CN103246008A - 基于阵列多芯的Airy光纤 - Google Patents
基于阵列多芯的Airy光纤 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103246008A CN103246008A CN2012100311853A CN201210031185A CN103246008A CN 103246008 A CN103246008 A CN 103246008A CN 2012100311853 A CN2012100311853 A CN 2012100311853A CN 201210031185 A CN201210031185 A CN 201210031185A CN 103246008 A CN103246008 A CN 103246008A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- airy
- core
- light beam
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 238000003491 array Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于阵列多芯的Airy光纤，包括涂层、包层、一组或多组阵列芯。该光纤的每一组阵列芯的空间排布满足或近似满足Airy函数，并且总会存在某一长度的Airy光纤，当向光纤一端输入高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列芯的出射光束的光强分布满足或近似满足Airy光束的光强分布。本发明基于阵列多芯的Airy光纤，该光纤纤端出射的光束继承或部分继承了Airy光束的三大特性，即光束具有横向加速、无衍射和自愈能力，整体上具有结构微小、操作灵活、系统稳定和抗干扰能力强等特点。可以用于光束生成、微粒操控、传感应用等。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种光纤，优选地应用于使用光纤的光束生成、微粒操控、传感应用等。
(二)背景技术
光波在传播过程中始终保持不变被认为是无衍射光束，无衍射波最典型的例子是贝塞尔光束。1979年，M.V.Berry等(Am.J.Phys.，1979，47(3)：246～267)在量子学的背景下，理论上推出薛定谔方程具有无衍射的Airy波包的解，该波包具有自由加速的特性。2007年Georgios A.Siviloglou等(Opt.lett.，2007，32(8)：979～981)首先研究了有限能量的加速Airy光束，并首次观察到Airy激光束的实验结果(Frontiers in Optics，OSA，2007.PDP_B3)，实验验证了Airy激光束具有不同寻常的特点，能保持长距离无衍射(Phys.Rev.Lett.，1987，58(15)：1499～1510和J.Opt.Soc.Am.A，1987，4(4)：651～654)传播，并具有自由加速的特性。
总之，Airy激光束具有以下非常诱人的3大特性：在传播过程中自由加速(或横向加速)，类似于重力作用下弹丸运动的弹道；在传播过程中近似保持无衍射；在传播过程中具有自愈的特性(Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211和Opt.Commun.，1998，151(4-6)：207～211)。Airy激光束具有的这些独特的特性，因此有着广泛的应用潜力。Pavel Polynkindeng等(Science，2009，324(5924)：229～232)使用二维Airy激光束的飞秒脉冲引发空气中非线性的等离子体细丝。J.Baumgartl等(Nature Photonics，2008，2(11)：675～678)利用Airy激光束照射在微米量级的交替颗粒样品室里，实现了在局部区间精确转移或清理光学颗粒。
多芯光纤通常是指一组轴向平行的多个光纤芯置于普通的光纤包层之中形成的光纤。可以通过不同的拉制方法形成多种多芯光纤。美国专利(MulticoreGlass Optical Fiber and Methods of Manufacturing such Fibers，United States Patent，Patent Number6,154,594，2000)提出了截面形状为圆形、椭圆形以及其它形状的多芯光纤的制作方法；美国专利(Method for Producing Parallel Arrays of Fibers，United States Patent，Patent Number7,209,616B2，2007)采用专用的拉丝收盘定位装置，拉制出晶体光纤(或者毛细管型光纤、或者多孔光纤、或者微结构多芯光纤阵列)；欧洲专利(Method of Producing Multi core Fibers，European PatentSpecification，Patent Number0,151,804B1)将多个单芯光纤预制棒按照一定空间角度排列直接拉出平板多芯光纤或者星型多芯光纤。
尽管Airy光束的研究和应用越来越广泛，但并未涉及利用阵列多芯光纤端出射场生成Airy光束。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种可在光纤端生成Airy光束的阵列多芯Airy光纤。
本发明的目的是这样实现的：
在实验中，有限能量Airy激光束可以采用高斯光束通过立方相位的调制，再经过傅里叶透镜实现。因此，当高斯光入射进入一段Airy光纤(光纤芯的空间排布满足或近似满足于Airy函数)后，纤芯之间的光耦合可实现相位调制，通过改变Airy光纤的长度，可以使光纤端输出光场的强度和相位都满足或近似满足于Airy光束的光强分布，这样，就在Airy光纤端得到了Airy光束或者准Airy光束。
