專利名稱：帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖結(jié)構(gòu)。特別應(yīng)用于側(cè)面分布式泵浦的光纖放大器和光纖激光器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前光纖激光器和放大器多數(shù)采用端面泵浦，原因在于端面泵浦的耦合效率較高，但同時(shí)隨著泵浦功率的提升，光纖端面耦合點(diǎn)的光功率密度也隨之增加，極容易造成光纖端面無法修復(fù)的損傷。對(duì)于大功率光纖放大器和激光器，端面泵浦的方法顯然無法滿足要求，側(cè)面泵浦逐步得到發(fā)展。目前側(cè)面泵浦技術(shù)分以下幾個(gè)方面多模光纖熔錐側(cè)面泵浦耦合方式。多模光纖熔融拉錐定向耦合是將多根裸光纖和去掉外包層的雙包層光纖纏繞在一起，在高溫火焰中加熱使之熔化，同時(shí)在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區(qū)成為錐形過渡段，能夠?qū)⒈闷止庥啥嗄９饫w通過雙包層光纖側(cè)面導(dǎo)入內(nèi)包層，從而實(shí)現(xiàn)定向側(cè)面耦合泵浦。這種方法實(shí)現(xiàn)的激光器，由于熔融拉錐的制作過程使得在泵浦光纖與多模有源光纖的耦合處光纖結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這對(duì)于激光功率及質(zhì)量的提高不利。V槽側(cè)面泵浦耦合。該技術(shù)先將雙包層光纖外包層去除一小段，然后在裸露的內(nèi)包層刻蝕出一個(gè)V槽，槽的一個(gè)斜面用作反射面，也可將兩個(gè)面都用于反射。泵浦光由半導(dǎo)體激光器經(jīng)微透鏡耦合，使泵浦光在V槽的側(cè)面匯聚，經(jīng)過側(cè)面反射后改變方向進(jìn)入雙包層光纖內(nèi)包層，從而沿著光纖的軸向傳輸。為了提高耦合效率，該方法要求V型反射槽對(duì)泵光全反射。這種泵浦方式制得的光纖激光器，V型槽對(duì)光纖的創(chuàng)傷使得光纖的機(jī)械強(qiáng)度大大下降，而且由于對(duì)V型槽的制作工藝要求過高，都不利于高功率激光器的普及和應(yīng)用。嵌入反射鏡式泵浦耦合。與V型槽方法類似，嵌入反射鏡式泵浦耦合也需要在光纖側(cè)面開槽，其實(shí)這是V型槽的改進(jìn)方法。這種方法實(shí)現(xiàn)的光纖激光器和V槽側(cè)面耦合泵浦技術(shù)一樣，嵌入反射鏡式泵浦耦合技術(shù)對(duì)于內(nèi)包層內(nèi)泵浦光的傳輸也有較大損耗，同樣不利于多點(diǎn)耦合注入泵浦功率的擴(kuò)展，而且機(jī)械強(qiáng)度同樣大大下降。角度磨拋側(cè)面泵浦耦合。其基本原理是在雙包層光纖去一小段，剝?nèi)ネ糠髮雍屯獍鼘?，將?nèi)包層沿縱向進(jìn)行磨拋，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然后將端面按一定角度磨拋好的泵浦光纖的纖芯相對(duì)該平面緊密貼和并固定好兩纖的相對(duì)位置。泵浦光即可由泵浦光纖側(cè)面耦合進(jìn)入雙包層光纖的內(nèi)包層。這種方法實(shí)現(xiàn)的光纖激光器與光纖角度磨拋側(cè)面耦合泵浦技術(shù)相類似的是微棱鏡來進(jìn)行側(cè)面耦合，但是微棱鏡寬度不能大于內(nèi)包層的直徑，因此給微棱鏡的加工帶來了技術(shù)上的困難。以上所述各種側(cè)面泵浦技術(shù)均為點(diǎn)接入式，同樣面臨與端面泵浦相同的問題，即耦合點(diǎn)處光功率密度過高會(huì)使光纖損傷。雖然相比端面泵浦的最多兩個(gè)耦合點(diǎn)，以上側(cè)面泵浦可以將耦合點(diǎn)數(shù)量增加，但耦合點(diǎn)的增多對(duì)工藝的難度也隨之增加，而且對(duì)光纖的機(jī)械損傷也隨之加倍。因而目前大功率光纖放大器與激光器中亟需解決的問題是現(xiàn)有的大功率激光器的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對(duì)光纖有機(jī)械損傷，使光纖的機(jī)械強(qiáng)度嚴(yán)重降低；光纖側(cè)面泵技術(shù)耦合點(diǎn)處光功率密度相比光纖其它部分要高，對(duì)光纖耦合點(diǎn)處產(chǎn)生損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是目前大功率激光器的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對(duì)光纖有機(jī)械損傷，使光纖的機(jī)械強(qiáng)度嚴(yán)重降低；光纖側(cè)面泵技術(shù)耦合點(diǎn)處光功率密度相比光纖其它部分要高，對(duì)光纖耦合點(diǎn)處產(chǎn)生損傷。本發(fā)明的技術(shù)方案帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，包括纖芯和包層。