CN104577652A - 阵列光纤激光器、放大器及多芯式光纤的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列光纤激光器，包括多芯式光纤，该多芯式光纤为一毛细管，其内部固定有多根沿毛细管径向铺设的增益光纤和无芯光纤；毛细管两端面及侧面镀有对泵浦光的高反膜；各增益光纤的端面为对泵浦光高反的膜层或光刻光栅；无芯光纤折射率不大于其邻近介质的折射率。本发明还公开了一种阵列光纤激光器，同样采用无芯光纤将泵浦光引入多芯式光纤内，对多芯式光纤内的增益光纤进行多次的侧面泵浦，可实现多波长的信号放大。以及公开了上述多芯式光纤的两种制作方法。本发明的激光器或放大器可实现多波长的激光输出或信号放大；且该激光器或放大器为全固化装置，操作容易、结构简单，其制作过程简单、成本低。

Description

阵列光纤激光器、放大器及多芯式光纤的制作方法

技术领域

本发明涉及激光技术和光纤通讯领域，尤其涉及一种阵列光纤激光器、放大器及多芯式光纤的制作方法。

背景技术

近年来，光纤激光器快速发展，高功率的光纤激光器以其特有的优点广泛的应用于金属和非金属材料的加工和处理、激光雕刻、激光打标、激光焊接以及激光医学等等，受到越来越多的重视。现在为了实现高功率的激光输出，一般采用多组多模的半导体二极管泵浦双包层的光纤来实现或者使用放大器放大。内包层的形状和直径能够与高功率的激光二极管有效的耦合。稀土离子吸收多模的泵浦光并辐射出单模激光，使高功率、低亮度激光二极管泵浦激光转换为接近衍射极限的强激光输出。现有技术只能实现单一波长的激光输出。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种阵列光纤激光器，可实现多波长的激光输出，而且结构简单，耦合效率高。

本发明的目的之二在于提供一种阵列光纤放大器，可实现多波长的光学参量放大，结构简单，容易操作。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述多芯式光纤的制作方法，制作过程简单，成本低。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种阵列光纤激光器，包括多芯式光纤；所述多芯式光纤为一毛细管，其内部固定有多根沿毛细管径向铺设的增益光纤和无芯光纤；所述毛细管两端面及侧面镀有对泵浦光的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光的高反膜，其侧面设有包层；所述各增益光纤的端面为对泵浦光高反的膜层或光刻光栅；所述无芯光纤折射率不大于其邻近介质的折射率；泵浦光经无芯光纤耦合到毛细管内，在毛细管内多次全反射，对毛细管内的各增益光纤进行多次泵浦；各增益光纤受激辐射产生振荡光，由各增益光纤的端面输出。

进一步的，所述毛细管为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，所述各增益光纤和无芯光纤固定于所述孔道内。

进一步的，所述增益光纤为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。

进一步的，所述各增益光纤的一端面镀有对振荡光高反的膜层或光刻光栅，另一端面镀有对振荡光部分反射的膜层或光刻光栅。

本发明提供的另一技术方案为：一种阵列光纤放大器，包括多芯式光纤和产生泵浦光的泵浦源；所述多芯式光纤为一毛细管，其内部固定有多根沿毛细管径向铺设的增益光纤和无芯光纤；所述毛细管两端面及侧面镀有对泵浦光的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光的高反膜，其侧面设有包层；所述各增益光纤的端面镀有对泵浦光的增透膜；所述无芯光纤折射率不大于其邻近介质的折射率；泵浦光经无芯光纤耦合到毛细管内，在毛细管内多次全反射，对进入毛细管内的各增益光纤的信号光进行多次放大，信号光由增益光纤一端进入，在增益光纤内经放大后由增益光纤另一端输出。

进一步的，所述毛细管为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，所述各增益光纤和无芯光纤固定于所述孔道内。

进一步的，所述增益光纤为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。

进一步的，所述各增益光纤的两端面均镀有对信号光高透的膜层。

本发明提供了一种如上所述多芯式光纤的制作方法，首先在毛细管径向上打出多个孔道；然后将光纤插入孔道内，再进行加热拉伸制成；所述打孔道的方法采用超声打孔方式。

本发明还提供了另一种如上所述多芯式光纤的制作方法，首先准备一段玻璃管和两片带有多个毛细孔的玻璃片，先将其中一玻璃片粘结到玻璃管一端；再将光纤插入该玻璃片的毛细孔内并穿过玻璃管，在玻璃管的另一端，将光纤插入另一玻璃片的毛细孔内；然后在玻璃管内灌入气溶胶，并将后一玻璃片与玻璃管另一端粘结在一起制成。

