劉德鑫 朱珊珊

摘? 要：針對(duì)目前多芯光纖耦合效率低的問(wèn)題，本文提供一種提高多芯光纖耦合效率的方法，該方法對(duì)光纖進(jìn)行簡(jiǎn)單熔接和擴(kuò)芯處理，讓激光從小芯徑多芯普通光纖的擴(kuò)芯端面入射，可以將激光與小芯徑多芯光子晶體光纖的耦合效率提高到80%以上。同時(shí)該方法具有簡(jiǎn)單實(shí)用、制備周期短、制備成本低的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：多芯光纖;耦合效率;提升方法;研究

1概述

超連續(xù)譜是指強(qiáng)脈沖入射到非線性介質(zhì)中引起劇烈光譜展寬的非線性光學(xué)現(xiàn)象。使用的非線性光纖有合適的零色散點(diǎn)、模場(chǎng)小，非線性高是產(chǎn)生超連續(xù)譜的必要條件。然而，小芯徑單芯光纖的損傷閾值低，嚴(yán)重限制了超連續(xù)譜的輸出功率。與相同包層占空比的單芯光子晶體光纖相比，多芯光子晶體光纖的模場(chǎng)面積較大，而色散曲線變化不大。對(duì)多芯光纖的纖芯均勻打光，各個(gè)纖芯中傳輸?shù)墓鈭?chǎng)以倏逝場(chǎng)的形式耦合，最終形成超模。同相的超模，也就是所有的纖芯中傳輸?shù)墓獾南辔幌嗤?，具有完美的近高斯的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布。這些特性使得多芯光子晶體光纖經(jīng)常被用來(lái)提高超連續(xù)譜產(chǎn)生的功率。

2多芯光纖耦合效率分析

泵浦光與小芯徑多芯光子晶體光纖之間穩(wěn)定、高效的耦合對(duì)于產(chǎn)生穩(wěn)定、高功率的超連續(xù)譜是十分重要的，一般采用空間耦合、熔接耦合的方式。若直接用透鏡將泵浦光聚焦，使聚焦后的激光光斑均勻覆蓋小芯徑多芯光纖的各個(gè)纖芯，對(duì)單個(gè)纖芯直徑約4微米的多芯光纖，耦合效率僅為60%。對(duì)單個(gè)纖芯直徑更小的情況，耦合效率還會(huì)降低。若采用直接熔接的方式，泵浦激光器的光纖尾纖與小芯徑多芯光子晶體光纖之間的模場(chǎng)失配會(huì)帶來(lái)很大的損耗。通過(guò)選擇性塌縮小芯徑多芯光子晶體光纖的內(nèi)圈空氣孔，匹配其與大模場(chǎng)光纖之間的模場(chǎng)，可以將耦合效率提高到90%以上。但是光子晶體光纖空氣孔非常小，都是微米量級(jí)，精確堵孔非常困難。

3多芯光纖耦合效率的提升方法研究

圖1為多芯光纖熔接后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為小芯徑7芯光子晶體光纖的端面示意圖。圖3為纖芯摻雜的小芯徑7芯普通光纖端面示意圖。圖4為實(shí)施例1纖芯摻雜的小芯徑7芯普通光纖擴(kuò)芯后的光纖端面示意圖。圖中，1為小芯徑多芯普通光纖的擴(kuò)芯區(qū)域，2為小芯徑多芯普通光纖，3為小芯徑多芯普通光纖與小芯徑多芯光子晶體光纖之間的低損耗熔接點(diǎn)，4為小芯徑多芯光子晶體光纖，5為包層空氣孔，6為纖芯，7為摻鍺的纖芯，8為擴(kuò)芯區(qū)域。

多芯光纖耦合效率的提升方法包括以下步驟：

1）取一段小芯徑7芯光子晶體光纖4，其光纖端面如圖2所示。光纖外徑125微米，包層空氣孔5的直徑1.08微米，孔間距1.54微米，纖芯6的直徑約2微米。切割光纖，獲得平整無(wú)碎屑的光纖端面;

取一段小芯徑7芯普通光纖2，其光纖端面如圖3所示。普通光纖2的纖芯7摻鍺，提高纖芯折射率，光纖外徑125微米，纖芯7的直徑約2微米，7個(gè)纖芯的位置分布與小芯徑7芯光子晶體光纖4的纖芯位置分布基本相同，切割光纖，獲得平整無(wú)碎屑的光纖端面。

2）將切割好的小芯徑7芯光子晶體光纖4和小芯徑7芯普通光纖2放置在熔接機(jī)兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)熔接機(jī)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，觀察光纖端面，精確對(duì)準(zhǔn)7芯光纖的7個(gè)纖芯，驅(qū)動(dòng)熔接機(jī)的縱向平移馬達(dá)，使熔接機(jī)的放電中心偏移熔接點(diǎn)，在小芯徑7芯普通光纖2的一側(cè)，防止熔接機(jī)放電時(shí)，光子晶體光纖4中的空氣孔塌縮。采用多次放電的方式進(jìn)行光纖熔接，降低熔接損耗，增加熔接點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度。用CO2激光熔接機(jī)進(jìn)行上述光纖熔接，激光放電功率為標(biāo)準(zhǔn)STD-75bit，每次放電時(shí)間750ms，放電次數(shù)為3次，熔接點(diǎn)損耗約0.5dB。

3）將小芯徑7芯普通光纖2未熔接的另一端剝除涂覆，放置在熔接機(jī)兩側(cè)，熔接機(jī)放電，對(duì)小芯徑7芯普通光纖2的纖芯7進(jìn)行加熱擴(kuò)芯處理，使光纖的各個(gè)纖芯變大，形成一個(gè)大的均勻的纖芯區(qū)域。用CO2激光熔接機(jī)進(jìn)行上述光纖處理，激光放電功率為標(biāo)準(zhǔn)STD+75bit，每次放電時(shí)間8000ms。

4）從小芯徑的7芯普通光纖的擴(kuò)芯區(qū)域中間進(jìn)行切割，獲得平整無(wú)碎屑的、有大的均勻纖芯區(qū)域8的光纖端面，擴(kuò)芯后的光纖端面如圖4所示。

讓激光從圖1中的1處入射，可以將激光與小芯徑光子晶體光纖之間的耦合效率提高到至少80%以上。

4結(jié)語(yǔ)

本多芯光纖耦合效率的提升方法通過(guò)對(duì)光纖進(jìn)行簡(jiǎn)單熔接和擴(kuò)芯處理，讓激光從小芯徑多芯普通光纖的擴(kuò)芯端面入射，可以有效提高激光與小芯徑多芯光子晶體光纖的耦合效率，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用、制備周期短、制備成本低。

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作者簡(jiǎn)介

1.劉德鑫，男，1996年06月，單位：長(zhǎng)春理工大學(xué)，學(xué)生，研究方向：光纖。

2.朱珊珊，女，1998年06月，單位：長(zhǎng)春理工大學(xué)，學(xué)生，研究方向：光纖。