CN102162875A - 带有增透层的光纤结构 - Google Patents

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温晓东
宁提纲
裴丽
李晶
郑晶晶
油海东
张婵
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本发明公开了带有增透层的光纤结构，涉及一种光纤结构，适用于光纤放大器和光纤激光器领域。该带有增透层的光纤结构包括：纤芯(1)、包层(2)、在包层(2)的外部设有增透层(3)。增透层(3)的结构为增透膜或是N层折射率高低相间的石英介质，N＝5～50。纤芯(1)的半径为2μm～50μm，光纤外半径为50μm～1000μm，增透层(3)的厚度为5μm～50μm。增透层(3)中高低折射率相间的层数为5～50。光纤有双包层结构分为内包层(21)和外包层(22)。解决了激光器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，光纤的机械强度严重降低；已有的光纤侧面泵浦技术耦合点处光功率密度相比光纤其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。

Description

带有增透层的光纤结构
技术领域
本发明涉及一种光纤结构。特别应用于侧面分布式泵浦的光纤放大器和光纤激光器领域。
背景技术
目前光纤激光器和放大器多数采用端面泵浦，原因在于端面泵浦的耦合效率较高，但同时随着泵浦功率的提升，光纤端面耦合点的光功率密度也随之增加，极容易造成光纤端面无法修复的损伤。对于大功率光纤放大器和激光器，端面泵浦的方法显然无法满足要求，侧面泵浦逐步得到发展。
目前侧面泵浦技术分以下几个方面：
多模光纤熔锥侧面泵浦耦合方式。多模光纤熔融拉锥定向耦合是将多根裸光纤和去掉外包层的双包层光纤缠绕在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，能够将泵浦光由多模光纤通过双包层光纤侧面导入内包层，从而实现定向侧面耦合泵浦。
这种方法实现的激光器，由于熔融拉锥的制作过程使得在泵浦光纤与多模有源光纤的耦合处光纤结构发生了变化，这对于激光功率及质量的提高不利。
V槽侧面泵浦耦合。该技术先将双包层光纤外包层去除一小段，然后在裸露的内包层刻蚀出一个V槽，槽的一个斜面用作反射面，也可将两个面都用于反射。泵浦光由半导体激光器经微透镜耦合，使泵浦光在V槽的侧面汇聚，经过侧面反射后改变方向进入双包层光纤内包层，从而沿着光纤的轴向传输。为了提高耦合效率，该方法要求V型反射槽对泵光全反射。
这种泵浦方式制得的光纤激光器，V型槽对光纤的创伤使得光纤的机械强度大大下降，而且由于对V型槽的制作工艺要求过高，都不利于高功率激光器的普及和应用。
嵌入反射镜式泵浦耦合。与V型槽方法类似，嵌入反射镜式泵浦耦合也需要在光纤侧面开槽，其实这是V型槽的改进方法。
这种方法实现的光纤激光器和V槽侧面耦合泵浦技术一样，嵌入反射镜式泵浦耦合技术对于内包层内泵浦光的传输也有较大损耗，同样不利于多点耦合注入泵浦功率的扩展，而且机械强度同样大大下降。
角度磨抛侧面泵浦耦合。其基本原理是在双包层光纤去一小段，剥去涂敷层和外包层，将内包层沿纵向进行磨抛，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然后将端面按一定角度磨抛好的泵浦光纤的纤芯相对该平面紧密贴和并固定好两纤的相对位置。泵浦光即可由泵浦光纤侧面耦合进入双包层光纤的内包层。
这种方法实现的光纤激光器与光纤角度磨抛侧面耦合泵浦技术相类似的是微棱镜来进行侧面耦合，但是微棱镜宽度不能大于内包层的直径，因此给微棱镜的加工带来了技术上的困难。
以上所述各种侧面泵浦技术均为点接入式，同样面临与端面泵浦相同的问题，即耦合点处光功率密度过高会使光纤损伤。虽然相比端面泵浦的最多两个耦合点，以上侧面泵浦可以将耦合点数量增加，但耦合点的增多对工艺的难度也随之增加，而且对光纤的机械损伤也随之加倍。
因而目前大功率光纤放大器与激光器中亟需解决的问题是：现有的大功率激光器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，使光纤的机械强度严重降低；光纤侧面泵技术耦合点处光功率密度相比光纤其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
目前大功率激光器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，使光纤的机械强度严重降低；光纤侧面泵技术耦合点处光功率密度相比光纤其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。
本发明的技术方案：
带有增透层的光纤结构，包括纤芯和包层。在包层的外部设有增透层。
增透层的结构为增透膜或是N层折射率高低相间的石英介质；N＝5～50。
所述的纤芯的折射率为1.4～1.8，所述的包层的折射率为1.3～1.7，所述的增透层的结构为N层高低相间的石英介质，其折射率高低是指：石英介质的高折射率为1.7～1.9，石英介质的低折射率为1.2～1.4。
所述的纤芯的半径为2μm～50μm，增透层的外半径为50μm～1000μm，增透层的厚度为5μm～50μm。
所述的包层包括一层结构或分为内包层和外包层的双层结构。
所述的内包层和外包层的折射率均为1.3～1.7，且内包层折射率大于外包层折射率，内包层的形状为D形、星形或矩形。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
由于在光纤中采用增透层，使得在大功光纤激光器和放大器中耦合方式发生改变，在光纤中不存在功率密度的极度不均匀性，使得光纤的有效功率承载上限得到巨大提升；与目前已有侧面泵浦技术相比，本发明所示光纤结构作为激光增益介质时，无需作任何机械加工，不对光纤本身结构造成任何损伤，保证了光纤的机械强度；光纤外围增透层的引入，使得侧面泵浦效率同时得到有效提升，大大增加了大功率光纤激光器和放大器的输出功率；光纤制作方法简单，以目前成熟的多层光纤制作技术或镀膜技术完全可以胜任，无需特殊工艺。
附图说明
图1为带有增透层的光纤结构主视图。
图2为石英介质为五层的带有增透层的光纤结构。
图3为石英介质为二十层的带有增透层的光纤结构。
图4为石英介质为五十层的带有增透层的光纤结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施方式一
带有增透层的光纤结构，如图1，该光纤结构包括：纤芯1和包层2。在包层2的外部设有增透层3。增透层3为增透膜。
所述的纤芯1的折射率为1.4，包层2的折射率为1.3。
所述的纤芯1的半径为2μm，增透层3的外半径为50μm，增透层3的厚度为5μm。
实施方式二
带有增透层的光纤结构，如图2，该光纤结构包括：纤芯1和包层2。在包层2的外部设有增透层3。增透层3的结构为五层折射率高低相间的石英介质。
所述的纤芯1的折射率为1.8。
五层折射率：第一层石英介质31的折射率为1.7、第二层石英介质32的折射率为1.2、第三层石英介质33的折射率为1.7、第四层石英介质34的折射率为1.2、第五层石英介质35的折射率为1.7。
所述的纤芯1的半径为50μm，增透层3的外半径为1000μm，增透层3的厚度为50μm。
所述的包层2包括：内包层21和外包层22的双层结构。
所述的内包层21为折射率均为1.5，外包层22的折射率均为1.3，内包层21的形状为矩形。
实施方式三
带有增透层的光纤结构，如图3，该光纤结构包括：纤芯1和包层2。在包层2的外部设有增透层3。增透层3的结构为二十层折射率高低相间的石英介质。
所述的纤芯1的折射率为1.6。
二十层石英介质的折射率：第一层石英介质31的折射率为1.9、第二层石英介质32的折射率为1.4、第三层石英介质33的折射率为1.9、第四层石英介质34的折射率为1.4、......、第十九层石英介质319的折射率为1.9、第二十层石英介质320的折射率为1.4。
所述的纤芯1的半径为30μm，增透层3的外半径为500μm，增透层3的厚度为30μm。
所述的包层2包括：内包层21和外包层22的双层结构。
所述的内包层21的折射率为1.7和外包层22的折射率为1.5，内包层21的形状为星形。
实施方式四
带有增透层的光纤结构，如图4，该光纤结构包括：纤芯1和包层2。在包层2的外部设有增透层3。增透层3的结构为五十层折射率高低相间的石英介质。
所述的纤芯1的折射率为1.6。
五十层石英介质的折射率：第一层石英介质31的折射率为1.8、第二层石英介质32的折射率为1.3、第三层石英介质33的折射率为1.8、第四层石英介质34的折射率为1.3、......、第四十九层石英介质349的折射率为1.8、第五十层石英介质350的折射率为1.3。
所述的纤芯1的半径为50μm，增透层3的外半径为1000μm，增透层3的厚度为50μm。
所述的包层2包括：内包层21和外包层22的双层结构。
所述的内包层21的折射率为1.7和外包层22的折射率为1.5，内包层21的形状为D形。

