[發(fā)明專利]一種全光纖高階模濾波器及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211352142.5
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN115826144A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李強(qiáng);雷敏;胡金萌;方思遠(yuǎn);張晶;武春風(fēng);姜永亮;劉厚康;李晴;鄭保羅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航天三江集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/35
• 分類號(hào): G02B6/35;G02B6/28
• 代理公司: 武漢知伯樂知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 胡江

本發(fā)明公開了一種全光纖高階模濾波器及其制造方法，包括：第一步，確定大模場傳輸光纖的參數(shù)；第二步，設(shè)計(jì)光纖表面的刻蝕形狀，并確定光纖刻蝕處填充的折射率材料；第三步，在消逝刻蝕功能的設(shè)備中放入去掉涂覆層的傳能光纖，通過調(diào)節(jié)具有消逝刻蝕功能的設(shè)備的刻蝕功率和時(shí)間來控制包層的刻蝕深度和寬度，通過調(diào)節(jié)光纖的步進(jìn)距離和刻蝕重復(fù)次數(shù)控制光纖的刻蝕周期和總刻蝕長度；第四步，在光纖刻蝕處填充對(duì)應(yīng)折射率的材料并進(jìn)行器件封裝，完成高階模濾除器的制作。本發(fā)明利用纖芯和包層刻蝕區(qū)域之間的倏逝波模式耦合，實(shí)現(xiàn)高階模的損耗，從而將纖芯中的高階模濾除,可以有效提升大模場光纖輸出激光的光束質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種全光纖高階模濾波器及其制造方法。

背景技術(shù)

由于大功率的激光器在很多民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，近幾年來激光器的發(fā)展十分迅速。大功率光纖激光器的在效率、體積、冷卻和光束質(zhì)量等方面均占有明顯的優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)外越來越多的研究人員對(duì)大功率光纖激光器的研制產(chǎn)生了濃厚的興趣。然而限制光纖激光器輸出功率大小的主要原因是光纖材料造成光學(xué)損害的熱效應(yīng)及非線性效應(yīng)。目前降低光纖熱效應(yīng)和非線性效應(yīng)的主要方法是使用大模場面積光纖。為了獲得大功率輸出，一般光纖纖芯直徑大于10um才能降低非線性散射和熱效應(yīng)。光纖尺寸太大，光纖中就會(huì)存在多個(gè)模式，導(dǎo)致輸出激光光束質(zhì)量下降。于是模式區(qū)分技術(shù)成為大芯徑光纖單模操作的必要方式。

目前對(duì)于大芯徑光纖的單模操作，主要通過使用卷繞光纖的方法實(shí)現(xiàn)的。然而彎曲會(huì)造成模場分布變形，并且減小模場面積，這就對(duì)使用大芯徑光纖的益處有所限制。

由于單模光纖自身固有非線性效應(yīng)的限制，減小光纖非線性效應(yīng)最直接有效的途徑是增加纖芯直徑，當(dāng)纖芯直徑增大到一定程度時(shí)，光纖將會(huì)支持高階模的傳輸，高階模的存在會(huì)影響激光的光束質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量激光輸出，需要將激光中的高階模成分進(jìn)行濾除。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種全光纖高階模濾波器及其制造方法，利用具有消逝刻蝕功能的設(shè)備對(duì)光纖的包層進(jìn)行刻蝕，利用纖芯和包層刻蝕區(qū)域之間的倏逝波模式耦合，實(shí)現(xiàn)高階模的損耗，從而將纖芯中的高階模濾除,可以有效提升大模場光纖輸出激光的光束質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種全光纖高階模濾波器的制造方法，包括以下步驟：

第一步，確定大模場傳輸光纖的參數(shù)；

第二步，設(shè)計(jì)光纖表面的刻蝕形狀，并確定光纖刻蝕處填充的折射率材料；

第三步，在具有消逝刻蝕功能的設(shè)備中放入去掉涂覆層的傳能光纖，通過調(diào)節(jié)具有消逝刻蝕功能的設(shè)備的刻蝕功率和時(shí)間來控制包層的刻蝕深度和寬度，通過調(diào)節(jié)光纖的步進(jìn)距離和刻蝕重復(fù)次數(shù)控制光纖的刻蝕周期和總刻蝕長度；

第四步，在光纖刻蝕處填充對(duì)應(yīng)折射率的材料并進(jìn)行器件封裝，完成高階模濾除器的制作。

進(jìn)一步地，設(shè)計(jì)光纖表面的刻蝕形狀的方法為：

通過設(shè)置參數(shù)，改變刻蝕形狀和折射率，使得器件對(duì)纖芯中高階模的損耗較大，對(duì)低階模損耗較小。

進(jìn)一步地，所述通過設(shè)置參數(shù)，改變刻蝕形狀和折射率，使得器件對(duì)纖芯中高階模的損耗較大，對(duì)低階模損耗較小的具體步驟為：刻蝕形狀不變，調(diào)節(jié)槽區(qū)折射率，考察高階模和低階模損耗與槽區(qū)折射率之間的關(guān)系，找出模式損耗局部極大的諧振折射率區(qū)間，在模式損耗局部極大的諧振折射率區(qū)間之外模式損耗較小；高階模式與低階模式的諧振折射率有差別，將槽區(qū)折射率調(diào)節(jié)到所述諧振折射率區(qū)間的高階模諧振折射率處，使得高階模損耗較大，低階模損耗減小；進(jìn)一步調(diào)節(jié)刻蝕形狀，考察模式損耗，與目標(biāo)模式損耗進(jìn)行對(duì)比，不斷優(yōu)化迭代刻蝕形狀參量，直至得到符合模式損耗值要求的刻蝕形狀。

進(jìn)一步地，所述大模場傳輸光纖的參數(shù)包括纖芯折射率、包層折射率、纖芯直徑、包層直徑以及待使用的激光波長。