在包層的外部設(shè)有增透層。增透層的結(jié)構(gòu)為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質(zhì)；N = 5 50。所述的纖芯的折射率為1. 4 1. 8，所述的包層的折射率為1. 3 1. 7，所述的增透層的結(jié)構(gòu)為N層高低相間的石英介質(zhì)，其折射率高低是指石英介質(zhì)的高折射率為1. 7 1. 9，石英介質(zhì)的低折射率為1. 2 1. 4。所述的纖芯的半徑為2 μ m 50 μ m，增透層的外半徑為50 μ m 1000 μ m,增透層的厚度為5μπ 50μπ 。所述的包層包括一層結(jié)構(gòu)或分為內(nèi)包層和外包層的雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層和外包層的折射率均為1. 3 1. 7，且內(nèi)包層折射率大于外包層折射率，內(nèi)包層的形狀為D形、星形或矩形。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果由于在光纖中采用增透層，使得在大功光纖激光器和放大器中耦合方式發(fā)生改變，在光纖中不存在功率密度的極度不均勻性，使得光纖的有效功率承載上限得到巨大提升；與目前已有側(cè)面泵浦技術(shù)相比，本發(fā)明所示光纖結(jié)構(gòu)作為激光增益介質(zhì)時(shí)，無需作任何機(jī)械加工，不對(duì)光纖本身結(jié)構(gòu)造成任何損傷，保證了光纖的機(jī)械強(qiáng)度；光纖外圍增透層的引入，使得側(cè)面泵浦效率同時(shí)得到有效提升，大大增加了大功率光纖激光器和放大器的輸出功率；光纖制作方法簡(jiǎn)單，以目前成熟的多層光纖制作技術(shù)或鍍膜技術(shù)完全可以勝任，無需特殊工藝。


圖1為帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)主視圖。圖2為石英介質(zhì)為五層的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)。圖3為石英介質(zhì)為二十層的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)。圖4為石英介質(zhì)為五十層的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施方式一帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖1，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設(shè)有增透層3。增透層3為增透膜。所述的纖芯1的折射率為1. 4，包層2的折射率為1. 3。所述的纖芯1的半徑為2 μ m,增透層3的外半徑為50 μ m,增透層3的厚度為5 μ m。實(shí)施方式二帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖2，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設(shè)有增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為五層折射率高低相間的石英介質(zhì)。所述的纖芯1的折射率為1. 8。五層折射率第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 7、第二層石英介質(zhì)32的折射率為 1. 2、第三層石英介質(zhì)33的折射率為1. 7、第四層石英介質(zhì)34的折射率為1. 2、第五層石英介質(zhì)35的折射率為1.7。所述的纖芯1的半徑為50 μ m,增透層3的外半徑為1000 μ m,增透層3的厚度為 50 μ m0所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22的雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21為折射率均為1. 5，外包層22的折射率均為1. 3，內(nèi)包層21的形狀為矩形。實(shí)施方式三帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖3，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設(shè)有增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為二十層折射率高低相間的石英介質(zhì)。所述的纖芯1的折射率為1. 6。二十層石英介質(zhì)的折射率第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 9、第二層石英介質(zhì) 32的折射率為1. 4、第三層石英介質(zhì)33的折射率為1. 9、第四層石英介質(zhì)34的折射率為
