光纖、光纖振蕩器和光纖放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖，以及應(yīng)用此光纖的光纖振蕩器和光纖放大器。此光纖是一種增益光纖，由纖芯、內(nèi)包層和外包層組成。纖芯的橫截面沿光纖軸向保持不變；內(nèi)包層的橫截面積從泵浦光入射的一端到泵浦光出射的一端沿光纖軸向逐漸變化，從而內(nèi)包層沿光纖軸向成為泵浦光入射的一端橫截面積大而泵浦光出射的一端橫截面積小的錐體。此錐形光纖可以獲得泵浦光功率的均勻吸收。
【專利說明】光纖、光纖振蕩器和光纖放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光導(dǎo)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及光纖、光纖振蕩器和光纖放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]對于端面泵浦的光纖振蕩器和放大器來說，泵浦功率的吸收技術(shù)是提高其輸出功率的一個關(guān)鍵技術(shù)。端面泵浦耦合技術(shù)是高功率光纖放大器的常用耦合方式，其具有轉(zhuǎn)化效率聞、容易實現(xiàn)等優(yōu)點。
[0003]目前，對于普通雙包層光纖，纖芯直徑受基模要求的限制而不能太大，如果光纖的內(nèi)包層直徑無限制的增大就會減小泵浦吸收，因此普通雙包層光纖的內(nèi)包層直徑會限制初始入射的泵浦功率，最終限制端面泵浦光纖激光器的輸出功率。最近，一種有源錐形光纖作為增益介質(zhì)的光纖激光器和放大器被提出，因為這種錐形光纖的寬端部分具有大的包層截面，因此它可以被低亮度、高功率的激光二極管泵浦，同時其窄端部分的纖芯直徑較小可以滿足基模輸出的要求。
[0004]但是此普通錐形光纖的包層和纖芯呈現(xiàn)相同的錐形形狀，即包層與纖芯的直徑比值不變，這就導(dǎo)致了泵浦功率的吸收沿光纖長度是非均勻的，即對泵浦光功率的吸收主要集中在泵浦端面處，這就會導(dǎo)致熱損傷、非線性效應(yīng)等問題，從而最終影響輸出功率的提高和器件的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)解決的技術(shù)問題
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖，能夠?qū)崿F(xiàn)對泵浦功率均勻吸收。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0009]一種光纖，包括:纖芯、內(nèi)包層和外包層。其中，纖芯的橫截面沿光纖軸向保持不變；內(nèi)包層的橫截面積從泵浦光入射的一端到泵浦光出射的一端沿光纖軸向逐漸變化，從而內(nèi)包層沿光纖軸向成為泵浦光入射的一端橫截面積大而泵浦光出射的一端橫截面積小的椎體。
[0010]其中，所述的光纖為增益光纖。
[0011]其中，所述的纖芯屬于摻雜纖芯，在光纖纖芯上摻雜有鉺、鐿、銩和釹的其中一種或幾種。
[0012]其中，纖芯的折射率分布的類型為階躍形、肩膀形、A形、拋物形、W形中的其中一種。
[0013]其中，所述錐體沿光纖軸向剖面的兩條側(cè)邊為對稱的直線或弧線，所述錐體沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱。
[0014]一種光纖振蕩器，包含上述的光纖。[0015]一種光纖放大器，包含上述的光纖。
[0016](三)有益效果
[0017]本發(fā)明至少具有如下的有益效果:
[0018]1、此光纖的特點是:纖芯橫截面沿光纖軸向不變，而內(nèi)包層和外包層截面的面積沿光纖軸向逐漸減小，即纖芯和內(nèi)包層的面積比值沿光纖軸向逐漸增大。因此泵浦光從此光纖的大端面注入，沿著光纖軸方向內(nèi)包層橫截面積逐漸減小造成吸收的泵浦光減少，但由于摻雜纖芯與內(nèi)包層橫截面積的比值逐漸增大，因此將泵浦功率沿光纖長度均勻地耦合進(jìn)入摻雜纖芯內(nèi)，可以獲得泵浦功率的均勻吸收。
[0019]2、此光纖是增益光纖，由于所用的纖芯是摻雜纖芯，包括鉺、鐿、銩和釹等在內(nèi)的各種增益粒子在光纖纖芯上摻雜。如此，光纖就被“激活”，變成有源介質(zhì)，當(dāng)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL泵浦時，就會在確定的波長上產(chǎn)生激光和放大。因此，此光纖可以應(yīng)用于光纖振蕩器和光纖放大器。
