專利名稱：防自聚焦損傷的激光放大光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光傳輸放大技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種防自聚焦損傷的激光放大光纖。
背景技術(shù)：
在稀土摻雜激光增益光纖介質(zhì)中，當(dāng)激光強(qiáng)度超過一定水平之后，會(huì)誘發(fā)介質(zhì)中的克爾效應(yīng)，即介質(zhì)的折射率與光強(qiáng)成線性關(guān)系，此線性比例系數(shù)由非線性折射率系數(shù)表征。由于實(shí)際應(yīng)用中通常采用基模光場分布(近似高斯分布)，在非線性折射率系數(shù)為正的材料中，中心光強(qiáng)大的區(qū)域感受的折射率較大，周圍光強(qiáng)小的區(qū)域感受的折射率較小，由此導(dǎo)致光束向中心光軸匯聚，當(dāng)此匯聚效應(yīng)超過光束的衍射效應(yīng)時(shí)，即發(fā)生自聚焦，導(dǎo)致焦點(diǎn)處光強(qiáng)極大，從而誘發(fā)材料的光損傷。對熔石英材料，對1微米激光波長，其典型的非線性折射率系數(shù)所得到的自聚焦閾值約為4. 3MW，在光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，雖然折射率導(dǎo)引會(huì)對光束傳輸產(chǎn)生一定的影響，但是數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，光纖的自聚焦閾值功率與熔石英塊狀材料基本相同，由此限制了在光纖激光放大器中，IOns脈寬內(nèi)至多獲得43mJ的脈沖能量，相比于固體激光系統(tǒng)所能獲得的脈沖峰值功率和能量仍有相當(dāng)差距。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在提高光纖激光輸出功率的情況下，防止增益光纖傳輸、放大、振蕩過程中產(chǎn)生的自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致光場匯聚而引起的光纖損傷。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種防自聚焦損傷的激光放大光纖，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括空芯光纖和增益光纖，沿激光傳輸方向，所述增益光纖的后端連接有所述空芯光纖。優(yōu)選地，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括一段空芯光纖和一段增益光纖。優(yōu)選地，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的一段空芯光纖和兩段增益光纖。優(yōu)選地，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的兩段空芯光纖和三段增益光纖。優(yōu)選地，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的多段空芯光纖和多段增益光纖優(yōu)選地，所述空芯光纖與增益光纖的光波模場相匹配。優(yōu)選地，所述增益光纖為熔石英基質(zhì)增益光纖。優(yōu)選地，所述空芯光纖為光子晶體光纖或者微結(jié)構(gòu)光纖。優(yōu)選地，增益光纖與空芯光纖結(jié)構(gòu)采用光纖熔接工藝相連接。(三)有益效果
本發(fā)明通過增益光纖連接空芯光纖，實(shí)現(xiàn)了在提高光纖傳輸激光的功率的情況下，防止增益光纖傳輸、放大、振蕩過程中產(chǎn)生的自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致光場匯聚而引起的光纖損傷，以提高增益光纖的單纖功率放大極限能力，所獲得單脈沖能量也大大提升。


圖1是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的防自聚焦損傷的激光放大光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的第二種防自聚焦損傷的激光放大光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是按照本發(fā)明第三種實(shí)施方式的防自聚焦損傷的激光放大光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1 3的所示的防自聚焦損傷的激光放大光纖中的空芯光纖的截面示意圖。其中，1 增益光纖；2 空芯光纖；3 空芯光纖包層，4 空芯光纖纖芯孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖4所示，空芯光纖是一種周期性多孔光子晶體光纖或者微結(jié)構(gòu)光纖，其中心是作為周期排布缺陷的空心孔。無論是光子晶體光纖所傳輸光子帶隙缺陷模式，還是微結(jié)構(gòu)光纖所傳輸?shù)墓獠?，均與增益光纖的光波模場基本相匹配。若空心孔內(nèi)抽成真空，即無介質(zhì)存在的條件下，自聚焦不會(huì)發(fā)生。即使空心孔中有空氣或者其他氣體，由于氣體的非線性折射率系數(shù)比熔石英介質(zhì)小三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此自聚焦閾值功率也大了三個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到數(shù)GW。自聚焦的發(fā)生是有過程的，以自聚焦長度表征，自聚焦長度與激光功率有關(guān)， 對超過自聚焦閾值不是很大的條件下，自聚焦長度可以長達(dá)數(shù)cm，在考慮放大過程的橫向增益飽和效應(yīng)的情況下，自聚焦長度可以進(jìn)一步增加到數(shù)十cm。對高峰值功率脈沖放大，為了抑制各種非線性效應(yīng)，需要采用超、高增益光纖，光纖長度也較短，如Im左右。