本发明的有益效果为：采用无芯光纤将泵浦光引入多芯式光纤内，对多芯式光纤内的增益光纤进行多次的侧面泵浦，可实现多波长的激光输出或信号放大；且该激光器或放大器为全固化装置，操作容易、结构简单，其制作过程简单、成本低。

附图说明

图1为本发明阵列光纤激光器实施例结构示意图；

图2为本发明采用的多芯式光纤结构示意图；

图3为本发明阵列光纤放大器实施例结构示意图；

图4为多芯式光纤制作过程中玻璃管与玻璃片示意图；

图5为多芯式光纤制作示意图。

附图标示：100、多芯式光纤；101、毛细管；102、增益光纤；103、无芯光纤；104、泵浦源；105、泵浦光；201、毛细管；202、增益光纤；203、无芯光纤；204、泵浦源；205、泵浦光；206、激光器；3、玻璃管；4、玻璃片；5、光纤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明的阵列光纤激光器采用无芯光纤将泵浦光引入多芯式光纤内，对多芯式光纤内的增益光纤进行多次的侧面泵浦，可实现多波长的激光输出。

具体的，如图1所示的阵列光纤激光器实施例，包括多芯式光纤100；该多芯式光纤100为一毛细管101，其内部固定有多根沿毛细管101径向铺设的增益光纤102和无芯光纤103；毛细管101两端面及侧面镀有对泵浦光105的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光105的高反膜，其侧面设有包层；各增益光纤102的端面为对泵浦光105高反的膜层或光刻光栅；无芯光纤103折射率不大于其邻近介质的折射率，所以在毛细管内，无心光纤“失效”，从而无心光纤内的光可传播到毛细管内及各增益光纤内，实现泵浦光的引入。如图1，泵浦源104发出的泵浦光105经无芯光纤103耦合到毛细管101内，由于毛细管101端面及侧面镀有对泵浦光105的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光105的高反膜，其侧面设有包层，泵浦光105只能在毛细管101内多次全内反射，此时毛细管101构成一个类似于黑体的腔，泵浦光105在毛细管101内多次全内反射并进入各增益光纤102内进行多次泵浦；各增益光纤102受激辐射产生振荡光，由各增益光纤102的端面输出。

本实施例中，各增益光纤102的一端面镀有对振荡光高反的膜层或光刻光栅，另一端面镀有对振荡光部分反射的膜层或光刻光栅，即每根增益光纤102各自构成一个谐振腔，其两端面分别为谐振腔的两个腔面，从增益光纤102镀有部分反射膜层的端面输出激光信号，不同的增益光纤102可以具有不同的受激辐射波长，从而实现多波长高功率的激光输出。

优选的，如图2所示，本实施例采用的多芯式光纤100的毛细管101为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，各增益光纤102和无芯光纤103固定于所述孔道内。其中，增益光纤102为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。该多芯式光纤的毛细管外形可以是圆柱形、椭圆柱形或长方体等柱状体。

本发明提供的阵列光纤放大器，同样采用无芯光纤将泵浦光引入多芯式光纤内，对多芯式光纤内的增益光纤进行多次的侧面泵浦，可实现多波长的信号放大。

具体的，如图3所示阵列光纤放大器实施例，包括多芯式光纤100和产生泵浦光205的泵浦源204；其中，多芯式光纤100为一毛细管201，其内部固定有多根沿毛细管201径向铺设的增益光纤202和无芯光纤203；毛细管201两端面及侧面镀有对泵浦光205的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光205的高反膜，其侧面设有包层；各增益光纤202的端面镀有对泵浦光205的增透膜；无芯光纤203折射率不大于其邻近介质的折射率。如图3所示，泵浦源204发出的泵浦光205经无芯光纤203耦合到毛细管201内，由于毛细管201端面及侧面镀有对泵浦光205的高反膜，，或其两端面镀有对泵浦光205的高反膜，其侧面设有包层，泵浦光205只能在毛细管201内多次全内反射，此时毛细管201构成一个类似于黑体的腔，泵浦光205在毛细管201内多次全内反射并进入各增益光纤202内，对进入毛细管201内的各增益光纤202的信号光进行多次放大。本实施例中，各激光器206发射的信号光由增益光纤202一端进入，在增益光纤202内经放大后由增益光纤202另一端输出。各激光器206发射的光分别进入不同的增益光纤202，故各激光器206波长可以不同，从而可实现多波长的信号放大。

优选的，各增益光纤202的两端面均镀有对信号光高透的膜层。同阵列光纤激光器一样，该阵列光纤放大器采用的多芯式光纤的毛细管201为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，各增益光纤202和无芯光纤203固定于所述孔道内。其中，增益光纤202为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。该多芯式光纤的毛细管外形可以是圆柱形、椭圆柱形或长方体等柱状体。

