本發(fā)明涉及一種光纖，更具體地說，它涉及一種泄漏通道型光纖及其生產方法。

背景技術：

隨著大功率單模光纖激光器和放大器開始應用于科學研究、國防、工業(yè)、醫(yī)療等領域，對其需求越來越迫切。為了加快大功率單模光纖激光源在這些領域中應用和推廣，要求光纖激光源具有更高的輸出功率、更好的光束質量和更低的成本。但是，非線性現(xiàn)象和模式不穩(wěn)定現(xiàn)象成為了制約光纖激光源功率提升和光束質量優(yōu)化的限制因素。而通過模場面積擴展和單模操作可以抑制這些不利因素。

近些年來，研究人員已經(jīng)設計和實現(xiàn)了許多大模場面積光纖，但是大部分的大模場面積光纖或多或少都有一定的缺點，比如結構復雜、制造難度大、彎曲特性差等，使得這些光纖在實際應用推廣中受到限制?；趥鹘y(tǒng)的光纖制造技術生產的階躍型折射率分布光纖的數(shù)值孔徑難以小于0.06，在保證其高階模式抑制能力滿足應用要求的前提下，其彎曲時最大的模場面積約為370μm²；國外研究機構新近利用改進的光纖制造技術可以實現(xiàn)超低數(shù)值孔徑光纖，其數(shù)值孔徑可低至0.038，在彎曲時可以實現(xiàn)750μm²的模場面積，但是制造工藝掌握在國外少數(shù)研究機構，難以學習推廣。摒棄階躍型折射率分布，采用全新的導光機制，可實現(xiàn)在擴大模場面積的同時獲得單模輸出，例如：光子帶隙光纖(photonicbandgapfiber，pbgf)、光子晶體光纖(photoniccrystalfiber，pcf)、泄漏通道型光纖(leakagechannelfiber，lcf)、和螺旋芯光纖(chirally-coupled-corefiber，cccf)等。這類光纖具有很大的模場面積和很好的高階模式抑制能力，但是此類光纖制造工藝復雜，需要精確的堆棒和拉絲工藝。

近年來提出的低折射率多層溝壑型光纖(mtf)具有易于制造和很好的高階模式抑制能力，但在彎曲的情況下模場面積較小。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種泄漏通道型光纖及其生產方法，該光纖在彎曲的情況下具有大有效模場面積和單模工作，可以實現(xiàn)很好的高階模式抑制能力。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種泄漏通道型光纖，包括纖芯、包覆在所述纖芯上的溝壑層組及外包層，所述溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間夾持有緩沖折射層；所述外溝壑層包括繞所述纖芯的周向均勻分布的三個單溝壑體，相鄰所述單溝壑體之間存在泄漏通道，所述泄漏通道填充滿有通道折射體；所述外包層的折射率、所述緩沖折射層的折射率、所述纖芯的折射率及所述通道折射體的折射率均大于所述溝壑層組的折射率。

進一步設置為：所述外溝壑層的數(shù)量不小于兩層，相鄰所述外溝壑層之間夾持有所述緩沖折射層。

進一步設置為：所述外包層的折射率與所述溝壑層組的折射率差值大于0.001。

進一步設置為：所述緩沖折射層的折射率與所述外包層的折射率差值的變化范圍的絕對值小于0.001。

進一步設置為：所述纖芯的折射率與外包層的折射率差值的變化范圍的絕對值小于0.0005。

進一步設置為：所述通道折射體的折射率與外包層的折射率相同。

進一步設置為：所述通道折射體選用與所述外包層相同的材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種泄漏通道型光纖的生產方法，所述方法包括：

制取預制棒，所述預制棒包括芯子層、溝壑層組、緩沖折射層及外包層，其中，溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述內溝壑層包覆于所述芯子層的外周，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間夾持有緩沖折射層，所述外包層位于最外側；沿所述預制棒的長度方向在所述預制棒上等間隔的開槽以打斷所述外溝壑層，形成至少兩個單溝壑體及相鄰所述單溝壑體之間的泄漏通道；在所述泄漏通道中填充滿有通道折射體，所述通道折射率的折射率等于所述外包層的通道折射率；通過光纖拉絲工藝將填充滿所述通道折射體的預制棒拉制成光纖。

