CN107017548B - 采用径向不对称光纤的光学模过滤器 - Google Patents

采用径向不对称光纤的光学模过滤器 Download PDF

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Abstract

光纤放大器和/或模过滤器，包括在弯曲长度上以曲率半径卷绕的线性双折射LMA光纤以通过弯曲损耗从支持的高阶模中区分基光学模。LMA光纤可以是具有各种几何芯形状和包层配置的偏振保持(PM)光纤。在一些实施例中，双折射LMA光纤包括径向不对称芯，该径向不对称芯在卷绕的光纤的长度上角度旋转以确保在与相对于芯取向的一些取向关联的正交取向的高阶模中经历弯曲损耗。在一些实施例中，光纤卷绕是二维的，弯曲仅绕一个轴发生。在一些实施例中，将不对称芯预绕转至预定的轴绕转分布。在一些实施例中，通过在卷绕的长度上机械缠绕未绕转光纤来实现芯的角度旋转。

Description

采用径向不对称光纤的光学模过滤器
本申请要求2015年12月4日提交的且名称为“采用径向不对称光纤的光学模过滤器(OPTICAL MODE FILTER EMPLOYING RADIALLY ASYMMETRIC FIBER)”的美国临时专利申请系列号为62/263526的优先权，于此通过引用其全部将其并入。
背景技术
光纤激光器工业继续提高激光性能指标(metrics)，诸如平均功率、脉冲能量和峰值功率。提高光纤激光器的平均功率主要由激光二极管泵的亮度和将功率耦合到光纤中的能力所驱动。另一方面，脉冲能量和峰值功率分别由减轻对输出脉冲的时间和谱成分具有不利影响的非线性过程时在光纤中储存和提取能量的能力所驱动。通过使用具有大的芯大小的光纤能够有效地处理这两个问题。
光纤的基横模LP01就束形状、传播通过自由空间期间的最小束扩展(通常称为“受衍射限制的”)、以及最佳聚焦能力来说具有期望的特性。因此，基模LP01传播在光纤激光器工业中通常是优选的。参照示例常规光纤101的横截面视图的图1A，随着芯105的直径的增大，光纤101开始支持一个以上的横光学模的传播。光纤中支持的模的数量随着V数而缩放。V数与光纤的芯直径dcore和芯数值孔径NAcore成正比，而与光纤中传播的光的波长λ成反比：
Figure BDA0001169018310000011
在一些操作领域中，光纤支持的模的数量大致由V数的平方的一半给出。
Figure BDA0001169018310000012
能够示出V数小于约2.4的光纤仅支持基模的传播。在具有2.4以上的V数的大模面积(LMA)光纤中，可以传播数个光学模。在LMA光纤中，可以将高阶模(例如，为相邻的最高模的LP11)剥离出光纤的芯，有利于LP01模传播。因此能够强有力地将LMA与支持数百个模的多模光纤区别开，对于该多模光纤，光不是主要以基模被引导的。辨别高阶模的一种常规技术是以某一弯曲半径卷绕LMA光纤，因为高阶模比基模典型地经历更多的弯曲损耗。图1B示例了具有25μm直径的芯、0.07的数值孔径、对波长约1μm的光支持5个模的示范性LMA光纤101的弯曲损耗的图示。
于此为所有目的通过引用其全部而被并入的美国专利8711471号公开了采用三维(3D)芯轴(mandrel)的光学模过滤器，可以在该三维(3D)芯轴上绕两个正交的弯曲轴卷绕诸如LMA光纤101的多模光纤以使得能够剥离具有正交取向的高阶模。提供类似的高阶模剥离功效，但是具有简化的机械设计的LMA光纤光学模过滤器可以提供许多商业益处，包括较小的形状因子(form factor)和/或较低的成本。
附图说明
于此描述的材料是作为范例而示例，而不是要限制附图。为示例的简化和清楚，图中示例的元件不必然按照比例绘制。例如，为清楚，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被夸大。此外，在认为合适的地方，在图中重复了参考标记以指示对应或类似的元件。图中：
图1A是常规LMA光纤的横截面视图；
图1B是示例图1A中示例的常规LMA光纤中的基模和高阶模的弯曲损耗的图示；
图2A、2B、2C、2D、2E以及2F是根据一些实施例的光纤轴垂直于页平面的偏振保持LMA光纤的横截面视图；
图3A示例根据一些实施例的绕转(spin)不对称芯LMA光纤；
