CN101764342A - 多纤芯双包层有源光纤、泵浦激光输出装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多纤芯双包层有源光纤、采用该光纤的泵浦激光输出装置及方法，该多纤芯双包层有源光纤包括掺稀土离子单模纤芯、多模泵浦纤芯、内包层及外包层；内包层将掺稀土离子单模纤芯包裹，外包层将内包层包裹，多模泵浦纤芯为至少两根，布设于外包层内且分布在内包层的周围；掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，且内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯的五倍；多模泵浦纤芯的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯的后端为高反射端、前端为低反射端。本发明可以实现大功率激光的输出，结构简单，损耗小。
Description
技术领域
本发明属于激光领域，具体涉及一种多纤芯双包层有源光纤、采用该光纤的泵浦激光输出装置及方法。
背景技术
双包层光纤技术是当今国内外用来制造高功率光纤激光器的关键技术。双包层光纤通过掺杂稀土离子实现巨大的容量和较高的泵浦功率，由此而制得的大功率光纤激光器在通信、医疗、遥感等领域得到广泛应用。
为了提高光纤激光器的输出功率，1961年，Snitzer等人首先提出了双包层结构的光纤，即在普通单包层结构光纤的纤芯和包层之间引入了一个内包层，使整个光纤包括三个部分：纤芯、圆形的内包层和外包层。包含激活离子的单模纤芯被折射率低于纤芯的多模圆形内包层所包围，该内包层又被折射率更低的外包层所包围，泵浦激光藕合注入到圆形内包层中，并被内外包层界面处的全内反射所限制，当在内包层中传输的泵浦光经过纤芯时，被纤芯中的激活离子吸收，从而实现了包层泵浦。在制作光纤时，使内包层的几何尺寸比纤芯大很多，同时使内包层和外包层折射率函数的数值孔径也尽量大，这样可以更有效地接收来自多模泵浦激光源的功率，从而提高输出激光的功率。
激光泵浦技术作为高功率光纤激光器和光纤放大器的核心技术之一，最终目的是要把几百瓦甚至数千瓦的LD泵浦激光功率耦合到直径只有数百微米的双包层有源光纤内包层中。
目前的双包层激光泵浦技术，绝大多数采用并束技术，将多个泵浦LD光通过光纤熔融拉锥并束器汇聚得到较大功率的泵浦，而后耦合入双包层有源光纤，从而实现高功率光纤激光输出。
在实际研究中发现，采用此种方式存在以下问题：
对光纤熔融拉锥并束器件要求非常严格。目前，市场上存在的光纤并束器通透效率最高可达95％，同时插入损耗较小。然而，在更高功率光纤激光层面上，往往细微的损耗都可能导致光纤局部发热甚至烧毁。因此，高功率光纤激光器模块中，器件应该尽可能的减少以避免上述情况的发生。
在采用常规的双包层光纤(单模纤芯，内包层，外包层以及保护层)的双向泵浦激光结构当中，并束器的使用对激光输出路径有一定的消极影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多纤芯双包层有源光纤、采用该光纤的泵浦激光输出装置及方法，本发明可以实现大功率激光的输出，结构简单，损耗小。
其技术方案如下：
一种多纤芯双包层有源光纤，包括掺稀土离子单模纤芯、多模泵浦纤芯、内包层及外包层；内包层将掺稀土离子单模纤芯包裹，外包层将内包层包裹，多模泵浦纤芯为至少两根，布设于外包层内且分布在内包层的周围；掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，且内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯的五倍；多模泵浦纤芯的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯的后端为高反射端、前端为低反射端。
该有源光纤的进一步结构是：
各所述多模泵浦纤芯均布于所述内包层的周围。