二维Airy激光束(如图1所示)在空间中传输如图2所示，从图中，可以看出Airy光束所具有的3大特性：(1)自由加速(或横向加速)，类似于重力作用下的弹丸运动的弹道；(2)在传输过程中近似保持无衍射；(3)自愈特性，当Airy激光束某一主极大衰减到极小值之后，马上会逐渐“自愈”形成一个极大值。同样，不管是一维Airy光纤(如图3、4和5)还是二维Airy光纤(如图6、7和8)的出射光场，它们都继承了Airy光束的部分特性，但是，由于图中Airy光纤纤芯数量的限制，使得Airy光纤端出射的光束只拥有数量有限的主极大，因此，自愈特性受到了抑制，而自由加速和无衍射特性也被消弱。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、Airy光纤出射端出射的光束继承或部分继承了Airy光束的三大特性，和一般单模光纤出射端出射的光场相比，其无衍射传输距离要大几倍甚至更高。
2、传统的Airy光束通过几何光路实现，而Airy光纤则把这些光路‘集成’在一起，结构微小，系统稳定，抗干扰能力强。
3、由于Airy光纤空间柔韧性极好，因此可以选择在任意合适的位置和方向上输出Airy光束，便于在微粒操控和传感上的应用。
(四)附图说明
图1是二维Airy光束示意图；
图2是二维Airy光束在空间中的传输示意图；
图3是一维Airy光纤三维剖面图示意图；
图4是一维Airy光纤的横截面示意图；
图5是一维Airy光纤端出射光场在空间中的传输示意图；
图6是二维Airy光纤三维剖面图示意图；
图7是二维Airy光纤的横截面示意图；
图8是二维Airy光纤端出射光场在空间中的传输示意图；
图9是多组一维纤芯阵列非相交排列的Airy光纤横截面示意图；
图10是多组二维纤芯阵列相交或非相交排列的Airy光纤横截面示意图；
图11是Airy光纤端出射的准Airy光束光强、普通单模光纤出射高斯光束光强和Airy光束光强之间随传输距离变化的关系对比示意图；
图12是纤芯为十字形阵列分布的Airy光纤端出射光场在空间中的传输；
图13是带光源尾纤的一维Airy光纤示意图；
图14是与多组一维纤芯阵列非相交排列的Airy光纤匹配的多芯光纤和光纤尾纤的焊接对准示意图；
图15是带光源输入结构的多组一维纤芯阵列非相交排列的Airy光纤示意图；
图16是带光源尾纤的二维Airy光纤示意图；
图17是带光源输入结构的多组二维纤芯阵列非相交排列的Airy光纤示意图；
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图3-图5，本发明第一种实施方式具有一组一维线性阵列纤芯排布的一维Airy光纤(包含涂层1、包层2和纤芯阵列3)。向一段一维Airy光纤的一端输入高斯光4，通过纤芯阵列3的光耦合，当这段一维Airy光纤的另一端的出射光场5的强度和相位刚好满足(或近似满足)一维Airy函数时，一维Airy光纤出射的光场将等同于(或近似等同于)Airy光束，它将继承(或部分继承)Airy光束的三大特性，保持无衍射继续传输一定距离，并具有自由加速的特性。
结合图6-图8，本发明第二种实施方式具有两组相互垂直相交的一维线性阵列纤芯排布的二维Airy光纤(包含涂层1、包层2和纤芯阵列3)。区别于一维Airy光纤，二维Airy光纤端出射光场的无衍射传输距离更远。
第一种实施方式的纤芯排布可以扩展到多组一维阵列纤芯相交或非相交排布，如图9。同样，第二种实施方式的纤芯排布也可以扩展到多组二维阵列纤芯相交或非相交排布，如图10。相比于单组的一维或二维阵列纤芯排布Airy光纤，多组一维或二维阵列纤芯排布Airy光纤可根据需要改变每组纤芯的参数(折射率、芯径和芯于芯的间距)，以实现每组纤芯出射的Airy光束存在一定的光强差或相位差，使Airy光纤的应用更加广泛。
Airy光纤纤芯排布方式对其无衍射传输距离影响非常巨大。图11表示普通单模光纤6、一维Airy光纤7、二维Airy光纤8、纤芯十字形分布的Airy光纤9的纤端出射光场和Airy光束10的传输光场的归一化光强随传输距离(Z)的变化关系。从图中可以看出，一般的一维或二维Airy光纤端出射的准Airy光束的无衍射传输距离远远大于高斯光束(普通单模光纤端出射光束可认为是高斯光束)，而一些特殊结构的Airy光纤(如图中的纤芯十字形分布的Airy光纤9)出射光束的无衍射传输距离甚至要远大于Airy光束，但由于结构对称性，这种结构失去了自由加速的特性(如图12)。
实施例1：
1、光源耦合：取一段一维Airy光纤，将一端的光纤涂覆层祛除、切割，然后与带光源尾纤的单模光纤11对准、焊接，如图13所示；
2、封装保护：将内径大于标准光纤或一维Airy光纤的石英管调至图焊点12处，然后在石英管两端用CO2激光器加热焊接密封，或者用环氧树脂封装固化，然后进行二次涂覆完成整体保护；
3、Airy光束生成：将一维Airy光纤的另一端(作为光束出射端)光纤涂覆层祛除、切割，输入激光13，观测一维Airy光纤出射端的光场5，若不满足Airy分布，则继续切割或研磨光纤端，直到出射光场5与Airy光束的相似度最大为止。
实施例2：
1、光源耦合：取一段纤芯与多组一维阵列纤芯非相交排列的Airy光纤相对应的多芯光纤14，如图14所示，将一端的光纤涂覆层祛除、切割，然后与带光源尾纤的单模光纤11对准、焊接，在图14所示的焊点15处进行加热至软化状态，然后进行拉锥，并进行光功率监测，直到耦合到多芯光纤的光功率达到最大为止；
2、封装保护1：将内径大于多芯光纤或单模光纤的石英管调至图15所示的锥体耦合区16处，然后在石英管两端用CO2激光器加热焊接密封，或者用环氧树脂封装固化；
3、耦合连接：将多芯光纤另一端涂覆层祛除、切割，同时取一段多组一维阵列纤芯非相交排列的Airy光纤，将一端的光纤涂覆层祛除、切割，然后将它们对准、焊接，如图15所示；
4、封装保护2：将内径大于多芯光纤或Airy光纤的石英管调至图焊点17处，然后在石英管两端用CO2激光器加热焊接密封，或者用环氧树脂封装固化，然后进行二次涂覆完成整体保护；
5、Airy光束生成：输入激光13，观测Airy光纤出射端的光场5，若不满足Airy分布，则继续切割或研磨光纤端，直到出射光场5与Airy光束的相似度最大为止。
