶体光纤将在所述区域检测步骤中重叠的所述非传播区域设为LP02模式不传播的区域。此外，为了能够在光子晶体光纤中能够进行光的高功率传送，在本专利技术涉及的第二光纤设计方法中，将在所述区域检测步骤中重叠的基于所述光的功率与传播距离L之积的区域，设为90kW·m的光传播中不会发生由受激拉曼散射导致的输出饱和的区域。本专利技术涉及的第三光纤设计方法用于设计光子晶体光纤，该光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔，在剖面中，每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤设计方法，用于设计光子晶体光纤，该光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔，在剖面中，每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大，所述光纤设计方法的特征在于，包括：规格值确定步骤，确定在光子晶体光纤中传播的光的波长、在光子晶体光纤中传播的光的功率Pth、及光在光子晶体光纤中传播的传播距离L；有效剖面积计算步骤，根据在所述规格值确定步骤中确定的功率Pth及传播距离L、以及拉曼增益系数gR，通过数C5计算光子晶体光纤的有效剖面积Aeff；空孔构造检测步骤，根据光子晶体光纤的空孔直径d和间隔Λ计算Aeff，并在以空孔的间隔Λ为横轴、以中心侧的空孔的直径d1和与该中心侧的空孔的外侧相邻的空孔的直径d之比(d1/d)或者空孔的直径d与间隔Λ之比(d/Λ)为纵轴的图表中进行绘制，检测满足由所述有效剖面积计算步骤计算出的Aeff以上的空孔的直径d和间隔Λ；弯折半径确定步骤，确定基本模式能够在光子晶体光纤中传播的允许弯折半径的区域；区域检测步骤，在所述图表中检测任意传播模式不传播的非传播区域、由所述弯折半径确定步骤确定的允许弯折半径的区域、及基于来自激光器激振部的光的功率与传播距离L之积的区域发生重叠的重叠区域；构造确定步骤，将处于所述重叠区域的间隔Λ及比(d1/d)或者间隔Λ及比(d/Λ)确定为光子晶体光纤的构造，[数C5]...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.10 JP 2015-2409841.一种光纤设计方法，用于设计光子晶体光纤，该光子晶体光纤在光纤中具有沿长边方向配置的多个空孔，在剖面中，每单位面积的所述空孔的面积即空孔比率在相当于包层的部分的中心侧比外侧更大，所述光纤设计方法的特征在于，包括：规格值确定步骤，确定在光子晶体光纤中传播的光的波长、在光子晶体光纤中传播的光的功率Pth、及光在光子晶体光纤中传播的传播距离L；有效剖面积计算步骤，根据在所述规格值确定步骤中确定的功率Pth及传播距离L、以及拉曼增益系数gR，通过数C5计算光子晶体光纤的有效剖面积Aeff；空孔构造检测步骤，根据光子晶体光纤的空孔直径d和间...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井隆，中岛和秀，辻川恭三，山本文彦，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP