[發(fā)明專利]帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，光纖放大器和光纖激光器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010285853.6
• 申請(qǐng)日: 2010-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN101969173A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智勇;王璞;代京京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖放大器，光纖激光器，和作為光放大媒體的帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，屬于光纖放大器、光纖激光器、特種光纖領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖激光器及光纖放大器通常采用纖芯泵浦技術(shù)，最初的增益光纖采用普通的單包層結(jié)構(gòu)，在纖芯中摻入激活離子作為增益介質(zhì)，泵浦光與信號(hào)光均在光纖纖芯中傳輸，因此必須把泵浦光高效耦合到光纖纖芯中。由于纖芯直徑只有幾個(gè)微米，與泵浦源耦合效率低，從而使激光輸出功率也很低，限制了其使用范圍。為了提高光纖激光器的輸出功率，人們提出了雙包層結(jié)構(gòu)光纖，即在普通單包層結(jié)構(gòu)光纖的纖芯和包層之間引入一個(gè)內(nèi)包層，使整個(gè)光纖包括三個(gè)部分：纖芯、內(nèi)包層和外包層。包含激活離子的單模纖芯被折射率低于纖芯的多模圓形內(nèi)包層所包圍，該內(nèi)包層又被折射率更低的外包層所包圍，泵浦光注入到內(nèi)包層中，并被內(nèi)包層界面處的全內(nèi)反射所限制，當(dāng)在內(nèi)包層中傳輸?shù)谋闷止饨?jīng)過纖芯時(shí)，被纖芯中激活離子吸收，從而實(shí)現(xiàn)包層泵浦。在制作光纖時(shí)，使內(nèi)包層的幾何尺寸比纖芯大很多，同時(shí)使內(nèi)包層和外包層折射率函數(shù)的數(shù)值孔徑也盡量大這樣可以有效的接受多模泵浦光的功率，從而提高激光輸出功率。盡管摻鐿雙包層光纖激光器具有如此多的優(yōu)點(diǎn)及如此巨大的應(yīng)用價(jià)值，但其單纖輸出功率仍然較低，其存在于光纖的原因主要是(1)雙包層光纖激光器纖芯增益介質(zhì)中儲(chǔ)存的能量受限于纖芯截面積；(2)由于纖芯截面積較小，高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)諸如受激喇曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)等非線性光學(xué)效應(yīng)；(3)高能量密度對(duì)光纖端面的破壞作用也使得輸出功率難以提高。而且現(xiàn)有工藝設(shè)計(jì)制造的光纖在提高輸出功率和光束質(zhì)量?jī)烧咧g存在著矛盾，因此為了獲得更高功率的輸出，常規(guī)的“小芯徑、大數(shù)值孔徑”的光纖設(shè)計(jì)已經(jīng)不適合大功率輸出的應(yīng)用。而具有高稀土元素?fù)诫s濃度，同時(shí)其芯徑相對(duì)較大而數(shù)值孔徑相對(duì)較小的所謂“大模場(chǎng)面積”(LMA)光纖卻能夠克服這些限制。因此大模場(chǎng)面積雙包層光纖成為目前有源光纖研制的熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)更大功率光纖激光器的基模激光輸出，受光纖內(nèi)部損傷閾值和非線性效應(yīng)的影響，需要進(jìn)一步降低纖芯的功率密度，進(jìn)而需要增加纖芯的直徑，但是增加纖芯的直徑后就會(huì)存在多模激光振蕩輸出。為保證激光基模輸出，就要降低纖芯的NA值。但是NA值的降低使得在纖芯對(duì)其激發(fā)的光的模式的約束力大大降低，激光模式會(huì)延伸到內(nèi)包層，這將導(dǎo)致內(nèi)包層的尺寸擴(kuò)大，會(huì)造成以下問題：(1)導(dǎo)熱性降低，失去光纖激光器導(dǎo)熱性好的最大優(yōu)勢(shì)；(2)光纖柔韌性降低，增加制造成本；(3)光纖在受到擠壓和彎曲的狀態(tài)下，易發(fā)生模式的泄漏，影響輸出激光的穩(wěn)定性，為光纖激光器和光纖放大器的實(shí)際應(yīng)用帶來問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的雙包層光纖在制作大功率光纖激光器及光纖放大器時(shí)存在的上述問題，對(duì)雙包層光纖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種具有大芯徑、低NA值，既能保證激光基模輸出，又不會(huì)增大內(nèi)包層尺寸的帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，且其可用于制作低成本的光纖放大器和光纖激光器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述的一種帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，包括：纖芯1、內(nèi)包層2、外包層3、保護(hù)層4，其中內(nèi)包層2上具有高低折射率層多層呈周期性交疊分布的徑向同軸布拉格結(jié)構(gòu)區(qū)。且布拉格結(jié)構(gòu)區(qū)由高低折射率周期性交疊的徑向同軸異質(zhì)材料構(gòu)成。

本發(fā)明中的一種光纖放大器，包括：前述的帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖；和一個(gè)或多個(gè)泵浦光源，用于給所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖提供泵浦光。

本發(fā)明中的一種光纖激光器，包括：前述的帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖；一個(gè)或多個(gè)泵浦光源，用于給所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖提供泵浦光；和諧振器，用于諧振來自所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖的放大信號(hào)。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖具有大芯徑、低NA值，由于泵浦光與信號(hào)光的波長(zhǎng)不同，可以設(shè)計(jì)布拉格結(jié)構(gòu)區(qū)參數(shù)使得布拉格波長(zhǎng)與信號(hào)光波長(zhǎng)相一致，使得泵浦光能夠無損耗通過布拉格區(qū)入射到纖芯中，而信號(hào)光在經(jīng)過布拉格區(qū)域時(shí)信號(hào)光基模發(fā)生全向發(fā)射，進(jìn)而將信號(hào)光基模限制在纖芯區(qū)傳輸。因此可以在不擴(kuò)大內(nèi)包層尺寸的情況下，實(shí)現(xiàn)大功率激光基模穩(wěn)定輸出。且有利于大功率激光輸出時(shí)熱量管理。所以用本發(fā)明帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，適合于制作低成本的高功率高光束質(zhì)量光纖放大器和光纖激光器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述帶布拉格結(jié)構(gòu)的雙包層光纖沿纖芯剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明所述光纖放大器和光纖激光器中泵浦光側(cè)面耦合效應(yīng)圖；