Claims (5)

1.带有增透层的光纤结构，包括纤芯(1)和包层(2)，其特征在于：
在包层(2)的外部设有增透层(3)；
增透层(3)的结构为增透膜或是N层折射率高低相间的石英介质；
N＝5～50。
2.根据权利要求1所述的带有增透层的光纤结构，其特征在于：
所述的纤芯(1)的折射率为1.4～1.8，所述的包层(2)的折射率为1.3～1.7，所述的增透层(3)的结构为N层高低相间的石英介质，其折射率高低是指：石英介质的高折射率为1.7～1.9，石英介质的低折射率为1.2～1.4。
3.根据权利要求1所述的带有增透层的光纤结构，其特征在于：
所述的纤芯(1)的半径为2μm～50μm，增透层(3)的外半径为50μm～1000μm，增透层(3)的厚度为5μm～50μm。
4.根据权利要求1所述的带有增透层的光纤结构，其特征在于：
所述的包层(2)包括一层结构或分为内包层(21)和外包层(22)双层结构。
5.根据权利要求4所述的带有增透层的光纤结构，其特征在于：
所述的内包层(21)和外包层(22)的折射率均为1.3～1.7，且内包层(21)折射率大于外包层(22)折射率，内包层(21)的形状为D形、星形或矩形。
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