專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖放大器。特別應(yīng)用于光通信領(lǐng)域和光信號(hào)大功率放大領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖放大器問(wèn)世以來(lái)，以其優(yōu)異的信號(hào)放大以及光路的透明性得到了廣泛的認(rèn)同，隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖放大器的放大倍數(shù)越來(lái)越大，高倍率光纖放大器在光纖通信、國(guó)防和傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用日益引起人們的重視，其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域使得人們對(duì)光纖放大器的投入越來(lái)越大。目前光纖放大器多數(shù)采用端面泵浦的方式，這主要取決于光纖的結(jié)構(gòu)因素。 首先，光纖的光信號(hào)束縛能力很強(qiáng)，側(cè)面泵浦的耦合效率難以有效提高；其次，由于光纖熔接技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得端面泵浦可以大大提升激光的耦合效率。但端面泵浦方式的應(yīng)用在某些領(lǐng)域也受到限制，例如，大功率的泵浦光從端面輸入時(shí)，由于過(guò)高的光能量密度極有可能對(duì)端面造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。目前采用的光纖放大器側(cè)面泵浦技術(shù)如下多模光纖熔錐側(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(guò)渡段，能夠?qū)⒈闷止庥啥嗄９饫w通過(guò)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)的放大器，由于熔融拉錐的制作過(guò)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(guò)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放大器，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(guò)高，都不利于高功率放大器的普及和應(yīng)用。嵌入反射鏡式泵浦耦合。與V型槽方法類(lèi)似，嵌入反射鏡式泵浦耦合也需要在光纖側(cè)面開(kāi)槽，其實(shí)這是V型槽的改進(jìn)方法。這種方法實(shí)現(xiàn)的光纖放大器和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。然后將泵浦光纖的纖芯的端面按一定角度磨拋好，與放大光纖緊密貼合固定。泵浦光經(jīng)泵浦光纖對(duì)放大光纖側(cè)面泵浦。這種方法實(shí)現(xiàn)的光纖放大器與光纖角度磨拋側(cè)面耦合泵浦技術(shù)相類(lèi)似的是微棱鏡來(lái)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(lái)了技術(shù)上的困難。[0008]綜上所述現(xiàn)有的大功率放大器的側(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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是目前大功率光纖放大器的側(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。本實(shí)用新型的技術(shù)方案帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，包括光纖和泵浦源，泵浦源對(duì)光纖側(cè)面泵浦。光纖包括纖芯、包層和在包層外部的增透層。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，包層的折射率為1. 3 1. 7，N層石英介質(zhì)折射率高低相間，高折射率為1. 7 1. 9，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。所述泵浦源的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源直接照射于光纖側(cè)面。本實(shí)用新型和已有技術(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，本實(shí)用新型所示光纖結(jié)構(gòu)作為激光增益介質(zhì)時(shí)，無(wú)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放大器的輸出功率；本實(shí)用新型所用側(cè)面分布式泵浦方式為泵浦源直接照射于光纖側(cè)面，使泵浦光均勻的分布于光纖表面，泵浦光透過(guò)增透層進(jìn)入光纖內(nèi)部。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(wú)需特殊工藝。

圖1帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器。圖2光纖的端面圖。圖3內(nèi)包層為矩形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器。圖4內(nèi)包層為矩形的光纖端面圖。圖5內(nèi)包層為星形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器。圖6內(nèi)包層為星形的光纖端面圖。圖7內(nèi)包層為D形的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器。[0028]圖8內(nèi)包層為D形的光纖端面圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。實(shí)施方式一帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，如圖1、2，包括光纖和泵浦源4 ； 光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)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。所述泵浦源4的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纖側(cè)面。實(shí)施方式二帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，如圖3、4，包括光纖和泵浦源4。 光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為第一層31、第二層32、第三層33、第四層34、第五層35共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. 8，五層石英介質(zhì)折射率高低相間，高折射率為1. 9，低折射率為1.4。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分為內(nèi)包層21和外包層22雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 4和外包層22的折射率為1. 3，內(nèi)包層21的形狀為矩形。所述泵浦源4的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纖側(cè)面。實(shí)施方式三帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，如圖5、6，包括光纖和泵浦源4。 光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為第一層31、第二層32、第三層33、第四層34.....第十九層319、
第二十層320共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)折射率高低相間，高折射率為1. 8， 低折射率為1.3。所述的纖芯1的半徑為20 μ m，增透層3的外半徑為500 μ m，增透層3的厚度為 20 μ m0所述的包層2包括內(nèi)包層21和外包層22雙層結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)包層21的折射率為1. 5和外包層22的折射率為1. 4，內(nèi)包層21的形狀
為星形。所述泵浦源4的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纖側(cè)面。實(shí)施方式四帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，如圖7、8，包括光纖和泵浦源4。光纖包括纖芯1、包層2和在包層2外部的增透層3。增透層3的結(jié)構(gòu)為第一層31、第二層32、第三層33、第四層34.....第四十九層
349、第五十層350共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. 8，五十層石英介質(zhì)折射率高低相間，高折射率為1. 7， 低折射率為1.2。所述的纖芯1的半徑為20 μ m,增透層3的外半徑為200 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. 6，內(nèi)包層21的形狀為D形。所述泵浦源4的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纖側(cè)面。
權(quán)利要求1.帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，包括光纖和泵浦源G)，泵浦源對(duì)光纖側(cè)面泵浦；其特征在于光纖包括纖芯(1)、包層( 和在包層( 外部的增透層(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所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，其特征在于所述的纖芯(1)的折射率為1. 4 1. 8，包層O)的折射率為1. 3 1. 7，N層石英介質(zhì)折射率高低相間，高折射率為1. 7 1. 9，低折射率為1. 2 1. 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，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所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，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所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，其特征在于所述泵浦源( 的泵浦方式為側(cè)面分布式泵浦，泵浦源( 直接照射于光纖(4)側(cè)面。
專(zhuān)利摘要帶有增透層結(jié)構(gòu)的分布式側(cè)面泵浦光纖放大器，涉及光通信和光信號(hào)大功率放大領(lǐng)域。該放大器，包括光纖和泵浦源(4)；光纖包層纖芯(1)、包層(2)和增透層(3)，增透層(3)為增透膜或是折射率高低相間的石英介質(zhì)組成的增透結(jié)構(gòu)。纖芯(1)的半徑為2μm～50μm，增透層(3)的外半徑為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)。解決了目前大功率光纖放大器的側(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)G02B6/02GK202093292SQ20112017435
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者馮素春, 寧提綱, 李晶, 油海東, 溫曉東, 裴麗, 顔玲玲 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)