[發明專利]漸變吸收系數增益光纖及光學系統

在審

• 申請號: 201710952600.1
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107561635A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 林傲祥;王瑜英;彭昆;湛歡;高聰;劉爽;倪力;王建軍;景峰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;H01S3/067
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 魏彥

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，具體而言，涉及一種漸變吸收系數增益光纖及光學系統。

背景技術

在高功率光纖激光研究中，增益光纖的性能對激光系統的激光性能有顯著影響，增益光纖的共摻元素(如Al、P、Ge、B、Ce、F等元素)及其分布、折射率分布、稀土元素(Yb、Er、Tm、Ho等)摻雜以及光纖制備工藝(如MCVD、OVD、PCVD、氣相摻雜法、溶液摻雜法等)等，決定了增益光纖的波導結構、吸收系數、損耗特性，進而對激光系統的激光效率、輸出光譜、光束質量、非線性特性等產生顯著影響。可見，增益光纖的研制是高功率光纖激光研究的重要方面。

然而，目前的光纖激光系統廣泛使用的是基于主振蕩放大結構(MOPA)和端面泵浦技術。數千瓦的泵浦光從增益光纖的一端注入增益光纖，泵浦光在光纖注入端迅速吸收并轉換為激光，造成了激光增益的不均勻；由于量子虧損，光纖的熱分布也很不均勻。這種不均勻導致了一系列的負面效應，導致非線性效應、模式不穩定性等的閾值降低，研制限制了激光器的功率提升。

另外，大功率的端面泵浦注入也會對注入點的熔接和涂覆造成很大困難。在高功率光纖激光實驗中，熔接點常會因為圓形傳能光纖到八角形增益光纖的不匹配、高增益導致的高熱量等因素導致的熔接點過熱而燒毀。

目前使用高功率激光增益光纖主要采用正八邊形拋光，以避免渦旋光的產生并增大包層吸收系數，而傳輸信號光和輸出激光的傳能纖均為圓形，全光纖結構的光纖激光系統需要將圓形的傳能光纖和正八邊形的增益光纖熔接在一起，這種熔接不可避免的會造成包層的不匹配，給熔接和涂覆造成困難。另外，增益光纖的吸收系數可用下面公式進行描述：

其中，α為吸收系數，P_in為注入泵浦光，P_out為輸出泵浦光。對于目前廣泛使用的商用Nufern 20/400LMA YDF光纖，其吸收系數通常為0.4dB/m@976nm，線性吸收系數意味著泵浦光在增益光纖中是指數衰減的，即泵浦光吸收很不均勻。

因此，研究人員一直希望獲得吸收較為均勻的增益光纖，以抑制增益不均造成的很多問題，但是要在增益光纖中實現梯度摻雜極其困難，也會造成很多其他問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種漸變吸收系數增益光纖及光學系統，其能夠有效改善上述問題。

本發明的實施例是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種漸變吸收系數增益光纖，其包括包層，所述包層沿軸向具有逐漸變化的截面形狀，所述包層沿軸向具有和所述逐漸變化的截面形狀對應的逐漸變化的吸收系數，其中，所述包層的泵浦注入端截面形狀和用于輸入泵浦光的傳能光纖包層的輸出端截面形狀匹配。

在本發明較佳的實施例中，所述包層的泵浦注入端截面為圓形，輸出端截面為正八邊形。

在本發明較佳的實施例中，所述包層沿軸向分為多段，所述包層的多段中相鄰兩段的截面形狀互不相同。

在本發明較佳的實施例中，所述包層的多段沿軸向的長度不全相同。

在本發明較佳的實施例中，所述包層沿軸向分為四段，所述包層從泵浦注入端到輸出端的四段依次經過未拋光、雙面拋光、四面拋光和八面拋光處理。

在本發明較佳的實施例中，所述雙面拋光為相對的兩面拋光，相對的兩個拋光面之間為相對的兩個弧面。

在本發明較佳的實施例中，所述四面拋光為兩對中心連線互相垂直的面拋光，靠近的兩個拋光面之間為未拋光的圓弧面。

在本發明較佳的實施例中，所述包層從泵浦注入端到輸出端的吸收系數逐漸增大。

在本發明較佳的實施例中，所述漸變吸收系數增益光纖還包括纖芯和涂覆層，所述纖芯設置于所述包層中，所述涂覆層涂覆于所述包層的外表面。

第二方面，本發明實施例還提供了一種光學系統，其包括如上所述的漸變吸收系數增益光纖、激光器和傳能光纖，所述激光器和所述傳能光纖連接，所述傳能光纖的輸出端和所述漸變吸收系數增益光纖的泵浦注入端熔接，所述傳能光纖包層的輸出端截面形狀和所述漸變吸收系數增益光纖包層的泵浦注入端截面形狀相同。