進一步設置為，所述外溝壑層的數(shù)目設為至少兩層，相鄰所述外溝壑層之間夾持有所述緩沖折射層。

進一步設置為，所述沿所述預制棒的長度方向在所述預制棒上等間隔的開槽以打斷所述外溝壑層，形成至少兩個單溝壑體，包括利用激光鉆孔、超聲波鉆孔或機械鉆孔在所述預制棒上開槽以打斷所述外溝壑層，形成三個單溝壑體。

本發(fā)明提供一種泄漏通道型光纖及其生產方法，利用泄漏通道改善高階模式抑制能力，該光纖在彎曲時，模場面積突破原有設計的限制，彎曲半徑為20cm，傳輸光的波長為1.05μm，纖芯直徑為50μm時，模場面積為920μm²，并且具有很好的高階模式抑制能力，利用3個泄漏通道，可實現(xiàn)彎曲方向在±10°范圍內具有很好的高階模式抑制能力。具體的，本發(fā)明提供一種泄漏通道型光纖實現(xiàn)了單模運行、模場面積擴展、彎曲抵抗等特性。在較大的結構參數(shù)、彎曲角度和彎曲半徑等參數(shù)范圍內，實現(xiàn)了高階模式損耗與基模損耗比大于50。而且，一方面，本發(fā)明提供一種泄漏通道型光纖以類似于mtf實現(xiàn)抑制高階模式的原理，利用低折射率的溝壑層組之間形成的諧振效應，或者理解為利用纖芯中的高階模式和與其折射率相匹配的包層泄漏模式的耦合，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制；另一方面，本發(fā)明提供一種泄漏通道型光纖的結構利用泄漏通道對高階模式的泄漏效果要大于對基模的泄漏，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制，而且具有較大的模場面積。

附圖說明

圖1為本發(fā)明泄漏通道型光纖橫截面的結構示意圖，其中，只包括一層外溝壑層；

圖2為本發(fā)明泄漏通道型光纖橫截面的結構示意圖，其中，只包括兩層外溝壑層；

圖3為圖2中本發(fā)明泄漏通道型光纖在aa’線上的折射率分布曲線；

圖4為圖2中本發(fā)明泄漏通道型光纖在bb’線上的折射率分布曲線；

圖5為本發(fā)明泄漏通道型光纖制造過程的簡要示意圖。

圖中：11、纖芯；12、溝壑層組；121、內溝壑層；122、外溝壑層；1221、單溝壑體；13、緩沖折射層；14、通道折射體；141、泄漏通道；21、外包層。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

一種泄漏通道型光纖，包括纖芯、包覆在所述纖芯上的溝壑層組及外包層，所述溝壑層組為低折射率層，所述溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間沉積有緩沖折射層，若外溝壑層具有至少兩層，則相鄰外溝壑層之間也沉積有緩沖折射層；所述外溝壑層包括繞所述纖芯的周向均勻分布的三個單溝壑體，相鄰所述單溝壑體之間存在泄漏通道，所述泄漏通道填充滿有通道折射體；外包層的折射率、緩沖折射層的折射率、所述纖芯的折射率及所述通道折射體的折射率均大于所述溝壑層組的折射率。

為了便于理解本發(fā)明實施例，對本發(fā)明第一實施例提供的一種泄漏通道型光纖。

第一實施例：

本發(fā)明第一實施例提供一種泄漏通道型光纖，包括纖芯、包覆在所述纖芯上的溝壑層組及外包層，所述溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述溝壑層組為低折射率層。

針對外溝壑層，如圖1所示，溝壑層組包括一層內溝壑層及一層外溝壑層，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間沉積有緩沖折射層，此外，所述外溝壑層包括繞所述纖芯的周向均勻分布的三個單溝壑體，相鄰所述單溝壑體之間存在泄漏通道，即泄漏通道之間間隔120°，且每個單溝壑體之間分離設置，而且，每個泄漏通道均填充滿有通道折射體；外包層的折射率、緩沖折射層的折射率、所述纖芯的折射率及所述通道折射體的折射率均大于所述溝壑層組的折射率。

