CN103645538A

CN103645538A - 一种双包层拉曼光纤

Info

Publication number: CN103645538A
Application number: CN201310688285.8A
Authority: CN
Inventors: 王文亮; 黄良金; 冷进勇; 郭少锋; 曹涧秋; 孔令超; 王睿星; 黄值河; 姜宗福; 许晓军; 陈金宝; 刘泽金
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明公开了一种双包层拉曼光纤，该拉曼光纤由内向外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，纤芯的折射率大于内包层的折射率，内包层的折射率大于外包层的折射率，外包层的折射率大于或等于涂覆层的折射率，双包层拉曼光纤的纤芯内含有掺杂离子，掺杂离子在纤芯内的浓度分布为渐变型分布，使所述纤芯的折射率分布为渐变型分布。本发明的双包层拉曼光纤不仅可以实现高功率激光输出，还可以实现高光束质量激光输出。

Description

一种双包层拉曼光纤

技术领域

本发明属于拉曼光纤激光器领域，包括拉曼光纤振荡器与拉曼光纤放大器，具体涉及一种用于输出高功率、高光束质量激光的双包层拉曼增益光纤。

背景技术

作为掺杂光纤激光器的重要补充，非线性光纤激光器和放大器近年来受到人们的普遍关注，尤其是拉曼光纤激光器（RFL）和放大器（RFA）的发展非常迅速。与掺杂光纤激光器不同，RFL和RFA的物理机制是利用光纤中的受激拉曼散射（SRS）效应获得增益。得益于SRS的增益谱较宽（达40THz）和增益波长灵活的优点，RFL和RFA在很宽的波长范围内只要有合适的抽运源就可以得到目标波长输出，几乎可覆盖整个近红外和可见光范围，因此在光通信、超连续谱产生、获取特殊波段光源（如1178nm及1271nm）等领域得到了广泛应用。此外，RFL和RFA还具有增益高、放大的自发辐射（ASE）噪声低、饱和功率高、温度稳定性好、与各类光纤系统兼容性好等优点。

光纤中SRS效应是高强度的激光与光纤介质的振动模式相互作用产生的一种三阶非线性光学效应，表现为入射光作为抽运光产生频率下移的斯托克斯光。其量子力学描述为入射光子被介质分子散射为另一低频光子，同时完成分子振动态间的跃迁。在光纤两端加上具有适当反射率的反射镜，对光纤内由受激拉曼散射产生的斯托克斯光提供反馈，就会形成激光振荡，成为拉曼光纤激光器。如果抽运光功率足够强，那么生成的斯托克斯光又将激起第二级乃至更高级次的斯托克斯光，形成级联受激拉曼散射。

自上世纪末，一系列光纤光学方面的技术突破使得高功率拉曼光纤激光器得以实现。大功率双包层光纤激光器的出现使得在1.06μm波段可以获得几百甚至上千瓦的高质量激光输出，成为拉曼光纤激光器最有效的泵浦源。光敏光纤的研制成功和光纤内写光栅技术的实现，为拉曼光纤激光器提供了高效的反馈系统，保证了拉曼光纤激光器可获得较高的转化效率并保持紧凑的结构。高增益低损耗拉曼光纤制造技术则使拉曼光纤激光器的转化效率得到进一步的提高，而目前拉曼光纤类型主要有：单包层单模光纤、单包层渐变折射率多模光纤、阶跃型双包层光纤。由于耦合进入单包层拉曼光纤的泵浦功率有限，所以其输出信号光的功率受限；而阶跃型双包层拉曼光纤实现高功率输出时，其纤芯直径较大，支持的模式较多，从而输出信号光的光束质量差。到目前为止，纤芯折射率分布为渐变型的双包层拉曼光纤未见专利报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不仅可以实现高功率激光输出，还可以实现高光束质量激光输出的双包层拉曼光纤。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种双包层拉曼光纤，由内向外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述纤芯的折射率大于内包层的折射率，所述内包层的折射率大于外包层的折射率，所述外包层的折射率大于或等于涂覆层的折射率，所述双包层拉曼光纤的纤芯内含有掺杂离子，所述掺杂离子在纤芯内的浓度分布为渐变型分布，使所述纤芯的折射率分布为渐变型分布。

