多芯光纖耦合效率的提升方法研究

劉德鑫 朱珊珊

摘? 要：針對目前多芯光纖耦合效率低的問題，本文提供一種提高多芯光纖耦合效率的方法，該方法對光纖進行簡單熔接和擴芯處理，讓激光從小芯徑多芯普通光纖的擴芯端面入射，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。同時該方法具有簡單實用、制備周期短、制備成本低的特點。

關鍵詞：多芯光纖;耦合效率;提升方法;研究

1概述

超連續譜是指強脈沖入射到非線性介質中引起劇烈光譜展寬的非線性光學現象。使用的非線性光纖有合適的零色散點、模場小，非線性高是產生超連續譜的必要條件。然而，小芯徑單芯光纖的損傷閾值低，嚴重限制了超連續譜的輸出功率。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面積較大，而色散曲線變化不大。對多芯光纖的纖芯均勻打光，各個纖芯中傳輸的光場以倏逝場的形式耦合，最終形成超模。同相的超模，也就是所有的纖芯中傳輸的光的相位相同，具有完美的近高斯的遠場光斑分布。這些特性使得多芯光子晶體光纖經常被用來提高超連續譜產生的功率。

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定、高效的耦合對于產生穩定、高功率的超連續譜是十分重要的，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纖芯，對單個纖芯直徑約4微米的多芯光纖，耦合效率僅為60%。對單個纖芯直徑更小的情況，耦合效率還會降低。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失配會帶來很大的損耗。通過選擇性塌縮小芯徑多芯光子晶體光纖的內圈空氣孔，匹配其與大模場光纖之間的模場，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，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構示意圖。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為實施例1纖芯摻雜的小芯徑7芯普通光纖擴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芯區域，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，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為擴芯區域。

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放置在熔接機兩側，驅動熔接機旋轉馬達，觀察光纖端面，精確對準7芯光纖的7個纖芯，驅動熔接機的縱向平移馬達，使熔接機的放電中心偏移熔接點，在小芯徑7芯普通光纖2的一側，防止熔接機放電時，光子晶體光纖4中的空氣孔塌縮。采用多次放電的方式進行光纖熔接，降低熔接損耗，增加熔接點的機械強度。用CO2激光熔接機進行上述光纖熔接，激光放電功率為標準STD-75bit，每次放電時間750ms，放電次數為3次，熔接點損耗約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，放置在熔接機兩側，熔接機放電，對小芯徑7芯普通光纖2的纖芯7進行加熱擴芯處理，使光纖的各個纖芯變大，形成一個大的均勻的纖芯區域。用CO2激光熔接機進行上述光纖處理，激光放電功率為標準STD+75bit，每次放電時間8000ms。

4）從小芯徑的7芯普通光纖的擴芯區域中間進行切割，獲得平整無碎屑的、有大的均勻纖芯區域8的光纖端面，擴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結語

本多芯光纖耦合效率的提升方法通過對光纖進行簡單熔接和擴芯處理，讓激光從小芯徑多芯普通光纖的擴芯端面入射，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，該方法簡單實用、制備周期短、制備成本低。

參考文獻

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[4]張羽、劉志海.纖芯圓對稱分布多芯光纖的耦合特性[J].發光學報，2011.

作者簡介

1.劉德鑫，男，1996年06月，單位：長春理工大學，學生，研究方向：光纖。

2.朱珊珊，女，1998年06月，單位：長春理工大學，學生，研究方向：光纖。