當然，針對外溝壑層，溝壑層組也可進行以下設置：溝壑層組包括一層內溝壑層及至少兩層外溝壑層。具體的，如圖2所示，溝壑層組包括一層內溝壑層及兩層外溝壑層，除了內溝壑層與最接近的外溝壑層之間沉積有緩沖折射層，相鄰的外溝壑層之間也沉積有緩沖折射層。此外，每個所述外溝壑層均包括繞所述纖芯的周向也均勻分布的三個單溝壑體，相鄰所述單溝壑體之間存在泄漏通道，即泄漏通道之間間隔120°，且每個單溝壑體之間分離設置。

而且，當具有至少兩層外溝壑層時，相鄰外溝壑層上的泄漏通道一一對應，且相鄰外溝壑層的泄漏通道的中心偏差小于兩倍的泄露通道寬度tgap。這樣，是為了在生產過程中便于開鑿出泄漏通道，就此維持光纖特性。

當然，還可進一步優(yōu)化，當具有至少兩層外溝壑層時，相鄰外溝壑層上的泄漏通道一一對應，相鄰外溝壑層上相對應的泄漏通道的連線經(jīng)過纖芯的中心，即相鄰外溝壑層上的泄露通道一一對齊。這樣，是為了在生產過程中便于開鑿出泄漏通道，例如，利用機械開槽儀器沿預制棒的外周至其軸心的方向開槽，通過一次開槽操作就可在相鄰外溝壑層上同時開設泄露通道，并且相鄰外溝壑層上的泄露通道是一一對齊的。

通過上述技術方案，本發(fā)明第一實施例提供一種泄漏通道型光纖利用泄漏通道改善高階模式抑制能力，該光纖在彎曲時，模場面積突破原有設計的限制，彎曲半徑為20cm，傳輸光的波長為1.05μm，纖芯直徑為50μm時，模場面積為920μm²，并且具有很好的高階模式抑制能力，利用3個泄漏通道，可實現(xiàn)彎曲方向在±10°范圍內具有很好的高階模式抑制能力。具體的，本實施例提供一種泄漏通道型光纖實現(xiàn)了單模運行、模場面積擴展、彎曲抵抗等特性。在較大的結構參數(shù)、彎曲角度和彎曲半徑等參數(shù)范圍內，實現(xiàn)了高階模式損耗與基模損耗比大于50。而且，一方面，本實施例提供一種泄漏通道型光纖以類似于mtf實現(xiàn)抑制高階模式的原理，利用低折射率的溝壑層組之間形成的諧振效應，或者理解為利用纖芯中的高階模式和與其折射率相匹配的包層泄漏模式的耦合，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制；另一方面，本實施例提供一種泄漏通道型光纖的結構利用泄漏通道對高階模式的泄漏效果要大于對基模的泄漏，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制。

此外，在本實施例中，無論溝壑層包括一層外溝壑層或者至少兩層溝壑層，泄漏通道均繞纖芯的周向以間隔120°均勻分布。泄漏通道以120°均勻分布于纖芯的周向上。在本實施例中以溝壑層組具有兩層外溝壑層為例進行說明：如圖2所示，為了較好的抑制纖芯中的高階模式，需要光纖的彎曲方向與一個泄漏通道的夾角盡可能小，而該彎曲方向與其他兩個泄漏通道的夾角大于30°，這樣，高階模式就會通過其他兩個泄漏通道泄漏出去，而纖芯中的基模的泄漏損耗較小。此外，保證三個泄漏通道夾角等間隔，使得彎曲方向可以接近任意一個泄漏通道以實現(xiàn)較好的高階模式抑制能力，而無需將光纖往選定的泄漏通道進行彎曲，也就是說，在360°的彎曲方向范圍中，會有三個等間隔的區(qū)間，只要彎曲方向在此三個區(qū)間任意一個內，都可實現(xiàn)較好的高階模式抑制能力，而且具有較大的模場面積。