上述的双包层拉曼光纤中，优选的，所述渐变型分布为二次曲线分布，即所述纤芯的折射率分布为二次曲线分布，离纤芯中心距离为r处的折射率表达式（即二次曲线表达式）为：

其中，Δ=(n₁-n₂)/n₁，n₁为纤芯中心的折射率，n₂为内包层的折射率，a为纤芯的半径，0≤r≤a。

上述的双包层拉曼光纤中，所述掺杂离子在顺着纤芯轴向的各横截面上具有相同的浓度分布。

上述的双包层拉曼光纤中，优选的，所述掺杂离子包括锗离子或磷离子。

本发明中，双包层拉曼光纤的纤芯折射率分布主要由其中掺杂离子浓度分布所决定。

本发明中，涂覆层是对光纤起保护作用的光学胶材料，一般为环氧树脂或硅胶。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的拉曼增益光纤采用了双包层结构，使得耦合进入内包层的泵浦光功率提高，从而有利于实现高功率拉曼光纤激光器。本发明的拉曼增益光纤纤芯折射率分布呈渐变型，受激拉曼效应在渐变型光纤中具有光束净化效果，从而可以实现高光束质量的激光输出。

附图说明

图1为本发明的双包层拉曼光纤应用于拉曼光纤激光器中的原理示意图。

图2为本发明实施例中双包层拉曼光纤的横截面结构示意图。

图3为本发明实施例中双包层拉曼光纤的横截面上折射率分布图。

图例说明：

1、纤芯；2、内包层；3、外包层；4、涂覆层；5、折射率分布曲线；2a、纤芯直径；n₁、纤芯中心的折射率；n₂、内包层的折射率；n₃、外包层的折射率。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例

一种如图2所示的本发明的双包层拉曼光纤，该双包层拉曼光纤包括纤芯1、内包层2、外包层3和涂覆层4，纤芯1的直径为50μm（即图3中2a），内包层2的外径为125μm，外包层3与涂覆层4为同一介质，涂覆层4的外径为250μm，整个纤芯1内掺杂着锗离子（也可以为磷离子等）。在纤芯1的横截面上，锗离子的浓度分布为二次曲线分布，并且锗离子在顺着纤芯1轴向的各横截面上具有相同的二次曲线浓度分布。如图3所示，是本实施例中双包层拉曼光纤横截面上的折射率分布曲线5，纤芯1中心的折射率n₁为1.4869，为光纤横截面上折射率的最大值，内包层2的折射率n₂为1.4581，外包层3的折射率n₃为1.3839。由于纤芯1中锗离子的浓度分布为二次曲线分布，使纤芯1的折射率分布也为二次曲线分布，如图3中折射率分布曲线5所示，离纤芯1中心距离为r处的折射率表达式（即二次曲线表达式）为：其中，Δ=(n₁-n₂)/n₁，n₁为纤芯1中心的折射率（1.4869），n₂为内包层2的折射率（1.4581），a为纤芯1的半径（25μm），0≤r≤25μm。如图3所示，内包层2和外包层3的折射率呈阶跃型。本实施例中，纤芯1相对于内包层2的数值孔径为0.29，内包层2相对于外包层3的数值孔径为0.46。

图1为本发明的双包层拉曼光纤应用于拉曼光纤激光器中的原理示意图，双包层拉曼光纤作为光纤激光器的增益介质，可输出高功率、高光束质量的激光。本实施例中，200W光束质量为M²=30的泵浦光与3W光束质量为M²=1.1的种子光耦合进入双包层拉曼光纤，通过拉曼放大效应后，得到180W光束质量为M²=1.2的信号光输出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种双包层拉曼光纤，由内向外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述纤芯的折射率大于内包层的折射率，所述内包层的折射率大于外包层的折射率，所述外包层的折射率大于或等于涂覆层的折射率，其特征在于，所述双包层拉曼光纤的纤芯内含有掺杂离子，所述掺杂离子在纤芯内的浓度分布为渐变型分布，使所述纤芯的折射率分布为渐变型分布。

2.根据权利要求1所述的双包层拉曼光纤，其特征在于，所述渐变型分布为二次曲线分布，即所述纤芯的折射率分布为二次曲线分布，离纤芯中心距离为r处的折射率表达式为：

其中，△=(n₁-n₂)/n₁，n₁为纤芯中心的折射率，n₂为内包层的折射率，a为纤芯的半径，0≤r≤a。

3.根据权利要求1所述的双包层拉曼光纤，其特征在于，所述掺杂离子在顺着纤芯轴向的各横截面上具有相同的浓度分布。

4.根据权利要求1、2或3所述的双包层拉曼光纤，其特征在于，所述掺杂离子包括锗离子或磷离子。