[0020]3、上述的光纖呈錐形結(jié)構(gòu)，而錐形側(cè)面剖面的兩條側(cè)邊為對稱的直線或弧線。包層呈不同錐形結(jié)構(gòu)的光纖吸收泵浦功率的速度不同，因此，包層錐形結(jié)構(gòu)的類型可按具體設(shè)計需求確定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
[0022]附圖1是本發(fā)明中一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的雙包層光纖結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是本發(fā)明中一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的雙包層光纖設(shè)計實例；
[0024]圖3是本發(fā)明中一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的雙包層光纖設(shè)計實例；
[0025]圖4是一種包含包層呈錐形結(jié)構(gòu)光纖的光纖振蕩器的應(yīng)用實例。
[0026]圖5是一種包含包層呈錐形結(jié)構(gòu)光纖的光纖放大器的應(yīng)用實例。
[0027]圖6: (a)前向端面泵浦的泵浦光在包層呈錐形的光纖中傳播動力學(xué)特性；(b)前向端面泵浦的泵浦光在普通雙包層光纖中傳播動力學(xué)特性；(C)前向端面泵浦的泵浦光在普通錐形光纖中傳播動力學(xué)特性；(d)輸出泵浦功率與初始入射泵浦功率的比值沿光纖長度的演化曲線；(e)泵浦功率的吸收速度沿光纖長度的演化曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]參見圖1，本發(fā)明實施例提供了 一種光纖，所述光纖包括摻雜纖芯101,內(nèi)包層102，及外包層103。摻雜纖芯101的橫截面積沿光纖軸向不變，內(nèi)包層102和外包層103的橫截面積從泵浦光入射端到出射端沿光纖軸向逐漸減小。因此，摻雜纖芯101和內(nèi)包層102的面積比值沿光纖軸向逐漸增大。
[0030]可見，此光纖的特點是:其摻雜纖芯101的橫截面積不變，而內(nèi)包層的橫截面積從泵浦光入射端到出射端沿光纖軸向逐漸減小，則摻雜纖芯與內(nèi)包層橫截面積的比值逐漸增大。泵浦光從大端面入射后，沿著光纖軸方向內(nèi)包層橫截面積逐漸減小，造成吸收的泵浦光減少，但由于摻雜纖芯與內(nèi)包層橫截面積的比值逐漸增大，因此可以獲得泵浦光功率的均勻吸收。如圖6所示:其中包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖的寬端直徑為125um，其窄端直徑為72um。泵浦光在包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖、普通雙包層光纖和普通錐形光纖中的傳播動力學(xué)特征分別如圖6中(a)、(b)、(c)所示，(a)、(b)、(c)中的白色光點表示的是光纖吸收的泵浦光。輸出泵浦功率與初始入射泵浦功率的比值沿光纖長度的演化如圖(d)所示，圖(d)中的橫軸表示光纖的長度變化，縱軸表示輸出泵浦功率與初始入射泵浦功率的比值；泵浦功率的吸收速度沿光纖長度的演化如圖(e)所示，圖(e)中的橫軸表示光纖的長度變化，縱軸表示泵浦功率的吸收速度?？梢钥闯?，在端面泵浦的普通雙包層光纖和普通錐形光纖中，泵浦吸收主要集中在泵浦端面部分，而在端面泵浦的包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖中，泵浦功率沿光纖被均勻吸收。
[0031]如上所述的光纖是增益光纖，是由于所用的纖芯是摻雜纖芯，包括鉺、鐿、銩和釹等在內(nèi)的各種增益粒子在光纖纖芯上摻雜。如此，光纖就被“激活”，變成有源介質(zhì)，當(dāng)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL泵浦時，就會在確定的波長上產(chǎn)生激光和放大。因此，此光纖可以應(yīng)用于光纖振蕩器和光纖放大器。
[0032]上述的光纖呈錐形結(jié)構(gòu)，而錐形結(jié)構(gòu)側(cè)面剖面的兩條側(cè)邊為對稱的直線或弧線。不同包層錐形結(jié)構(gòu)的光纖吸收泵浦功率的速度不同，因此，包層錐形結(jié)構(gòu)的類型可按具體設(shè)計需求確定。