而且，所述外包層的折射率與所述溝壑層組的折射率差值大于0.001。因為傳統(tǒng)的光纖制作方法難以實現(xiàn)低于0.0012的折射率差，所以在此溝壑層組與外包層的折射率差值設定為大于0.001。而且，考慮到傳統(tǒng)方法的工藝，此差值為0.001到0.007之間。

優(yōu)化的，所述緩沖折射層的折射率與所述外包層的折射率差值的變化范圍的絕對值小于0.001。在本發(fā)明中，緩沖折射層與外包層的折射率差值越接近越好。但是考慮到實際的光纖制作過程中難以實現(xiàn)緩沖折射層與外包層折射率相同，所以限定折射率差值小于±0.001。在此范圍內通過調整其他結構參數(shù)，同樣可以實現(xiàn)很好的高階模式抑制能力。

優(yōu)化的，所述纖芯的折射率與外包層的折射率差值的變化范圍的絕對值小于0.0005。在本發(fā)明中，纖芯與外包層的折射率差值越接近越好。但是考慮到實際的光纖制作過程中難以實現(xiàn)緩沖折射層與外包層折射率相同，并且考慮到此折射率差對纖芯模式的損耗影響很大，所以限定折射率差值小于±0.0005。例如，當纖芯折射率高于外包層折射率時，會導致高階模式難以通過泄露通道泄露出去，高階模式抑制能力降低。

優(yōu)化的，所述通道折射體的折射率與外包層的折射率相同，為了有利于纖芯高階模式通過泄露通道泄露到外包層中，而且考慮到制造與外包層折射率相同的通道折射體工藝簡單，所以在此設定的折射率相同；故在本實施例中，示范性的進行以下設置：通道折射體選用與外包層相同的材料制成，當然，通道折射體選用的材料不能對本發(fā)明產生不利影響，且通道折射體的材料的選用需根據(jù)具體情況而決定。若本發(fā)明的光纖是在高純石英管中多次沉積而成，故通道折射體選用高純石英材料制成，這樣有助于保證所述通道折射體的折射率與外包層的折射率相同。

此外，還可進行以下優(yōu)化設置以優(yōu)化光纖特性：當其他參數(shù)固定時，通過增大溝壑層組與外包層的折射率差值，可以同時使得纖芯中基模和高階模式的損耗降低，而其損耗比基本不變，這樣可以滿足對光纖長度有較長需求的應用；在實際的光纖制造過程中，有可能會出現(xiàn)預制棒折射率分布與設計值有偏差，比如當緩沖折射層的折射率大于外包層的折射率時，可以通過適當降低纖芯與外包層的折射率差值，同樣可以實現(xiàn)較好的高階模式抑制能力，但是纖芯與外包層的折射率差值變化范圍的絕對值需要小于0.0005；在制造過程中可能會出現(xiàn)溝壑層組和緩沖折射層的厚度比例與設計值不一致，可以通過調整纖芯直徑的大小，重新設計光纖結構，選用更合適的纖芯直徑，或者選用更適合的光纖彎曲半徑，實現(xiàn)較好的高階模式抑制能力；若在制造過程中，出現(xiàn)溝壑層組與外包層的折射率差與設計值有偏差時，可以通過調整溝壑層組的寬度，以起到優(yōu)化光纖特性的效果；如果實際應用中需要光纖彎曲半徑更小，就需要降低緩沖折射層的寬度，以便實現(xiàn)優(yōu)化光纖特性的效果。

為了便于理解本發(fā)明實施例，本發(fā)明第二實施例提供的一種泄漏通道型光纖的生產方法。

第二實施例：

如圖5所示，其中5a為高純石英管，5b為在高純石英管上經(jīng)過多次沉積后制得的芯子層、溝壑層組、緩沖折射層及外包層，5c為石英管熔融塌縮后制得的預制棒，5d為開槽已形成帶有泄漏通道的預制棒，5e為在泄漏通道中填充高純石英棒。

