CN102170083A - 通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器 - Google Patents

通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，适用于光纤通信、工业切割领域。为了克服已有的激光器在单模和大功率不能兼得的问题，通过改变激光器中光纤的包层折射率分布情况，以达到改变纤芯中传输激光模式，实现单模情况下的大模场面积激光输出。具体实施为用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅(31)和第二光纤光栅(32)之间的光纤的包层(2)，以折射率大于包层(2)的折射率小于纤芯(1)的折射率的石英填充，形成填充区(4)。填充区的形状为D形、环形、矩形和螺旋式缠绕。该光纤激光器用于光纤通信的信号源或是工业加工中切割器的激光能量源。

Description

通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种大有效面积单模光纤激光器，适用于光纤通信、工业切割。
背景技术
激光器问世以来，其良好的光线特性得到了广泛的认同，随着技术的发展，激光器的功率越来越大，大功率特殊模场的激光器在零件加工，光通信，以及国防等领域的应用日益得到人们的重视，其广泛的应用领域使得人们对这种激光器的投入越来越大。虽然激光器的功率已经有了一定的提升，但是单模激光器的输出功率还不能达到实际需求。单模大功率光纤激光器的制作存在困难，首先一个原因是激光器谐振腔单位体积内能够承受的功率是有限制的，泵浦功率超过阀值则输出的激光功率难以继续增长，并且可能会有所减小；另外一个是非线性效应的作用，当激光器的功率较高时，非线性效应的作用将会非常明显，对输出激光的波形和功率均会产生较大影响。两种因素都会使激光的光束质量急剧恶化。而如果要得到单模且光束质量较好的激光器，功率提高使结构变得复杂，光束质量控制困难，效率低下。
发明内容
为了克服已有的激光器在单模和大功率不能兼得的问题，本发明提供通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
本发明的技术方案为：
通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯两端写入第一光纤光栅、第二光纤光栅、泵浦源。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅和第二光纤光栅之间的光纤的包层，以折射率大于包层的折射率小于纤芯的折射率的石英填充，形成填充区。
所述的第一光纤光栅和所述的第二光纤光栅之间的距离为50厘米至5米。
所述的纤芯的半径为8微米至100微米，包层的厚度为50微米至100微米，填充区的轴向长度为1毫米至10毫米。
所述的填充区的形状为D形，其弦高为10微米至70微米。
所述的填充区为螺旋矩形槽，槽宽为10微米，螺距100微米，槽深为包层的厚度。
所述的填充区为环状，其轴向长度为1毫米至10毫米的全部光纤的包层。
所述的填充区为矩形槽，矩形槽的轴向长度为10毫米，槽宽为10微米，深为60微米。
所述的填充区的数量为一个或两个。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
由于本发明采用纤芯半径为8微米至100微米的光纤，增大了谐振腔的截面积，从而减小了光纤内的最大单位体积功率，降低了损耗，在同等总输出功率的情况下，更不容易产生非线性效应，因而使输出的总功率随纤芯半径的增大而线性增大。由于光纤中部分包层的材料更换，使得折射率更加接近纤芯，从而减小了光纤的归一化频率，在纤芯半径较大的情况下实现单模输出。
附图说明
图1填充区为环形的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
图2为图1沿A-A的截面图。
图3填充区为D形的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
图4为图3沿B-B截面图。
图5填充区为螺旋矩形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
图6填充区为矩形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
图7为图6的C-C的截面图。
图8填充区为两个环形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
图9填充区为两个D形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器。
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
通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图1、2所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.6，包层2的折射率为1.4。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的，轴向长度为1毫米的环形区，环的厚度为50微米，以折射率为1.5的石英填充，形成填充区4。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为50厘米。
所述的纤芯1的半径为8微米，包层2的厚度为50微米，填充区4的轴向长度为1毫米。
泵浦源5对所述的光纤端面泵浦。
实施方式二
填充区为D形的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图3、4所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.9，包层2的折射率为1.7。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的形状为D形，弦高为10微米，轴向长度为10毫米，以折射率为1.8的石英填充，形成填充区4。
所述的纤芯1的半径为100微米，包层2的厚度为100微米。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为5米。
泵浦源5对所述的光纤侧面泵浦。
实施方式三
填充区为螺旋矩形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图5所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.8，包层2的折射率为1.6。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的填充区4为螺旋矩形槽，槽宽为10微米，螺距100微米，槽深为包层2的厚度，以折射率为1.7的石英填充，形成填充区4。
所述的纤芯1的半径为50微米，包层2的厚度为80微米。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为4米。
泵浦源5对所述的光纤端面泵浦。
实施方式四
填充区为矩形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图6、7所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.8，包层2的折射率为1.6。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的填充区4为矩形槽，矩形槽的轴向长度为10毫米，槽宽为10微米，深为60微米，以折射率为1.7的石英填充，形成填充区4。
所述的纤芯1的半径为8微米，包层2的厚度为70微米。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为3米。
泵浦源5对所述的光纤端面和侧面泵浦。
实施方式五
填充区为两个环形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图8所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.6，包层2的折射率为1.4。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的第一填充区41和第二填充区42均为环形，两环形的轴向长度均为5毫米，深为70微米，以折射率为1.5的石英填充。
所述的纤芯1的半径为10微米，包层2的厚度为70微米。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为4米。
泵浦源5对所述的光纤侧面泵浦。
实施方式六
填充区为两个D形槽的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，如图9所示。该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯1两端写入第一光纤光栅31、第二光纤光栅32、泵浦源5。
光纤的纤芯1的折射率为1.6，包层2的折射率为1.4。
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅31和第二光纤光栅32之间的第一填充区41和第二填充区42均为D形，第一填充区41的轴向长度均为5毫米，弦高为70微米，以折射率为1.5的石英填充，第二填充区42的轴向长度均为8毫米，弦高为60微米，以折射率为1.55的石英填充。
所述的纤芯1的半径为10微米，包层2的厚度为70微米。
所述的第一光纤光栅31和所述的第二光纤光栅32之间的距离为5米。
泵浦源5对所述的光纤侧面泵浦。

Claims (8)

1.通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，该激光器包括：光纤、在光纤的纤芯(1)两端写入第一光纤光栅(31)、第二光纤光栅(32)、泵浦源(5)；其特征在于：
用氢氟酸溶液腐蚀掉第一光纤光栅(31)和第二光纤光栅(32)之间的光纤的包层(2)，以折射率大于包层(2)的折射率小于纤芯(1)的折射率的石英填充，形成填充区(4)。
2.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的第一光纤光栅(31)和所述的第二光纤光栅(32)之间的距离为50厘米至5米。
3.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的纤芯(1)的半径为8微米至100微米，包层(2)的厚度为50微米至100微米，填充区(4)的轴向长度为1毫米至10毫米。
4.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的填充区(4)的形状为D形，其弦高为10微米至70微米。
5.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的填充区(4)为螺旋矩形槽，槽宽为10微米，螺距100微米，槽深为包层(2)的厚度。
6.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于： 
所述的填充区(4)为环状，其轴向长度为1毫米至10毫米的全部光纤的包层(2)。
7.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的填充区(4)为矩形槽，矩形槽的轴向长度为10毫米，槽宽为10微米，深为60微米。
8.根据权利要求1所述的通过改变包层折射率分布的大有效面积单模光纤激光器，其特征在于：
所述的填充区(4)的数量为一个或两个。 
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