一种多芯微结构光纤的制作方法

1.本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种多芯微结构光纤。


背景技术：

2.当前，数据的飞速增长对光通信网的传输容量提出了更高的要求。空分复用(sdm)等关键技术研究是确保光纤传输系统实现超大容量、超高速率、超长距离传输的必要条件。将空分复用的概念引入到光纤中，提出了多芯光纤的设计方案，基于多芯光纤的稀土掺杂多芯光纤放大器技术成为了近年来的研究热点。
3.多芯光纤放大器中包含弱耦合多芯光纤放大器，它的增益介质由带有掺杂介质的光波导纤芯设计在一根光纤中，且多个光波导纤芯之间相互独立。但是，由于光纤的内包层面积有限，多个纤芯区域之间彼此接近，纤芯间距的减小会导致入射光在光纤中传输过程中出现横向耦合，产生一定的串扰。
4.为了避免多个纤芯之间发生耦合，现有的多芯光纤将纤芯排列成六方形、圆形环绕型、矩形阵列型或其他轴对称的纤芯分布方式。同时，除了增加光纤内部纤芯密度以提高空分复用容量之外，还需要考虑的是每个独立的掺杂纤芯对泵浦光能量的吸收问题。
5.现有的几种泵浦方式中，端面泵浦做为包层泵浦方式中的一种，是最适合双包层光纤放大器或者激光器的一种泵浦方式。针对上述中提出的多芯光纤放大器，相比于纤芯泵浦，端面泵浦方式不需要匹配相同数量的多芯泵浦激光器与有源的多芯光纤耦合；相比于侧面泵浦，端面泵浦方式又省去了特殊的缠绕方式或刻蚀v型槽等精度高且难度大的操作。
6.端面泵浦方式多是利用透镜系统耦合或是直接熔接，将泵浦光能量传递给具有增益介质的双包层光纤中。对于传统的有源光纤做为增益介质时，存在泵浦光通过增益介质的次数很少、对泵浦光的吸收效率低和均匀性等问题。因此，提出一种新型的多芯微结构光纤来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多芯微结构光纤，能够实现均匀吸收泵浦能量问题的同时解决多芯光纤之间的串扰问题。本发明是将全内反射原理和微结构空气孔的关键技术结合起来，既解决了掺杂纤芯对泵浦的吸收均匀问题，又降低了多芯光纤的芯间串扰，有效实现了针对多芯光纤放大器的多个独立信道的均衡增益放大。
8.本发明提供一种多芯微结构光纤，在该光纤的横截面上，包括多个掺杂纤芯1和包层区域，所述的掺杂纤芯1的数量不少于3个，所述的包层区域包括阵列排列的微结构空气孔3和耦合通道2，所述的耦合通道2由石英材料构成，所述微结构空气孔3按照六边形阵列排列，围绕在所述各掺杂纤芯1周围。
9.所述的掺杂纤芯1作为光纤放大器或激光器的增益介质，掺杂材料为稀土元素掺杂材料。
10.所述的掺杂材料是掺铒材料、掺镱材料、掺铥材料、铒镱共掺材料、铥钬共掺材料中的一种。
11.所述的掺杂纤芯1的数量为13个，所述的多个掺杂纤芯的阵列排布可按照从里到外的顺序分为：第一层纤芯1a、第二层纤芯1b、第三层纤芯1c，所述的第一层纤芯1a是位于光纤最中心的位置，所述的第二层纤芯1b位于以第一层纤芯1b为中心的六边形顶点位置，所述的第三层纤芯1c位于以第一层纤芯1a为中心的更大的正六边形的顶点处，且与第二层纤芯1a所在的顶点处不存在重合现象。
12.所述的掺杂纤芯1直径为5
‑
9μm，所述微结构空气孔3直径为d
air
、所述空气孔之间的间距为λ，d
air
/λ小于0.45。
13.所述的耦合通道2将光纤截面的包层区域和纤芯数量均匀等分，使得所述的多个掺杂纤芯1相对于所述耦合通道2呈中心轴对称分布，每个掺杂纤芯1与耦合通道2中传输的光能量的耦合是相等的，以实现光纤的均匀泵浦。
14.所述的空气孔3是紧密排列在所有层掺杂纤芯1的周围的微结构空气孔阵列单元，周期性阵列的空气孔作为光纤波导中的禁带区，能有效阻隔纤芯导带区域的光能量耦合。
15.与现有技术相比，本技术的优点在于：
16.(1)本技术提供的一种六边形排布的多芯微结构光纤，利于均匀泵浦，有效增加了空分复用的容量，为通信系统中的传输线路降低了复杂度和成本。
17.(2)本技术提供的多芯微结构光纤，采用全内反射原理与微结构空气孔技术相结合的光纤结构，具有有效的减少各个纤芯区域之间的串扰结构，可以很好的保证纤芯区域之间的独立性。
18.(3)本技术提供的多芯微结构光纤，创造性地提出了具有单独与泵浦光的包层耦合通道，针对使用包层泵浦的方法时，各个掺杂纤芯能够与入射的泵浦光能量均匀耦合，实现掺杂纤芯对泵浦光能量的均匀吸收。
