[發明專利]一種雙包層拉曼光纖

無效

• 申請號: 201310688285.8
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103645538A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王文亮;黃良金;冷進勇;郭少鋒;曹澗秋;孔令超;王睿星;黃值河;姜宗福;許曉軍;陳金寶;劉澤金
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G02B6/036
• 分類號: G02B6/036;G02B6/028
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明屬于拉曼光纖激光器領域，包括拉曼光纖振蕩器與拉曼光纖放大器，具體涉及一種用于輸出高功率、高光束質量激光的雙包層拉曼增益光纖。

背景技術

作為摻雜光纖激光器的重要補充，非線性光纖激光器和放大器近年來受到人們的普遍關注，尤其是拉曼光纖激光器（RFL）和放大器（RFA）的發展非常迅速。與摻雜光纖激光器不同，RFL和RFA的物理機制是利用光纖中的受激拉曼散射（SRS）效應獲得增益。得益于SRS的增益譜較寬（達40THz）和增益波長靈活的優點，RFL和RFA在很寬的波長范圍內只要有合適的抽運源就可以得到目標波長輸出，幾乎可覆蓋整個近紅外和可見光范圍，因此在光通信、超連續譜產生、獲取特殊波段光源（如1178nm及1271nm）等領域得到了廣泛應用。此外，RFL和RFA還具有增益高、放大的自發輻射（ASE）噪聲低、飽和功率高、溫度穩定性好、與各類光纖系統兼容性好等優點。

光纖中SRS效應是高強度的激光與光纖介質的振動模式相互作用產生的一種三階非線性光學效應，表現為入射光作為抽運光產生頻率下移的斯托克斯光。其量子力學描述為入射光子被介質分子散射為另一低頻光子，同時完成分子振動態間的躍遷。在光纖兩端加上具有適當反射率的反射鏡，對光纖內由受激拉曼散射產生的斯托克斯光提供反饋，就會形成激光振蕩，成為拉曼光纖激光器。如果抽運光功率足夠強，那么生成的斯托克斯光又將激起第二級乃至更高級次的斯托克斯光，形成級聯受激拉曼散射。

自上世紀末，一系列光纖光學方面的技術突破使得高功率拉曼光纖激光器得以實現。大功率雙包層光纖激光器的出現使得在1.06μm波段可以獲得幾百甚至上千瓦的高質量激光輸出，成為拉曼光纖激光器最有效的泵浦源。光敏光纖的研制成功和光纖內寫光柵技術的實現，為拉曼光纖激光器提供了高效的反饋系統，保證了拉曼光纖激光器可獲得較高的轉化效率并保持緊湊的結構。高增益低損耗拉曼光纖制造技術則使拉曼光纖激光器的轉化效率得到進一步的提高，而目前拉曼光纖類型主要有：單包層單模光纖、單包層漸變折射率多模光纖、階躍型雙包層光纖。由于耦合進入單包層拉曼光纖的泵浦功率有限，所以其輸出信號光的功率受限；而階躍型雙包層拉曼光纖實現高功率輸出時，其纖芯直徑較大，支持的模式較多，從而輸出信號光的光束質量差。到目前為止，纖芯折射率分布為漸變型的雙包層拉曼光纖未見專利報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種不僅可以實現高功率激光輸出，還可以實現高光束質量激光輸出的雙包層拉曼光纖。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種雙包層拉曼光纖，由內向外依次包括纖芯、內包層、外包層和涂覆層，所述纖芯的折射率大于內包層的折射率，所述內包層的折射率大于外包層的折射率，所述外包層的折射率大于或等于涂覆層的折射率，所述雙包層拉曼光纖的纖芯內含有摻雜離子，所述摻雜離子在纖芯內的濃度分布為漸變型分布，使所述纖芯的折射率分布為漸變型分布。

上述的雙包層拉曼光纖中，優選的，所述漸變型分布為二次曲線分布，即所述纖芯的折射率分布為二次曲線分布，離纖芯中心距離為r處的折射率表達式（即二次曲線表達式）為：其中，Δ=(n₁-n₂)/n₁，n₁為纖芯中心的折射率，n₂為內包層的折射率，a為纖芯的半徑，0≤r≤a。

上述的雙包層拉曼光纖中，所述摻雜離子在順著纖芯軸向的各橫截面上具有相同的濃度分布。

上述的雙包層拉曼光纖中，優選的，所述摻雜離子包括鍺離子或磷離子。

本發明中，雙包層拉曼光纖的纖芯折射率分布主要由其中摻雜離子濃度分布所決定。

本發明中，涂覆層是對光纖起保護作用的光學膠材料，一般為環氧樹脂或硅膠。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明的拉曼增益光纖采用了雙包層結構，使得耦合進入內包層的泵浦光功率提高，從而有利于實現高功率拉曼光纖激光器。本發明的拉曼增益光纖纖芯折射率分布呈漸變型，受激拉曼效應在漸變型光纖中具有光束凈化效果，從而可以實現高光束質量的激光輸出。

附圖說明

圖1為本發明的雙包層拉曼光纖應用于拉曼光纖激光器中的原理示意圖。

圖2為本發明實施例中雙包層拉曼光纖的橫截面結構示意圖。

圖3為本發明實施例中雙包層拉曼光纖的橫截面上折射率分布圖。

圖例說明：