本發(fā)明第二實施例提供的一種泄漏通道型光纖的生產方法，包括：

s1：制取預制棒，所述預制棒包括芯子層、溝壑層組、緩沖折射層及外包層，其中，溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述內溝壑層包覆于所述芯子層的外周，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間沉積有緩沖折射層，所述外包層位于最外側；

具體的，在本實施例中，進行示范性的設置：如5a及5b所示，利用mcvd在石英管的內壁上進行多次沉積，制得芯子層、溝壑層組、緩沖折射層及外包層，其中，溝壑層組包括內溝壑層及外溝壑層，所述內溝壑層包覆于所述芯子層的外周，所述內溝壑層與所述外溝壑層之間沉積有緩沖折射層，所述外包層位于最外側；

s2：如5c所示，將經(jīng)多次沉積后的石英管熔融塌縮，制成實芯的預制棒；在該步驟中，芯子層經(jīng)過熔融塌縮后形成纖芯。

s3：沿所述預制棒的長度方向在所述預制棒上等間隔的開槽以打斷所述外溝壑層，形成三個單溝壑體及相鄰所述單溝壑體之間的泄漏通道；如5d所示，因為考慮到只對外溝壑層進行打孔以打斷外溝壑層，技術難度較大，所以發(fā)明人在本實施例中從外包層至纖芯方向進行開槽，但是，開槽只需打斷外溝壑層即可；而且，可以根據(jù)需要來決定開槽數(shù)量，從而就可以決定單溝壑體的數(shù)量。

s4：如5e所示，在所述泄漏通道中填充滿有通道折射體，所述通道折射體的折射率等于所述外包層的通道折射體；

s5：通過光纖拉絲工藝將填充滿所述通道折射體的預制棒拉制成光纖。

此外，在s1中，所述外溝壑層的數(shù)目設為一層，當然，所述外溝壑層的數(shù)目也可設為至少兩層，相鄰所述外溝壑層之間沉積有所述緩沖折射層。

而且，所述沿所述預制棒的長度方向在所述預制棒上等間隔的開槽以打斷所述外溝壑層，形成三個單溝壑體，包括利用激光鉆孔、超聲波鉆孔或機械鉆孔在所述預制棒上開槽以打斷所述外溝壑層，形成三個單溝壑體。

首先，通過本發(fā)明第二實施例提供的方法可以制造成上述的泄漏通道光纖，只需在制成的多層光纖預制棒上進行開槽即可，步驟十分的簡單。此外，通過本發(fā)明第二實施例提供的方法所制造出的泄漏通道型光纖，其利用泄漏通道改善高階模式抑制能力，該光纖在彎曲時，模場面積突破原有設計的限制，彎曲半徑為20cm，傳輸光的波長為1.05μm，纖芯直徑為50μm時，模場面積為920μm²，并且具有很好的高階模式抑制能力，利用3個泄漏通道，可實現(xiàn)彎曲方向在±10°范圍內具有很好的高階模式抑制能力。具體的，本發(fā)明第二實施例提供一種泄漏通道型光纖實現(xiàn)了單模運行、模場面積擴展、彎曲抵抗等特性。在較大的結構參數(shù)、彎曲角度和彎曲半徑等參數(shù)范圍內，實現(xiàn)了高階模式損耗與基模損耗比大于50。而且，一方面，本發(fā)明第二實施例提供一種泄漏通道型光纖以類似于mtf實現(xiàn)抑制高階模式的原理，利用低折射率的溝壑層組之間形成的諧振效應，或者理解為利用纖芯中的高階模式和與其折射率相匹配的包層泄漏模式的耦合，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制；另一方面，本發(fā)明第二實施例提供一種泄漏通道型光纖的結構利用泄漏通道對高階模式的泄漏效果要大于對基模的泄漏，使得纖芯中的高階模式具有較大的傳輸損耗，實現(xiàn)了對纖芯中高階模式的抑制。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。