所述内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯直径的十倍；所述内包层的直径为所述多模泵浦纤芯直径的0.8倍至1.2倍。
所述多模泵浦纤芯直径为所述内包层直径的0.8倍至1.2倍。
采用前述有源光纤有泵浦激光输出装置结构是：其包括掺稀土离子单模纤芯、多模泵浦纤芯、内包层、外包层及泵浦源；内包层将掺稀土离子单模纤芯包裹，外包层将内包层包裹，多模泵浦纤芯为至少两根，布设于外包层内且分布在内包层的周围；掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，且内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯的五倍；多模泵浦纤芯的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯的后端为高反射端、前端为低反射端；泵浦光输入端与泵浦源的多模尾纤连接。
进一步，各所述多模泵浦纤芯的前端及后端均伸出而形成所述泵浦光输入端，各泵浦光输入端分别与泵浦源的多模尾纤连接而构成双向泵浦结构，各泵浦源的输出波长相同。
在所述掺稀土离子单模纤芯的后端设有高反射率光栅，在所述掺稀土离子单模纤芯的前端设有低反射率光栅。所述掺稀土离子单模纤芯中掺杂离子由泵浦光泵向高能级，经激射光子受激辐射，再经谐振腔振荡，得到高功率的激光输出。
前述泵浦激光输出装置采用的泵浦激光输出方法包括如下步骤：
a、泵浦源所产生的激光经泵浦源的多模尾纤输入多模泵浦纤芯；
b、由于掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，进入多模泵浦纤芯的激光耦合入内包层，不断的穿越掺稀土离子单模纤芯，并将稀土离子泵向高能态，达到离子数反转，经由激射光子激发形成受激辐射后，在谐振腔中振荡，得到高功率的激光输出。
综上所述，本发明的优点是：高功率泵浦源一般为多模尾纤输出，各多模尾纤分别与多纤芯双包层有源光纤中的多模泵浦纤芯纤芯直接熔接，多模泵浦纤芯纤芯直径与多模尾纤的包层直径想匹配，将波长为λ1的泵浦光无损耗的导入多纤芯双包层有源光纤中，并传入内包层并使泵浦光束不断穿越掺稀土离子单模纤芯，将内包层中稀土离子不断泵向高能级，达到粒子数反转；由激射光子实现受激辐射，通过光纤光栅谐振腔结构进行腔内振荡后，待超过出射阈值后，通过激光输出装置，实现波长为λ2高功率单模激光输出。本发明可以实现大功率激光的输出，结构简单，损耗小。
附图说明
图1是本发明实施例中，泵浦激光输出装置的结构示意图；
图2是图1中，多纤芯双包层有源光纤的断面图；
附图标记说明：
1、多纤芯双包层有源光纤，2、掺稀土离子单模纤芯，3、多模泵浦纤芯，4、内包层，5、外包层，6、泵浦源，7、多模尾纤，8、高反射率光栅，9、低反射率光栅。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
如图1至图3所示，一种泵浦激光输出装置，包括掺稀土离子单模纤芯2、多模泵浦纤芯3、内包层4、外包层5及泵浦源6；内包层4将掺稀土离子单模纤芯2包裹，外包层5将内包层4包裹，多模泵浦纤芯3为至少两根，布设于外包层5内且分布在内包层4的周围；掺稀土离子单模纤芯2、内包层4、外包层5的折射率依次降低，且内包层4的直径大于掺稀土离子单模纤芯2的五倍；多模泵浦纤芯3的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯2的后端为高反射端、前端为低反射端，泵浦光输入端与泵浦源6的多模尾纤7连接。
其中，前述掺稀土离子单模纤芯2、多模泵浦纤芯3、内包层4及外包层5组成多纤芯双包层有源光纤1；各所述多模泵浦纤芯3均布于所述内包层4的周围，所述内包层4的直径为120μm，掺稀土离子单模纤芯2的直径为6μm，多模泵浦纤芯3直径为120μm，外包层5的直径为400μm。
