CN100555010C - 包含光敏性单芯的多芯光纤及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种以掺杂有源介质为增益介质制作的包含单芯光敏性的多芯双包层光纤，利用该双包层多芯光纤可以制作主动锁相多芯相干包层泵浦大功率光纤激光器。利用掺有源介质的无紫外光敏性的预制棒和掺有源介质的强紫外光敏性的预制棒制作多芯光纤的纤芯。强紫外光敏性的纤芯在多芯光纤中只有一个。纤芯之间可以按照一定规律排列，也可以任意方式排列；纤芯数量可以根据需要增减。具有光敏性的纤芯中可以写入光栅。多芯光纤为有源光纤，主要用于光纤激光器。本发明可以大大降低被动锁相多芯光纤激光器对多芯光纤一致性的要求，简化了多芯光纤制作工艺，也简化了以往主动锁相光纤激光器的复杂反馈控制系统。具有受环境影响小、结构紧凑、易于实施等特点。

Description

包含光敏性单芯的多芯光纤及制备方法

技术领域

本发明涉及包含光敏性单芯的多芯光纤及制备方法，即大功率双包层光纤激光器、有源多芯包层泵浦光纤以及光纤光栅的定点写入技术，尤其是主动锁相多芯相干包层泵浦大功率光纤激光器技术，属于大功率激光器、特种光纤技术、光纤激光组束技术以及光电子器件等领域。

背景技术

稀土掺杂光纤领域是当前光学中一个崭新的分支，稀土离子的增益特性结合光纤的优点，发展出了许多结构紧凑、效率很高的器件，特别是稀土掺杂光纤激光器得到了前所未有的高速发展。掺镱包层泵浦光纤激光器可以实现高功率高光束质量的激光输出，是当前国际上研究的一大热点。

高功率光纤激光器将半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术有机结合起来，吸收两者优势，将高功率、低亮度、廉价的多模LD光通过泵浦双包层光纤结构，实现高亮度、衍射受限的单模激光输出，大大提高了耦合及转换效率，增加了输出激光功率。光纤激光器只消耗相当于1％的灯泵激光器所需电能，同时其效率是半导体泵固体激光器(Nd激光系统)的两倍以上。更高的效率、更长的使用寿命、更少的维护结合起来使得光纤激光器的应用富有极强的吸引力。

光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过1kW的单模激光，但是随着激光技术在材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等领域的飞速发展，对高功率、高质量、高强度的激光需求愈来愈迫切，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。由于受到非线性、结构因素和衍射极限的限制，且随着功率的增加，光束质量变差。因此需要组束技术，实现大功率、高质量的激光输出。

激光组束分为相干组束和非相干组束。非相干组束是通过多个相近激光波长在近场或远场获得光场的叠加，可以提高激光亮度，但是光束质量严重变差，且效率低下。

多路激光束通过相干叠加，输出很亮的激光，同时光束的M²因子保持不变，因此利用光纤激光器结构简单、体积小、使用灵巧的特点，采用相干组束实现大功率高质量的激光输出，将在光电对抗和导弹防御等军事、大型设备精密加工工业以及核聚变点火中发挥重要作用，使得光纤激光相干组束受到广泛的重视，具有广阔的市场前景。

多芯光纤自组装即一根共用的内包层中类光子晶体样排列多个掺杂单模光纤，这些纤芯直径和掺杂参数相同，芯芯之间距离为微米量级，同时芯芯排列成环形、矩形等规则几何形状，泵浦光对所有的纤芯同时泵浦，在光纤的输出端就可以获得多路激光。多路激光束之间距离很近并且规则排列，在传输过程中各个纤芯内的激光束通过瞬逝波产生耦合，实现被动锁相。这种自组织多芯光纤激光器，其各个纤芯的一致性要求及其苛刻，其同相位输出是靠各个纤芯参数的高度一致性来保证的，工艺实现及其困难，目前还没有大功率光纤激光器采用此类光纤的报道；而且目前报道的多芯光纤激光器采用被动锁相，某个芯的作用占主导是随机的，容易造成波长漂移与功率波动，不利于应用。