[0033]參見圖2，本發(fā)明實施例提供了一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的雙包層光纖的設(shè)計實例，其中包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖201中的纖芯202的直徑為20um，并且沿光纖軸向不變。而包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖201的內(nèi)包層的直徑沿光纖軸向逐漸減小，其中，內(nèi)包層橫截面的寬端203的直徑為125um，窄端204的直徑為72um，包層呈錐形光纖201的纖芯202和內(nèi)包層的數(shù)值孔徑為0.06/0.22.此設(shè)計實例為凸型錐形光纖205。
[0034]參見圖3，本發(fā)明實施例提供了另一種包層呈錐形結(jié)構(gòu)的雙包層光纖的設(shè)計實例，其中包層呈錐形光纖301中的纖芯302的直徑為20 μ m，并且沿光纖軸向不變；包層呈錐形光纖301的包層的直徑沿光纖軸向逐漸減小，其中，內(nèi)包層橫截面的寬端303的直徑為400 μ m，窄端304的直徑為100 μ m ;包層呈錐形光纖301的纖芯302和內(nèi)包層的數(shù)值孔徑為0.06/0.22。此設(shè)計實例為凹型錐形光纖305。
[0035]參見圖4，本發(fā)明實施例提供了一種包含包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖的振蕩器，包括:光纖振蕩器由泵浦源401、合束器402、高反射光柵403、包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖404、輸出耦合光柵405和輸出端帽407。
[0036]這些器件通過多個熔接點406組成一個全光纖系統(tǒng)。采用前向端面泵浦耦合，經(jīng)合束器402將泵浦源401激光耦合進(jìn)入包層呈錐形增益光纖404。由高反射光柵403和輸出耦合光柵405組成的振蕩腔選擇一個特定的自發(fā)輻射光，使其在振蕩腔內(nèi)振蕩放大，激光從端帽407輸出。
[0037]參見圖5，本發(fā)明另一個實施例提供了 一種包含包層呈錐形結(jié)構(gòu)的光纖的放大器，包括:種子源501、泵浦源502、合束器503、包層呈錐形增益光纖504和輸出端帽506。
[0038]這些器件通過熔接點505組成一個全光纖系統(tǒng)。采用前向端面泵浦耦合，將種子源501激光和泵浦源502激光耦合進(jìn)入包層呈錐形增益光纖504。泵浦光和信號光從包層呈錐形增益光纖504的寬端注入，從包層呈錐形增益光纖504的窄端出射。最終，放大后的信號光從端帽506的輸出。
[0039]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖，其特征在于，包括:纖芯、內(nèi)包層和外包層； 纖芯的橫截面沿光纖軸向保持不變； 內(nèi)包層的橫截面積從泵浦光入射的一端到泵浦光出射的一端沿光纖軸向逐漸變化，從而內(nèi)包層沿光纖軸向成為泵浦光入射的一端橫截面積大而泵浦光出射的一端橫截面積小的錐體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述的光纖為增益光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于， 所述的纖芯屬于摻雜纖芯，在光纖纖芯上摻雜有鉺、鐿、銩和釹的其中一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述光纖，其特征在于，纖芯的折射率分布的類型為階躍形、肩膀形、A形、拋物形、W形中的其中一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于， 所述錐體沿光纖軸向剖面的兩條側(cè)邊為對稱的直線或弧線，所述錐體沿光纖軸旋轉(zhuǎn)對稱。
6.一種光纖振蕩器，其特征在于，包含權(quán)利要求1至5中任意一項所述的光纖。
7.一種光纖放大器，其特征在于，包含權(quán)利要求1至5中任意一項所述的光纖。
【文檔編號】G02B6/036GK103777271SQ201310616937
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】鞏馬理, 肖起榕, 閆平, 張海濤, 柳強(qiáng) 申請人:清華大學(xué)