各所述多模泵浦纤芯3的前端及后端均伸出而形成所述泵浦光输入端，各泵浦光输入端分别与泵浦源6的多模尾纤7连接而构成双向泵浦结构，各泵浦源6的输出波长相同；在所述掺稀土离子单模纤芯2的后端设有高反射率光栅8，在所述掺稀土离子单模纤芯2的前端设有低反射率光栅9。所述掺稀土离子单模纤芯2中的激光经受激辐射后，再经谐振腔振荡后输出。
本实施例所述泵浦激光输出方法包括如下步骤：
a、泵浦源6所产生的激光经泵浦源6的多模尾纤7输入多模泵浦纤芯3；
b、由于掺稀土离子单模纤芯2、内包层4、外包层5的折射率依次降低，进入多模泵浦纤芯3的激光耦合入内包层4，不断的穿越掺稀土离子单模纤芯2，并将稀土离子泵向高能态，达到离子数反转，经激射光子激发而形成受激辐射后，在谐振腔中振荡，得到高功率的激光输出。
高功率泵浦源6均带有多模尾纤7，各多模尾纤7分别与多纤芯双包层有源光纤1中的多模泵浦纤芯3直接熔接，将泵浦光无损耗的导入多纤芯双包层有源光纤1中，并传入内包层4并使泵浦光束不断穿越掺稀土离子单模纤芯2，将内包层4中稀土离子不断泵向高能级，达到粒子数反转；而后，通过形成的光纤光栅谐振腔结构进行腔内振荡后，待超过出射阈值后，实现高功率单模激光输出。本发明可以实现大功率激光的输出，结构简单，损耗小。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多纤芯双包层有源光纤，其特征在于，包括掺稀土离子单模纤芯、多模泵浦纤芯、内包层及外包层；内包层将掺稀土离子包裹，外包层将内包层包裹，多模泵浦纤芯为至少两根，布设于外包层内且分布在内包层的周围；掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，且内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯的五倍；多模泵浦纤芯的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯的后端为高反射端、前端为低反射端。
2.如权利要求1所述多纤芯双包层有源光纤，其特征在于，各所述多模泵浦纤芯均布于所述内包层的周围。
3.如权利要求1所述多纤芯双包层有源光纤，其特征在于，所述内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯直径的十倍；所述内包层的直径为所述多模泵浦纤芯直径的0.8倍至1.2倍。
4.如权利要求1或2或3所述泵浦激光输出装置，其特征在于，在所述掺稀土离子单模纤芯的后端设有高反射率光栅，在所述掺稀土离子单模纤芯的前端设有低反射率光栅。
5.一种泵浦激光输出装置，其特征在于，包括掺稀土离子单模纤芯、多模泵浦纤芯、内包层、外包层及泵浦源；内包层将掺稀土离子单模纤芯包裹，外包层将内包层包裹，多模泵浦纤芯为至少两根，布设于外包层内且分布在内包层的周围；掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，且内包层的直径大于掺稀土离子单模纤芯的五倍；多模泵浦纤芯的端部伸出而形成泵浦光输入端，掺稀土离子单模纤芯的后端为高反射端、前端为低反射端；泵浦光输入端与泵浦源的多模尾纤连接。
6.如权利要求5所述泵浦激光输出装置，其特征在于，各所述多模泵浦纤芯的前端及后端均伸出而形成所述泵浦光输入端，各泵浦光输入端分别与泵浦源的多模尾纤连接而构成双向泵浦结构，各泵浦源的输出波长相同。
7.如权利要求5或6所述泵浦激光输出装置，其特征在于，在所述掺稀土离子单模纤芯的后端设有高反射率光栅，在所述掺稀土离子单模纤芯的前端设有低反射率光栅。
8.一种泵浦激光输出方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、泵浦源所产生的激光经泵浦源的多模尾纤输入多模泵浦纤芯；
b、由于掺稀土离子单模纤芯、内包层、外包层的折射率依次降低，进入多模泵浦纤芯的激光耦合入内包层，不断的穿越掺稀土离子单模纤芯，并将稀土离子泵向高能态，达到离子数反转，经由激射光子激发形成受激辐射后，在谐振腔中振荡，得到高功率的激光输出。
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