要实现多芯光纤的主动锁相，采用通常的相干检测、相位调整技术是不可行的，因为无法单独调整多芯光纤内的某个纤芯的参数。要对多芯光纤激光器主动锁相，需要对用于多芯光纤激光器的多芯光纤进行创新的设计。在多芯光纤中的某个纤芯有光敏性，其它的纤芯没有光敏性，在有光敏性的光纤中可以写入光栅，构成主谐振腔，主动锁相。

所述包含光敏性单芯的多芯光纤突破目前多芯光纤激光器用多芯光纤的设计思想，每个芯的参数不需要严格一致，可以根据需要任意设计；各个纤芯的之间的距离、各个纤芯的排列方式也不需要严格控制；各个纤芯的掺杂元素、掺杂浓度可以任意选择；各个纤芯的尺寸也可以不同；各个纤芯内层的结构、形状也可以不同，这样就对多芯光纤制作工艺大大降低，采用一般的堆积工艺就可以实现。

所述的包含光敏性单芯的多芯光纤，很容易写入构成谐振腔用的光栅，采用通常的光栅写入工艺就可以实现。在写入光栅的时候，不会影响旁边其它的纤芯。

发明内容

为了克服已有的自组装多芯被动锁相光纤激光器的不足，需要实现主动锁相，本发明提供一种主动锁相多芯相干包层泵浦光纤激光器用的包含光敏性单芯的多芯光纤及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：包含光敏性单芯的多芯光纤的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制作多芯光纤的预制棒采用两种不同沉积元素的材料，没有光敏性的纤芯用预制棒不掺锗；具有光敏性的纤芯用预制棒掺锗、硼。

步骤2、把两种预制棒都拉制成较细的细棒，把细棒的外包层除掉，只留下内包层、纤芯这两层。

步骤3、如果需要制作的多芯光纤的芯数为N，那么没有光敏性的细棒需要N-1根，具有光敏性的细棒只需要1根。

步骤4、把N-1根只有内包层、纤芯这两层的细棒，与1根具有光敏性的细棒组织起来，拉制成光纤，这种光纤就是本发明所研制的包含光敏性单芯的多芯光纤。

本发明的优点是：可以大大降低被动锁相多芯光纤激光器对多芯光纤一致性的要求，简化了多芯光纤制作工艺，也简化了以往主动锁相光纤激光器的复杂反馈控制系统。本发明还具有受环境影响小、结构紧凑、易于实施等特点。

本发明介绍一种以掺杂有源介质为增益介质制作的包含单芯光敏性的多芯双包层光纤及其制作方法，利用该双包层多芯光纤可以制作主动锁相多芯相干包层泵浦大功率光纤激光器。

附图说明

图1为包含光敏性单芯的多芯光纤示意图。

图1中12为无光敏性的纤芯；

图1中11为具有光敏性的纤芯；

图1中21为多芯光纤的外包层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明不涉及不具有光敏性、具有光敏性预制棒的制作等，这些均为他人专利或者文献报道者拥有。

