[發(fā)明專利]高階模濾除器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010771838.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN111856646A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤鋒;李宏業(yè);王蒙;饒斌裕;田鑫;趙曉帆;胡琪浩;奚小明;陳子倫;潘志勇;王小林;許曉軍;陳金寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02;H01S3/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 周達(dá)

本發(fā)明提供一種高階模濾除器，包括光纖，在光纖纖芯外側(cè)的包層中設(shè)置有包層波導(dǎo)，所述包層波導(dǎo)具有一定長(zhǎng)度，所述包層波導(dǎo)的長(zhǎng)度方向與光纖的長(zhǎng)度方向一致。利用纖芯和包層波導(dǎo)各自的倏逝場(chǎng)之間的能量交疊實(shí)現(xiàn)模式耦合，從而實(shí)現(xiàn)纖芯高階模的濾除，該器件對(duì)抑制高功率光纖激光器中的模式不穩(wěn)效應(yīng)、提升激光器的輸出功率具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高階模濾除器。

背景技術(shù)

模式不穩(wěn)是限制高功率大芯徑光纖激光器功率進(jìn)一步提升的重要限制因素。由于激光器所用的光纖芯徑較大，其能同時(shí)支持LP₀₁模以及LP₁₁模的傳輸，兩種模式在纖芯內(nèi)發(fā)生干涉，干涉場(chǎng)的強(qiáng)度沿光纖的軸向呈現(xiàn)出周期性分布，在一定閾值條件下，由于光熱效應(yīng)，周期性的干涉場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致熱致折射率長(zhǎng)周期光柵，其周期為干涉的拍長(zhǎng)，當(dāng)激光器存在噪聲或其他擾動(dòng)時(shí)，干涉場(chǎng)與熱致長(zhǎng)周期光柵間存在相位差，進(jìn)而長(zhǎng)周期光柵發(fā)生移動(dòng)，LP₀₁模與LP₁₁模的能量發(fā)生交換，輸出激光的功率發(fā)生周期為毫秒級(jí)別的波動(dòng)，且光束質(zhì)量急劇惡化，繼續(xù)提高泵浦功率，激光器的輸出功率下降。

目前抑制模式不穩(wěn)的方法主要是通過改變泵浦方式、泵浦波長(zhǎng)以及信號(hào)光波長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)，這些方法改變了激光器的熱負(fù)荷，從而提升了模式不穩(wěn)的閾值。但這些方法并不能從根源上解決問題。另外，設(shè)計(jì)大芯徑可抑制高階模的光纖是一個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，雖然理論上可行，但光纖拉制工藝有待進(jìn)一步探索。有研究表明，提高LP₀₁模的光子壽命或降低LP₁₁模的光子壽命可以提升模式不穩(wěn)閾值，具體實(shí)現(xiàn)方法包括彎曲光纖或刻寫LP₀₁模反射率高且LP₁₁模反射率低的光纖布拉格光柵，彎曲光纖可提高LP₁₁模的損耗，但LP₀₁模的損耗也會(huì)在一定程度上提高，影響輸出激光的光束質(zhì)量，而光纖布拉格光柵主要用于振蕩器的腔鏡，對(duì)于放大器的情況受到了限制，因而設(shè)計(jì)一種同時(shí)適用于振蕩器與放大器情況的可抑制LP₁₁模的光纖器件十分必要。

隨著模分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，全光纖模式復(fù)用器成為系統(tǒng)中不可或缺的一部分。常見的全光纖模式轉(zhuǎn)換器有少模長(zhǎng)周期光纖光柵、熔融拉錐耦合器、光子燈籠等。由于飛秒刻寫技術(shù)的發(fā)展，在滿足相位匹配條件的情況下，在光纖的包層中刻寫波導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換器，即基模從纖芯注入，隨著傳輸距離的增加，基模的能量逐漸轉(zhuǎn)換成包層波導(dǎo)的高階模成分，高階模從包層波導(dǎo)中輸出，作為模分復(fù)用系統(tǒng)的能量傳輸通道。光能量可以從一個(gè)波導(dǎo)的基模轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波導(dǎo)的高階模，根據(jù)光路可逆原理，高階模的能量亦可轉(zhuǎn)化至基模，通過這一方法可以實(shí)現(xiàn)大芯徑光纖中高階模的濾除，且不同于彎曲法，這一方法不會(huì)對(duì)基模造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種高階模濾除器。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

高階模濾除器，包括光纖，在光纖纖芯外側(cè)的包層中刻寫有包層波導(dǎo)，所述包層波導(dǎo)具有一定長(zhǎng)度，所述包層波導(dǎo)的長(zhǎng)度方向與光纖的長(zhǎng)度方向一致。利用纖芯和包層波導(dǎo)各自的倏逝場(chǎng)之間的能量交疊實(shí)現(xiàn)模式耦合，從而實(shí)現(xiàn)纖芯高階模的濾除。該器件對(duì)抑制高功率光纖激光器中的模式不穩(wěn)效應(yīng)、提升激光器的輸出功率具有重要的應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述光纖為大芯徑光纖，其纖芯直徑為20μm，能夠同時(shí)支持兩個(gè)模式傳輸，即LP₀₁模與LP₁₁模。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，包層波導(dǎo)采用飛秒激光刻寫而成。通過飛秒激光刻寫不同折射率、不同長(zhǎng)度以及與纖芯具有不同間距的包層波導(dǎo)。其中飛秒激光經(jīng)過飛秒激光刻寫裝置中的透鏡聚焦在纖芯外側(cè)的包層中實(shí)現(xiàn)折射率改變。包層波導(dǎo)與纖芯的間距即包層波導(dǎo)在橫向平面的分布通過飛秒激光刻寫裝置中的位移平臺(tái)在橫向平面的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。包層波導(dǎo)的長(zhǎng)度通過位移平臺(tái)沿光纖軸向的移動(dòng)來決定。通過改變飛秒激光器的單脈沖能量可以實(shí)現(xiàn)包層波導(dǎo)折射率的改變。