本发明专利技术涉及光纤通信领域，具体涉及具有大模场、单模传输特性的微结构光纤。所说的微结构光纤，包括纤芯和包层，包层由外包层（２）、扇形孔（３）和支撑条（４）组成；纤芯（１）是圆形的，纤芯（１）和外包层（２）之间沿光纤径向、纤芯（１）周缘设有３根宽度相同的支撑条（４），使纤芯（１）和外包层（２）之间形成３个扇形孔（３），相邻两个支撑条（４）过纤芯圆心的夹角为１２０度，光纤横截面具有１２０度旋转对称性，纤芯（１）、外包层（２）和支撑条（４）的折射率相同，扇形孔（３）的折射率低于纤芯（１）的折射率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信领域，具体涉及具有大模场、单模传输特性的微结构光纤。
技术介绍
大模场光纤在高功率光纤激光器、放大器，以及强激光传输中有着重要的应用。由光纤理论，要保证光纤是单模传输，对于阶跃折射率光纤来说，必须满足光纤的归一化频率V小于2.405，这里^^^/^，a为纤芯半径，A为光波长，ne， nb分别为纤芯与包层的折射率。因此，要实现单模传输，在增大纤芯半径以增大光纤模场面积的同时，必须减小纤芯和包层的折射率差。由于工艺的限制，纤芯与包层的折射率差很难做得很小。同时，纤芯与包层折射率差的降低，也使得光纤的弯曲损耗增大，从而使得光纤的适用性变差。因此传统光纤很难获得大的模场面积。 由于光子晶体光纤可以实现无休止单模传输，因此，采用光子晶体光纤结构可以实现大模场单模传输。光子晶体光纤的纤芯直径可达100 i！ m，但同样的，是以降低纤芯与包层的折射率差为代价的，因此，轻微的弯曲就可能导致光无法在光纤中传输。人们还提出了采用具有高折射率差的多模光纤实现大模场传输，其方法是将输入光通过光纤光栅转换为某一高阶模，再利用高阶模模场面积较大的特点，实现等效的单模传输，但这种方法需要在光纤两端刻制光纤光栅，工艺复杂，同时由于光栅转换效率的限制，光纤并非是完全单模传输的。还有人提出了基于六个空气孔环绕纤芯的大模场光纤，这种结构利用光纤中高阶模损耗较高而光纤基模损耗较低的特点，再通过将光纤弯曲的方法，可以进一步增大光纤基模与高阶模的损耗差，从而有效地去除高阶模。但这种光纤实际上并非真正的单模光纤。 本专利技术提出一种新型的微结构光纤，可以保证光纤基模具有低的损耗，从而在保证光纤单模传输的前提下，还具有大模场面积的特点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种新型大模场光纤。这种光纤由基质材料和扇形孔所组成，其中孔中还可以填充低折射率材料。扇形孔共有3个，孔与孔之间由均匀宽度的矩形基质材料(支撑条)组成，支撑条的数量也为3，且各支撑条形状相同，扇形孔形状也都相同，即光纤具有120度旋转对称性。由于纤芯折射率大于由扇形孔和支撑条所组成的包层的等效折射率，因此，这种光纤是一种基于全内反射原理的折射率引导光纤。 —种微结构光纤，包括纤芯和包层，包层由外包层2、扇形孔3和支撑条4组成；纤芯(1)是圆形的，纤芯1和外包层2之间沿光纤径向、纤芯1周缘设有3根宽度相同的支撑条4，使纤芯l和外包层之间形成3个扇形孔3，相邻两个支撑条过纤芯圆心的夹角为120度，光纤横截面具有120度旋转对称性，纤芯1、外包层2和支撑条4的折射率相同，扇形孔3的折射率低于纤芯1的折射率。 上述所说微结构光纤，其中支撑条宽度W^ IOA， A为传输的光波长。光纤纤芯半径R与支撑条宽度W的大小关系为W^ R且W《^R。纤芯半径R〉10A， A为传 输的光波长。扇形孔3的半径F要求为F^3R且F《10R。孔折射率与纤芯射率之差 An > 0008。 这里扇形孔半径F指扇形外圆的半径，即从纤芯中心到扇形孔与外包层的交界处 的距离。 支撑条除有具有保证光纤形成稳定结构外，最主要的作用是将高阶模从纤芯引导 到支撑条或外包层中，从而使高阶模无法在光纤中传输。由于支撑条的折射率与外包层折 射率相同，因此，当高阶模的模场被引导到支撑条时，光就很容易从外包层泄露出去，从而 达到了滤除高阶模的效果。由于支撑条越宽，光纤的基模损耗也会增大，因此，支撑条宽度 加宽的同时，扇形的半径也应该增大。 为了保证光纤单模传输，支撑条必须足够宽，其宽度W与纤芯半径R应该有 W^R。同时，纤芯半径越大，则W值也应越大。由于支撑条过宽会导致支撑条之间的重叠， 从而实际上使得扇形孔半径的减小并导致纤芯半径增大，为明确纤芯半径R、支撑条宽度W 和扇形孔半径F之间的关系，支撑条宽度W应有W《^R。 