采用空芯光纖可以在光束發(fā)生自聚焦損傷之前，打斷自聚焦過程，然后繼續(xù)放大，以獲得超過自聚焦閾值功率的脈沖峰值功率輸出。實(shí)施例1圖1是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的防自聚焦損傷的激光放大光纖結(jié)構(gòu)示意圖，包括增益光纖1和一段空芯光纖2，空芯光纖2的輸入端與所述增益光纖1的輸出端通過熔接的方式相連，所述增益光纖1為熔石英基質(zhì)增益光纖。本實(shí)施例的防自聚焦損傷的激光放大光纖結(jié)構(gòu)包括兩部分第一部分為熔石英基質(zhì)增益光纖。此部分將輸入脈沖放大到峰值功率超過其自聚焦閾值功率的水平，從而誘發(fā)自聚焦過程，導(dǎo)致光束口徑收縮，其長度尚不足以達(dá)到發(fā)生自聚焦損傷的程度。第二部分為空芯光纖2。此部分采用空芯光纖2與前一段增益光纖1相連，收縮的光束進(jìn)入空芯光纖2進(jìn)入之后，由于其峰值功率遠(yuǎn)小于空芯光纖中自聚焦閾值，衍射擴(kuò)散效應(yīng)占優(yōu)，光束口徑擴(kuò)大，同時(shí)由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或者光子帶隙缺陷模式傳輸?shù)南拗?，?shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，避免自聚焦損傷發(fā)生。
實(shí)施例2圖1是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的防自聚焦損傷的激光放大光纖的結(jié)構(gòu)示意圖， 包括增益光纖1和一段空芯光纖2，每段空芯光纖2的兩端均連接所述增益光纖1，所述增益光纖1為熔石英基質(zhì)增益光纖。本實(shí)施例的防自聚焦損傷的激光放大光纖包括三部分第一部分為熔石英基質(zhì)增益光纖。此部分將輸入脈沖放大到峰值功率超過其自聚焦閾值功率的水平，從而誘發(fā)自聚焦過程，導(dǎo)致光束口徑收縮，其長度尚不足以達(dá)到發(fā)生自聚焦損傷的程度。第二部分為空芯光纖2。此部分采用空芯光纖2與前一段增益光纖1相連，收縮的光束進(jìn)入空芯光纖2進(jìn)入之后，由于其峰值功率遠(yuǎn)小于空芯光纖中自聚焦閾值，衍射擴(kuò)散效應(yīng)占優(yōu)，光束口徑擴(kuò)大，同時(shí)由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或者光子帶隙缺陷模式傳輸?shù)南拗?，?shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸。第三部分為熔石英基質(zhì)增益光纖。此部分采用熔石英增益光纖與空芯光纖2相連，超過其自聚焦閾值功率的脈沖進(jìn)入增益光纖后繼續(xù)放大，并同時(shí)伴有自聚焦過程。設(shè)計(jì)此段光纖的長度，使之顯著小于其自聚焦長度，在激光脈沖輸出之前不會(huì)發(fā)生自聚焦損傷。實(shí)施例3圖2是按照本發(fā)明另一種實(shí)施方式的防自聚焦損傷的激光放大光纖的結(jié)構(gòu)示意圖，包括增益光纖1和兩段空芯光纖2，每段空芯光纖2的兩端均連接所述增益光纖，隨激光傳輸方向，越靠后所述增益光纖的長度越短，所述增益光纖為熔石英基質(zhì)增益光纖。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括空芯光纖和增益光纖，沿激光傳輸方向，所述增益光纖的后端連接有所述空芯光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括一段空芯光纖和一段增益光纖。
3.如權(quán)利要求1所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的一段空芯光纖和兩段增益光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的兩段空芯光纖和三段增益光纖。
5.如權(quán)利要求1所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括間隔設(shè)置的多段空芯光纖和多段增益光纖。
6.如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述空芯光纖與增益光纖的光波模場相匹配。
7.如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述增益光纖為熔石英基質(zhì)增益光纖。
8.如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，所述空芯光纖為光子晶體光纖或者微結(jié)構(gòu)光纖。
9.如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的防自聚焦損傷的激光放大光纖，其特征在于，增益光纖與空芯光纖結(jié)構(gòu)采用光纖熔接工藝相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖激光傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種防自聚焦損傷的激光放大光纖，所述防自聚焦損傷的激光放大光纖包括空芯光纖和增益光纖，沿激光傳輸方向，所述增益光纖的后端連接有所述空芯光纖。本發(fā)明通過增益光纖連接空芯光纖，實(shí)現(xiàn)了在提高光纖傳輸激光的功率的情況下，防止增益光纖傳輸、放大、振蕩過程中產(chǎn)生的自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致光場匯聚而引起的光纖損傷，以提高增益光纖的單纖功率放大極限能力，所獲得單脈沖能量也大大提升。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102207580SQ201110162730
公開日2011年10月5日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 閻平, 黃志華, 黃磊 申請人:清華大學(xué)