具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤制造技术

本发明专利技术提供了一种具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤，包括包层，一个实心圆形和多个同心圆环波导芯，或者一个部分实心圆形和多个部分同心圆环波导芯。该光纤的波导芯之间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，通过波导芯之间的光耦合，光纤另一端的出射光束满足或近似满足于Airy光束。本发明专利技术的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，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤，优选地应用于使用光纤的光束生成、微粒操控、传感应用坐寸O
技术介绍
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.0pt.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。 微结构光纤制备大致分为类似的两个步骤:制备光纤预制棒和在光纤拉丝塔上将光纤预制棒拉成光纤。其中制备光纤预制棒的不同气相沉积工艺包括气相化学沉积工艺(MCVD)、轴向气相沉积(VAD)和外部气相沉积(OVD)等。利用这些工艺可以制作各种不同结构的微结构光纤，例如美国专利(Optical Fiber, United States Patent,Patent Number6，917，742B2，2005)就利用了这种工艺制作了一种具有光纤芯、包层同时还具有同轴波导层的微结构光纤，该光纤的同轴波导层具有不同的几何结构或为多个D型、或为多个特殊半圆形、或为多边形、或为多个空芯区域等多种特殊几何结构。中国专利(CN2010101333476.4)采用了 MCVD工艺制备了一种具有环形波导层的同轴双波导结构光纤。该光纤不仅具有通常的光纤芯而且在光纤的外表面具有环形波导层的同轴双波导微结构。尽管Airy光束的研究和应用越来越广泛，但并未涉及利用微结构光纤端出射场生成Airy光束。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可在光纤端生成准Airy光束的同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤。本专利技术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(波导芯的空间排布满足或近似满足于Airy函数)后，波导芯之间的光耦合可实现相位调制，通过调节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分布，这样，就在Airy光纤端得到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，不管是具有同心圆环波导分布的Airy光纤(如图3、4和5)还是具有部分同心圆环波导分布的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，其无衍射特性得到了加强，但自愈特性和自由加速特性受到了抑制。与现有技术相比，本专利技术的优点为:1、同心圆环或部分同心圆环波导分布的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，其无衍射传输距离可比拟于Airy光束，甚至优于Airy光束。2、传统的Airy光束通过几何光路实现,而同心圆环或部分同心圆环波导分布的Air y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、由于同心圆环或部分同心圆环波导分布的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准Airy光束，便于在微粒操控和传感上的应用。附图说明图1是二维Ary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是具有同心圆环波导分布的Airy光纤示意图；图4是具有同心圆环波导分布的Airy光纤的横截面示意图；图5是具有同心圆环波导分布的Airy光纤端出射光场在空间中的传输不意图；图6是具有两个对称排列的1/4同心圆环波导分布的Airy光纤示意图；；图7是具有两个对称排列的1/4同心圆环波导分布的Airy光纤的横截面示意图；图8是具有两个对称排列的1/4同心圆环波导分布的Airy光纤端出射光场在空间中的传输示意图；图9是具有一个1/2同心圆环波导分布的Airy光纤横截面不意图(a)和该光纤端出射光场在空间中的传输不意图(b)；图10是具有两个相互垂直的1/8同心圆环波导分布的Airy光纤横截面示意图(a)和该光纤端出射光场在空间中的传输不意图(b)；图11是具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的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12是具有同心圆环波导分布的光纤预制棒示意图；图13是带光源尾纤的具有同心圆环波导分布的Airy光纤示意图；图14是具有部分同心圆环波导分布的Airy光纤的制备过程示意图；图15是带光源尾纤的具有部分同心圆环波导分布的Airy光纤示意具体实施例方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述:结合图3-图5，本专利技术第一种实施方式具有同心圆环波导分布的Airy光纤(包含同心圆环分布的波导芯I和包层2)。向一段该光纤的一端输入高斯光3，通过波导芯阵列I的光耦合，当这段光纤的另一端出射光场的强度刚好满足(或近似满足)对应的Airy函数4时，在该Airy光纤出射端将形成准Airy光束，它将继承Airy光束的无衍射传输特性并使该特性得到了加强(如图5)。结合图6-图10,本专利技术第二种实施方式具有部分同心圆环波导分布的Airy光纤(包含部分同心圆环分布的波导芯I和包层2)。对于部分同心圆环波导芯轴对称分布的Airy光纤，其特性和具有同心圆环波导分布的Airy光纤类似(如图8);而对于一些部分同心圆环波导芯非轴对称分布的Airy光纤,不但具有同心圆环波导分布的Airy光纤的性质，还具有自由加速的特性(如图9和图10)。Airy光纤部分波导芯的排布方式对其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有同心圆环或部分同心圆环波导分布的Airy光纤由包层，一个实心圆形和多个同心圆环波导芯，或者一个或多个部分实心圆形和多个部分同心圆环波导芯构成，其特征是：所述的Airy光纤波导芯之间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，通过波导芯之间的光耦合，光纤另一端的出射光束满足或近似满足于Airy光束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，邓洪昌，
申请(专利权)人：无锡万润光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：