如图1所示，一种主动锁相多芯相干光纤激光器用的具有包含单芯光敏性的多芯光纤，制备方法有如下步骤：

步骤1、制作不具有光敏性的双包层光纤预制棒，没有光敏性的纤芯(11)用预制棒不掺锗；

步骤2、制作具有光敏性的双包层光纤预制棒，具有光敏性的纤芯(12)用预制棒掺锗、硼；

步骤3、把步骤1和步骤2所获得的具有光敏性的双包层光纤预制棒和不具有光敏性的双包层光纤预制棒拉制成直径5mm左右的细棒；

步骤4、利用HF腐蚀法或者外圆磨把具有光敏性的和不具有光敏性的上述两种双包层直径5mm左右的细棒的外包层除去；

步骤5、把完成步骤4以后的，不具有光敏性的双包层细棒N-1根，和具有光敏性的双包层细棒1根组织起来，套一个合适的外包层管(21)；

步骤6、把完成步骤5的组织起来的棒拉丝，制作出包含单芯光敏性的多芯光纤。

实施例2：

以包含光敏性单芯的5芯光纤为例，制备方法有如下步骤：

步骤1、制作不具有光敏性的双包层光纤预制棒1根；

步骤2、制作具有光敏性的双包层光纤预制棒1根；

步骤3、把步骤1和步骤2所获得的具有光敏性的双包层光纤预制棒和不具有光敏性的双包层光纤预制棒拉制成直径5mm左右的细棒；

步骤4、利用HF腐蚀法或者外圆磨把具有光敏性的和不具有光敏性的上述两种双包层直径5mm左右的细棒的外包层除去；

步骤5、把完成步骤4以后的，不具有光敏性的双包层细棒4根，和具有光敏性的双包层细棒1根组织起来，套一个合适的外包层管；

步骤6、把完成步骤5的组织起来的棒拉丝，制作出包含单芯光敏性的5芯光纤。

实施例3：

采用实施例1或实施例2的步骤，一种主动锁相多芯光纤激光器用包含单芯光敏性的多芯光纤及制备方法，多芯光纤中，仅有一根具有光敏性，其余的纤芯都不具有或者仅具有极弱的光敏性。具有光敏性的纤芯在紫外光作用下，折射率可以改变。可以应用于主动锁相多芯光纤激光器的制作。

多芯光纤为增益介质掺杂。

每个纤芯掺杂的增益介质可以相同，或者也可以不相同。

多芯光纤为多芯包层泵浦光纤，且任意单个芯内包层形状可以是以下任何一种非圆形：矩形、或D型、或圆角矩形、或六边形、或八边形以及或梅花形，也可以或为圆形；不局限于上述形状，可以是其他任意形状。

多芯光纤，各个纤芯之间的距离可以是有规律排列，或为任意排列。

所述多芯光纤，各个纤芯本身的尺寸可以是单模条件，或为多模条件。

所述多芯光纤，纤芯数量不限制，可以是任意纤芯数，或为1个以上。

所述多芯光纤的光敏纤芯可以在紫外光的作用下，利用掩模法或者双光束干涉法写入光栅。

所述多芯光纤的非光敏性的纤芯在紫外光的作用下，折射率不变化或者变化很微弱。

本发明的多芯光纤可以用于主动锁相多芯光纤激光器的制作。

Claims (10)

1、包含光敏性单芯的多芯光纤的制备方法，其特征是：

包括如下步骤：

步骤1、制作多芯光纤的预制棒采用两种不同沉积元素的材料，没有光敏性的纤芯用预制棒不掺锗；具有光敏性的纤芯用预制棒掺锗和硼；

步骤2、把两种棒都拉制成细棒，把细棒的外包层除掉，只留下内包层、纤芯这两层；

步骤3、如果需要制作的多芯光纤的芯数为N，那么没有光敏性的细棒需要N-1根，具有光敏性的细棒只需要1根；

步骤4、把N-1根只有内包层、纤芯这两层的细棒，与1根具有光敏性的细棒组织起来，拉制成包含光敏性单芯的多芯光纤；

步骤5、多芯光纤的光敏纤芯在紫外光的作用下，利用掩模法或者双光束干涉法写入光栅。

2、根据权利要求1所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：多芯光纤中，仅有一根具有光敏性，其余的纤芯都不具有光敏性。

3、根据权利要求2所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：多芯光纤为增益介质掺杂。

4、根据权利要求3所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：每个纤芯掺杂的增益介质可以相同，或不相同。

5、根据权利要求2所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：为多芯包层泵浦光纤，且任意单个芯内包层形状是以下任何一种圆形或非圆形：矩形、或D型、或圆角矩形、或六边形、或八边形以及或梅花形。

6、根据权利要求5所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：各个纤芯之间的距离可以是有规律排列，或任意排列。

7、根据权利要求5所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：各个纤芯本身的尺寸可以是单模条件，或是多模条件。

8、根据权利要求2所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：纤芯数量为1个以上。

9、根据权利要求2所述的制备方法的多芯光纤，其特征是：多芯光纤非光敏性的纤芯在紫外光的作用下，折射率不变化或者变化很微弱。

10、多芯光纤中具有唯一一根具有光敏性的光纤的应用，其特征是：利用具有光敏性的纤芯在紫外光作用下，利用掩模法或者双光束干涉法写入光栅，应用于主动锁相多芯光纤激光器的制作。

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