[實(shí)用新型]包層光濾除結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320251227.4
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN203326346U
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李驍軍;侯曉亮;彭彪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海飛博激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光纖激光器或光纖放大器，特別是一種用于光纖激光器或光纖放大器的包層光濾除結(jié)構(gòu)及其制備方法。?

技術(shù)背景

光纖激光器輸出功率不斷提升，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單臺(tái)萬瓦以上輸出功率。如此高的輸出功率主要得益于光纖和泵源技術(shù)的發(fā)展。通常情況下，輸出功率超過1瓦的光纖激光器或是光纖放大器都會(huì)采用雙包層有源光纖作為增益光纖。所謂雙包層光纖，一般由纖芯6、玻璃包層5和低折射率外包層4，以及可選的多分子聚合物保護(hù)層3組成，如圖1。低折射率外包層4通常是一種折射率在1.36附近的多分子聚合物。纖芯6的折射率一般高于玻璃包層5的折射率，保證信號光在纖芯中傳輸。泵浦光通常在玻璃包層5和纖芯6內(nèi)傳輸，并在內(nèi)包層和外包層的界面反射后通過纖芯，如果纖芯摻雜有稀土元素，則這部分通過纖芯的泵浦光會(huì)被吸收。?

概括而言，在光纖激光器或光纖放大器中，增益光纖輸出端的玻璃包層中的多余光能量主要有三個(gè)來源：?

1）沒有被吸收的殘余泵浦光。在泵浦光被纖芯吸收的情況下，泵浦光功率沿光纖呈指數(shù)衰減趨勢。由于光纖長度一定導(dǎo)致在激光腔或放大器輸出端有殘余泵浦光。?

2）包層信號光。在光纖纖芯內(nèi)傳輸?shù)男盘柟鈺?huì)由于光纖宏彎、微彎或熔接點(diǎn)插損等原因而從纖芯泄露到包層中。?

3）包層的自發(fā)輻射放大（ASE）光。在增益介質(zhì)被激勵(lì)的情況下，?ASE光總會(huì)出現(xiàn)。通常殘余泵浦光和ASE光在內(nèi)包層傳輸時(shí)的數(shù)值孔徑較大，而包層信號光的數(shù)值孔徑較小。?

如果增益光纖輸出端的多余包層光不濾出，則會(huì)導(dǎo)致輸出光的光學(xué)質(zhì)量下降，從而影響工作效果。在特定情況下，這些大數(shù)值孔徑的多余光能量可能會(huì)從激光輸出頭到激光切割/焊接頭之間的某個(gè)或一些器件吸收，導(dǎo)致局部溫度過高，產(chǎn)生器件的可靠性問題。?

多余包層光處理方案，主要有界面濾出、界面吸收或二者混合三種形式。對濾出方案而言，目前普遍采用在裸露光纖或單包層光纖表面，集中涂敷一段單種濾光材料。由于多余包層光在濾光層內(nèi)近似指數(shù)規(guī)律衰減，因此上述涂覆層在開始一小段內(nèi)集中吸收熱量很大，導(dǎo)致局部溫度過高，大大限制其濾出能力。?

隨著光纖激光器或放大器輸出功率不斷攀高，需要濾出的多余內(nèi)包層光的絕對量也不斷上升，因此單種材料集中涂覆濾光方案成為影響光纖激光器或光纖放大器輸出功率提升的瓶頸之一。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于光纖激光器或光纖放大器的包層光濾除結(jié)構(gòu)及其制備方法，該結(jié)構(gòu)可將光纖激光器或光纖放大器的包層光濾出，從而降低濾出點(diǎn)的最高工作溫度，以提升系統(tǒng)的長期工作穩(wěn)定性和可靠性。?

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：?

一種包層光濾除結(jié)構(gòu)，包括剝除了保護(hù)層、外包層，裸露一段玻璃包層的光纖及在該玻璃包層上的濾光材料涂層，其特點(diǎn)在于所述的濾光材料的折射率高于所述的光纖的外包層的折射率，所述的濾光材料的涂層是一種以上濾光材料且分段涂敷的涂層。?

所述的濾光材料涂層是用同一種濾光材料分段涂敷的涂層分段，且每個(gè)涂層分段之間的間隔大于零，各涂層分段的長度由短漸長，以達(dá)到各涂層分段的濾出光相對均勻。?

所述的濾光材料涂層是用2種以上不同的濾光材料依次相間地涂敷在涂層分段，每一個(gè)涂層分段之間的間隔等于零或大于零，各涂層分段的濾光材料的折射率由小漸大，以達(dá)到各涂層分段的濾出光相對均勻。?

所述的光纖是單包層光纖、雙包層光纖或多包層光纖。?

所述的濾光材料為對需濾出波段包層光低損的膠、折射率匹配液體或低熔點(diǎn)的玻璃粉。?

本實(shí)用新型原理?

光束在光纖內(nèi)傳播時(shí)，不同橫模的光線在玻璃包層和外包層界面上的入射角不同，原有外包層的折射率通過和玻璃包層的折射率合理匹配，使得一定范圍內(nèi)不同入射角的光線均可滿足全反射條件，從而相應(yīng)的模式在光纖內(nèi)得以傳輸。?

根據(jù)菲涅耳定律，選用濾光材料折射率大于原有外包層折射率的材料，可破壞部分或全部模式的全反射條件，進(jìn)而部分或全部的包層光可以經(jīng)由濾光材料和玻璃包層的界面泄露出去。?

被濾出的包層光一部分散射到空間，一部分被濾光層的濾光材料吸收。此時(shí)，濾出的包層光沿光纖傳輸方向近似指數(shù)規(guī)律下降，即：?

Pdump=Pc*e^-a*l

式中，Pdump表示濾出的功率，Pc表示包層內(nèi)傳輸?shù)目偣β剩琣表示和濾光材料折射率相關(guān)的濾出系數(shù)，l表示濾光材料涂敷長度。?

產(chǎn)生的熱量Qdump和Pdump濾出功率線性相關(guān)：?

Qdump=Pdump*b?

式中，b為和濾光材料成分相關(guān)的對需濾出波段的吸收系數(shù)。?