为减少基模传输损耗，纤芯要足够大，从而避免光向支撑条区的转移。因此，纤芯 半径半径R应大于IOA， A为传输的光波长。 由于不同数量的支撑条对应的高阶模是不同的，采用4个以及更多根支撑条时， 将出现纤芯中有的高阶模无法被完全衰减的情况，因此，支撑条数量应为3。 为保证光纤基模以及光纤的弯曲损耗较小，扇形孔的半径应足够大，扇形孔半径 也不可过大，否则会导致高阶模泄露不够。因此扇形孔半径F与纤芯半径R的关系应为 F > 3R，且F《IOR。 由于孔折射率与纤芯折射率相差过小时会导致光纤基模无法被束缚，从而导致传 输损耗过大，因此，孔折射率与纤芯折射率之差An应有An > 0.0008。理论上，纤芯半径 越大，则光越容易集中在纤芯，因而A值可以越小。 光纤除了可以采用单一材料，即光纤由基质材料和扇形空气孔组成外，孔中还可 以填充折射率低于基质材料的固态或液态、气态材料。例如基质材料可由纯石英组成，扇形 孔由掺氟的石英所组成。基质材料也可以为多组分玻璃、聚合物材料等。由于这种光纤的 纤芯半径可以达到光波长的几十甚至上百倍以上，因此，基质材料采用有机聚合物时，利用 聚合物材料的柔软性，可以使光纤在包层直径较大时仍然能够具有较好的弯曲性能。 本专利技术采用低折射率孔束缚纤芯中的基模，同时通过足够宽的支撑条使高阶模无 法集中在纤芯，而被引导到支撑条区域，最后被泄漏掉，从而实现单模传输的目的。同时，由 于光纤具有类似于渐变折射率变化的包层。因此，光纤可以在孔与纤芯(基质材料)的折射 率差较大的同时，还可以保证光纤单模传输，从而使光纤具有低的传输损耗。同时，纤芯是 圆形的，使光纤基模具有类似圆对称的场分布，有利于这种光纤与其它圆对称光纤的连接。 这种光纤是一种真正意义上的单模、大模场光纤。附图说明 图1为本专利技术的一种实施例的横截面示意图 图2为图1所示实施例在无支撑条时的横截面示意图 图3为不同支撑条宽度下高阶模的场分布情况(a)支撑条宽与纤芯半径之比W/ R = 0. 2时的LPQ1模分布；(b)支撑条宽与纤芯半径之比W/R = 1时的LPQ1模分布 图4为图1所示实施例沿光纤径向的等效折射率分布示意图 其中，I-纤芯；2-外包层；3-扇形孔；4_支撑条。 具体实施例方式下面结合附图说明其原理。图l给出了一种扇形结构光纤的横截面示意图。圆形 的纤芯1被扇形的孔3所包围，由3根支撑条4形成稳定结构。即其实际上相当于由高折 射率的纤芯和低折射率的圆环组成，纤芯1与外包层2之间通过支撑条4连接，即在如图2 所示结构的基础上再加上3根支撑条4。低折射率孔起束缚光纤中基模的作用。而支撑条4 除了起支撑作用外，最主要的还是将高阶模从纤芯1引导到支撑条4，最后从外包层2泄露 出去，因此支撑条4的宽度要足够宽，以保证光纤中的高阶模都无法在纤芯1中存在。如图 3所示，给出了不同支撑条宽度时光纤的高阶模情况。可见支撑条宽度足够宽时，高阶模将 被引导到支撑条区，最后通过外包层泄漏出去，从而无法传输。由于不管支撑条宽度如何， 光纤基模能量主要还是集中在纤芯中心。因此，支撑条的增宽，只会导致光纤基模损耗的增 大，但不会使光纤基模转移到支撑条中去。虽然支撑条相对纤芯半径而言其宽度较宽，但由 于支撑条宽度是不变的，所以从径向看，越向外，孔在整个圆周中占的比例越高，因此，孔对 基模的束缚也就越强，从而可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微结构光纤，包括纤芯和包层，其特征在于：包层由外包层（２）、扇形孔（３）和支撑条（４）组成；纤芯（１）是圆形的，纤芯（１）和外包层（２）之间沿光纤径向、纤芯（１）周缘设有３根宽度相同的支撑条（４），使纤芯（１）和外包层（２）之间形成３个扇形孔（３），相邻两个支撑条（４）过纤芯圆心的夹角为１２０度，光纤横截面具有１２０度旋转对称性，纤芯（１）、外包层（２）和支撑条（４）的折射率相同，扇形孔（３）的折射率低于纤芯（１）的折射率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明阳，张永康，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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