本发明还提供了上述多芯式光纤的制作方法，首先在毛细管径向上打出多个内表面光滑的孔道；然后将双包层光纤插入孔道内，再进行加热拉伸制成。其中，打孔道的方法采用超声打孔方式。该方法具有加工过程简单、成本低等优点。其中，毛细管外形可以是圆柱形、椭圆柱形或长方体等柱状体。

本发明提供的另一种上述多芯式光纤的制作方法，如图4和5所示，首先准备一段玻璃管3和两片带有多个毛细孔的玻璃片4，先将其中一玻璃片4粘结到玻璃管3一端；再将光纤5插入该玻璃片4的毛细孔内并穿过玻璃管3，在玻璃管3的另一端，将光纤5插入另一玻璃片4的毛细孔内；然后在玻璃管3内灌入气溶胶，并将后一玻璃片4与玻璃管3另一端粘结在一起制成。

具体的，如图4和5所示的实施例，事先准备好具有一定厚度的玻璃管3和两片带由多个毛细孔的玻璃片4，先将其一片玻璃片4采用SiO₂气溶胶和玻璃管3一端的管壁粘接固定好，然后将光纤5先后插入两片玻璃片4的毛细孔内，且穿过玻璃管3，另一片未粘接固定的玻璃片4放在玻璃管3的另一端，再在玻璃管3内灌满气溶胶，并将未粘接固定的玻璃片4粘接在玻璃管3另一端，便可制成。其中，玻璃管3的外形可以是圆柱形、椭圆柱形或长方体等柱状体，玻璃片4的外形采用相应的形状即可。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阵列光纤激光器，其特征在于：包括多芯式光纤；所述多芯式光纤为一毛细管，其内部固定有多根沿毛细管径向铺设的增益光纤和无芯光纤；所述毛细管两端面及侧面镀有对泵浦光的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光的高反膜，其侧面设有包层；所述各增益光纤的端面为对泵浦光高反的膜层或光刻光栅；所述无芯光纤折射率不大于其邻近介质的折射率；泵浦光经无芯光纤耦合到毛细管内，在毛细管内多次全反射，对毛细管内的各增益光纤进行多次泵浦；各增益光纤受激辐射产生振荡光，由各增益光纤的端面输出。

2.如权利要求1所述阵列光纤激光器，其特征在于：所述毛细管为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，所述各增益光纤和无芯光纤固定于所述孔道内。

3.如权利要求1或2所述阵列光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。

4.如权利要求1或2所述阵列光纤激光器，其特征在于：所述各增益光纤的一端面镀有对振荡光高反的膜层或光刻光栅，另一端面镀有对振荡光部分反射的膜层或光刻光栅。

5.一种阵列光纤放大器，其特征在于：包括多芯式光纤和产生泵浦光的泵浦源；所述多芯式光纤为一毛细管，其内部固定有多根沿毛细管径向铺设的增益光纤和无芯光纤；所述毛细管两端面及侧面镀有对泵浦光的高反膜，或其两端面镀有对泵浦光的高反膜，其侧面设有包层；所述各增益光纤的端面镀有对泵浦光的增透膜；所述无芯光纤折射率不大于其邻近介质的折射率；泵浦光经无芯光纤耦合到毛细管内，在毛细管内多次全反射，对进入毛细管内的各增益光纤的信号光进行多次放大，信号光由增益光纤一端进入，在增益光纤内经放大后由增益光纤另一端输出。

6.如权利要求5所述阵列光纤放大器，其特征在于：所述毛细管为多孔结构，多个孔道沿其径向设置，所述各增益光纤和无芯光纤固定于所述孔道内。

7.如权利要求5或6所述阵列光纤放大器，其特征在于：所述增益光纤为双包层光纤，包括纤芯、内包层和外包层；所述毛细管材料的折射率、纤芯折射率、内包层折射率、外包层折射率依次递减。

8.如权利要求5或6所述阵列光纤放大器，其特征在于：所述各增益光纤的两端面均镀有对信号光高透的膜层。

9.一种如权利要求1-8任一项所述多芯式光纤的制作方法，其特征在于：首先在毛细管径向上打出多个孔道；然后将光纤插入孔道内，再进行加热拉伸制成；所述打孔道的方法采用超声打孔方式。

10.一种如权利要求1-8任一项所述多芯式光纤的制作方法，其特征在于：首先准备一段玻璃管和两片带有多个毛细孔的玻璃片，先将其中一玻璃片粘结到玻璃管一端；再将光纤插入该玻璃片的毛细孔内并穿过玻璃管，在玻璃管的另一端，将光纤插入另一玻璃片的毛细孔内；然后在玻璃管内灌入气溶胶，并将后一玻璃片与玻璃管另一端粘结在一起制成。