实施例3：
实施例1和实施例2中的一维Airy光纤可由二维Airy光纤代替，如图16和图17。
Claims (6)
1.一种基于阵列多芯的Airy光纤由涂层、包层、一组或多组阵列芯构成，其特征是：所述的Airy光纤每一组阵列芯的空间排布满足或近似满足Airy函数，并且总会存在某一长度的Airy光纤，当向光纤一端输入高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列芯的出射光束的光强分布都满足或近似满足于Airy光束的光强分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列多芯的Airy光纤，其特征是：所述的某一长度的Airy光纤的长度值取决于光纤的折射率分布、每个纤芯的芯径和纤芯之间的间距。
3.根据权利要求1所述的一种基于阵列多芯的Airy光纤，其特征是：所述的一组光纤芯的几何分布特征是：两个或两个以上的实心纤芯一维线性阵列分布。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的基于阵列多芯的Airy光纤，其特征是：所述的多组阵列芯的几何分布特征是：两组或两组以上的一维线性阵列纤芯相交或非相交排列。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的一种基于阵列多芯的Airy光纤，其特征是：所述的光纤芯的形状是：圆形、椭圆形和其它多边形的一种。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的一种基于阵列多芯的Airy光纤，其特征是：所述的光纤芯的传输模式的特征是：单模或多模。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012100311853A CN103246008A (zh) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 基于阵列多芯的Airy光纤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012100311853A CN103246008A (zh) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 基于阵列多芯的Airy光纤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103246008A true CN103246008A (zh) | 2013-08-14 |
Family
ID=48925640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012100311853A Pending CN103246008A (zh) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 基于阵列多芯的Airy光纤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103246008A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109709708A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 一种液晶达曼立方相位板、制备方法及产生系统 |
| CN112363320A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-12 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种光纤涡旋光束发生器及其制备方法 |
| CN113900175A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-07 | 桂林电子科技大学 | 单模和少模混合集成的多芯光纤信道分路器及制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1967302A (zh) * | 2006-11-17 | 2007-05-23 | 哈尔滨工程大学 | 单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥耦合方法 |
| WO2011124671A1 (de) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | Trumpf Laser Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren und anordnung zum erzeugen eines laserstrahls mit unterschiedlicher strahlprofilcharakteristik mittels einer mehrfachclad-faser |
| CN101852889B (zh) * | 2010-05-17 | 2012-12-19 | 哈尔滨工程大学 | 一种变周期型阵列多芯光纤及其制备方法 |
-
2012
- 2012-02-13 CN CN2012100311853A patent/CN103246008A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1967302A (zh) * | 2006-11-17 | 2007-05-23 | 哈尔滨工程大学 | 单芯光纤与多芯光纤耦合器及其融接拉锥耦合方法 |