1.4........第十九層石英介質(zhì)319的折射率為1. 9、第二十層石英介質(zhì)320的折射率為
1. 4。所述的纖芯1的半徑為30 μ m，增透層3的外半徑為500 μ m，增透層3的厚度為 30 μ m0所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22的雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 7和外包層22的折射率為1. 5，內(nèi)包層21的形狀
為星形。實(shí)施方式四帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖4，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設(shè)有增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為五十層折射率高低相間的石英介質(zhì)。所述的纖芯1的折射率為1. 6。五十層石英介質(zhì)的折射率第一層石英介質(zhì)31的折射率為1. 8、第二層石英介質(zhì) 32的折射率為1. 3、第三層石英介質(zhì)33的折射率為1. 8、第四層石英介質(zhì)34的折射率為 1.3........第四十九層石英介質(zhì)349的折射率為1. 8、第五十層石英介質(zhì)350的折射率為1. 3。所述的纖芯1的半徑為50 μ m,增透層3的外半徑為1000 μ m,增透層3的厚度為 50 μ m0所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22的雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 7和外包層22的折射率為1. 5，內(nèi)包層21的形狀為D形。
權(quán)利要求
1.帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，包括纖芯(1)和包層0)，其特征在于 在包層O)的外部設(shè)有增透層(3)；增透層(3)的結(jié)構(gòu)為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質(zhì)； N = 5 50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的纖芯⑴的折射率為1. 4 1. 8，所述的包層(2)的折射率為1. 3 1. 7，所述的增透層C3)的結(jié)構(gòu)為N層高低相間的石英介質(zhì)，其折射率高低是指石英介質(zhì)的高折射率為1. 7 1. 9，石英介質(zhì)的低折射率為1. 2 1. 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的纖芯(1)的半徑為2 μ m 50 μ m，增透層(3)的外半徑為50 μ m 1000 μ m，增透層⑶的厚度為5 μ m 50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的包層(2)包括一層結(jié)構(gòu)或分為內(nèi)包層和外包層02)雙層結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的內(nèi)包層和外包層02)的折射率均為1. 3 1. 7，且內(nèi)包層折射率大于外包層0 折射率，內(nèi)包層的形狀為D形、星形或矩形。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)，涉及一種光纖結(jié)構(gòu)，適用于光纖放大器和光纖激光器領(lǐng)域。該帶有增透層的光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯(1)、包層(2)、在包層(2)的外部設(shè)有增透層(3)。增透層(3)的結(jié)構(gòu)為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質(zhì)，N＝5～50。纖芯(1)的半徑為2μm～50μm，光纖外半徑為50μm～1000μm，增透層(3)的厚度為5μm～50μm。增透層(3)中高低折射率相間的層數(shù)為5～50。光纖有雙包層結(jié)構(gòu)分為內(nèi)包層(21)和外包層(22)。解決了激光器的側(cè)面泵浦技術(shù)加工難度高，對(duì)光纖有機(jī)械損傷，光纖的機(jī)械強(qiáng)度嚴(yán)重降低；已有的光纖側(cè)面泵浦技術(shù)耦合點(diǎn)處光功率密度相比光纖其它部分要高，對(duì)光纖耦合點(diǎn)處產(chǎn)生損傷。
文檔編號(hào)G02B6/036GK102162875SQ20111013518
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者寧提綱, 張嬋, 李晶, 油海東, 溫曉東, 裴麗, 鄭晶晶 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)