19.通过以下参照附图对优选实施例的说明，本技术的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。
附图说明
20.图1为本发明的一种多芯微结构光纤的端面示意图。
21.图2为本发明的图1所述的多芯微结构光纤的结构端面的折射率分布示意图。
22.图3为本发明的图1所述的多芯微结构光纤的两个相临近的纤芯在距离为10m信号传输过程中的仿真串扰结果。
23.其中，1为掺杂纤芯，2为耦合通道，3为空气孔，1a为第一层纤芯，1b为第二层纤芯，1c为第三层纤芯。
具体实施方式
24.下面将详细描述本技术的实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本技术。
25.如图1所示，本发明的一种多芯微结构光纤，在该光纤的横截面上，包括多个掺杂纤芯和包层区域，所述的包层区域包括阵列排列的微结构空气孔3和耦合通道2。所述的耦
合通道由石英材料构成，所述微结构空气孔按照六边形阵列排列，围绕在所述各掺杂纤芯周围。由于微结构空气孔的存在降低了所述包层区域的有效折射率，微结构空气孔阵列与所述的多个纤芯构成折射率差δ，满足全反射条件，即可将光封闭在各个掺杂纤芯区域内部。
26.所述的掺杂纤芯的数量为13个，所述的多个掺杂纤芯按照六边形顶点位置阵列排布。纤芯的阵列排布可按照从里到外的顺序分为：第一层纤芯1a、第二层纤芯1b、第三层纤芯1c等。所述的第一层纤芯1a是位于光纤最中心的位置，所述的第二层纤芯1b位于以第一层纤芯1b为中心的六边形顶点位置，所述的第三层纤芯1c位于以第一层纤芯1a为中心的更大的正六边形的顶点处，且与第二层纤芯1a所在的顶点处不存在重合现象。
27.各掺杂纤芯中的每一层纤芯相对于耦合通道呈中心轴对称分布。所述的耦合通道将光纤截面的包层区域和纤芯数量均匀等分，使得所述的多个纤芯相对于所述耦合通道呈中心轴对称分布，因此经过耦合通道传输的泵浦光与每个纤芯的能量耦合是相等的，即实现了光纤的均匀泵浦。
28.所述的空气孔是紧密排列在所有层纤芯的周围的微结构空气孔阵列单元，周期性阵列的空气孔作为光纤波导中的禁带区，可以有效阻隔纤芯导带区域的光能量耦合，因此实现了减少相邻纤芯之间的接触从而抑制芯间串扰的产生。
29.另外，所述的阵列空气孔形成在纤芯区域的纤芯周围，有效降低了纤芯周围的包层区域的有效折射率，满足全反射条件，使得光能量在传输过程中，通过石英基底的耦合通道耦合进入折射率更高的纤芯内部区域。
30.光能量在所述耦合通道向所述多个纤芯区域耦合的过程中，由于所有纤芯相对于所述的耦合通道对称，因此光能量耦合进入每个纤芯的机会均等。
31.如图2所示，本发明的多芯光纤的代表性的结构端面的折射率分布示意图。所述的纤芯区域1为高折射率掺杂纤芯，所述的耦合通道2由纯石英材料构成，所述的空气孔3折射率等于空气折射率。因此所述耦合通道2的折射率介于所述纤芯1折射率和空气孔3折射率之间。因此，由于阵列微结构空气孔的存在，使得光纤包层区域的有效折射率降低，利于限制泵浦光能量在折射率高的纤芯区域1。
32.所述的高折射率的掺杂纤芯1直径d
core
＝5
‑
9μm，阵列的微结构空气孔3直径d
air
、空气孔之间的间距为λ，为了保证在大波长范围单模传输，要求d
air
/λ小于0.45。同时，微结构空气孔直径越大、孔间距越小，掺杂纤芯周围包层的有效折射率越低；微结构空气孔直径越小，孔间距越大，掺杂纤芯周围包层的有效折射率越接近石英的折射率，因此可通过微结构空气孔的直径大小来调整纤芯的输出模式，可根据期望的光学特性对其适当的设定。
33.如图3所示，是本发明的实施例1的多芯微结构光纤的两个相临近的纤芯在距离为10m信号传输过程中的仿真串扰结果。其横坐标代表波长，范围是c l波段1535nm
‑
1570nm，纵坐标代表芯间串扰值。可以看到，在c l工作波段范围内，两个相临近的芯间串扰值维持在
‑
70db以下，完全可以达到弱耦合的串扰要求。
34.最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域普通技术人员可以对本发明所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使其相应的技术方案脱离本发明记载的范围。