| WO2011124671A1 (de) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | Trumpf Laser Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren und anordnung zum erzeugen eines laserstrahls mit unterschiedlicher strahlprofilcharakteristik mittels einer mehrfachclad-faser |
| CN101852889B (zh) * | 2010-05-17 | 2012-12-19 | 哈尔滨工程大学 | 一种变周期型阵列多芯光纤及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱晓亮: "平行阵列芯光纤的超模耦合特性", 《中国激光》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109709708A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 一种液晶达曼立方相位板、制备方法及产生系统 |
| CN109709708B (zh) * | 2019-03-11 | 2021-05-25 | 西北工业大学 | 一种液晶达曼立方相位板、制备方法及产生系统 |
| CN112363320A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-12 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种光纤涡旋光束发生器及其制备方法 |
| CN112363320B (zh) * | 2020-09-27 | 2022-02-01 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种光纤涡旋光束发生器及其制备方法 |
| CN113900175A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-07 | 桂林电子科技大学 | 单模和少模混合集成的多芯光纤信道分路器及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109642981B (zh) | 模式混合光纤以及使用其的方法和系统 | |
| Barron | Integrated multicore fibre devices for optical trapping | |
| JP5876612B2 (ja) | 非円形状の光ビームに信号ビームを結合するための光ファイバーカプラー | |
| CN108474906B (zh) | 模式混合光纤以及使用其的方法和系统 | |
| CN101887147B (zh) | 四芯光纤组合光镊及其光栅动力控制方法 | |
| CN104898287A (zh) | 一种自加速类贝塞尔光束的产生装置 | |
| CN102147502A (zh) | 基于中空融嵌芯毛细管光纤的微小粒子运送装置及方法 | |
| CN109270695A (zh) | 一种牵引光束产生装置及产生方法 | |
| CN105511014B (zh) | 一种纳米空气孔传光的多孔芯光子晶体光纤 | |
| CN103246008A (zh) | 基于阵列多芯的Airy光纤 | |
| CN103149640A (zh) | 一种轴对称偏振光发生装置及生成方法 | |
| Liu et al. | Dual-core optical fiber tweezers based on all-dielectric metasurface | |
| CA2719900C (en) | High-power fiber laser system | |
| CN101893736A (zh) | 基于阵列芯光纤的轴向阵列光镊及光动力控制方法 | |
| Zhang et al. | Optical-fiber-based powerful tools for living cell manipulation | |
| CN103246009A (zh) | 方形芯聚合物Airy光纤及其制备方法 | |
| CN207133521U (zh) | 一种二维平顶光束发生器 | |
| Murshid et al. | Mathematical modeling and experimental analysis of multiple channel orbital angular momentum in spatial domain multiplexing | |
| Guan et al. | Supermodes analysis for linear-core-array microstructured fiber | |
| CN113707356B (zh) | 一种灵活的光学微手系统及粒子操控方法 | |
| CN103246013B (zh) | 具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤 | |
| Sukhoivanov et al. | Introduction to photonic crystals | |
| RU2835369C1 (ru) | Линия задержки на основе волокна с сохранением поляризации для модификации прозрачных материалов | |
| Dai et al. | Fabrication and optical properties of linear-corearray multicore fiber | |
| CN106094098B (zh) | 基于胆甾相液晶填充的光纤光镊 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130814 |