图3B示例根据一些实施例的与各种2D卷绕路径和/或高阶衰减系数关联的示范性绕转分布(profile)；
图4A、4B以及4C是根据一些实施例的采用不对称芯多模光纤的模过滤器的等距视图；
图5A以及5B是根据一些实施例的比较采用对称LMA光纤的模过滤器与采用LMA PM光纤的模过滤器的图示；以及
图6A以及6B是根据一些实施例的多模光纤放大器的示意图。
具体实施方式
参照附图描述了一个或更多实施例。虽然详细描绘并讨论了具体配置和布置，但是应当理解，这仅是为示例目的。本领域技术人员将认识到，不脱离本描述的精神和范围，其它配置和布置是可能的。对本领域技术人员明显的是，可以在于此详细描述的以外的各种其它系统和应用中采用于此描述的技术和/或布置。
以下详细描述中参照了附图，附图形成描述的部分并示例示范性实施例。此外，应当理解，可以利用其它实施例，并且可以进行结构和/或逻辑改变，而不脱离声明的主题的范围。还应当注意，方向和标记，例如上、下、顶、底等可以仅用于有助于图中的特征的描述。因此，以下详细描述没有限制意义，并且所声明的主题的范围仅仅由所附权利要求及它们的等同物限定。
以下描述中，提出了许多细节。然而，对本领域技术人员明显的是，可以实践本发明，而无这些具体细节。在一些实例中，以框图形式而不是详细地示出公知的方法和装置，以避免使本发明模糊。遍及此说明书中对“实施例”或“一个实施例”的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构、功能、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。从而，遍及此说明书中各个地方中出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”不必然指本发明的相同的实施例。此外，可以在一个或多个实施例中以适合的方式组合特定特征、结构、功能、或特性。例如，在与第一实施例和第二实施例关联的特定特征、结构、功能、或特性不相互排斥的任何地方，可以组合第一实施例与第二实施例。
如本发明的描述和所附权利要求中使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“所述”也意图包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还应当理解，于此使用的术语“和/或”指并且涵盖一个或更多关联的列出项的任何和所有可能的组合。
术语“耦合”和“连接”及它们的衍生词可以于此用于描述部件之间的功能或结构关系。应当理解，这些术语不意图对于彼此作为同义词。而是，在特定实施例中，“连接”可以用于指示两个或更多元件彼此直接物理、光学、或电接触。“耦合”可以用于指示两个或更多元件彼此直接或间接(它们之间具有其它介入元件)物理或电接触，和/或两个或更多元件彼此协作或交互(例如，如在理由中效果关系)。
术语“之上”、“之下”、“之间”、以及“上”于此用于指一个部件或材料相对于其它部件或材料的相对位置(在该物理关系值得注意的地方指该该相对位置)。
如遍及此描述以及在权利要求使用的，与术语“至少之一”或“一个或更多”结合的项的列表能够意指列出的术语的任何任何组合。例如，短语“A、B或C中的至少之一”能够意指：A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C。
于此描述的是包括模过滤器的光纤放大器，该模过滤器采用卷绕的线性双折射LMA光纤通过弯曲损耗来区分基模与高阶模。LMA光纤可以是具有任何种类的几何芯形状和包层配置的偏振保持(PM)光纤。在一些实施例中，双折射LMA光纤包括径向不对称芯。高阶模因此相对于芯取向而取向，芯取向在卷绕的光纤的长度上角度旋转以确保在正交取向的高阶模中经历弯曲损耗。在一些实施例中，光纤卷绕是二维(2D)的，弯曲仅绕一个曲率轴(axis of curvature)而不是两个正交的曲率轴发生。因而，通过控制绕垂直于曲率轴的光纤轴的径向不对称芯的方位角，可以通过在单个平面中卷绕而不是通过更复杂的三维卷绕方案来有效地剥离高阶模。这样，可以实施高效的模过滤器，而无需多重芯轴和/或无需复杂几何结构的芯轴。在一些实施例中，将径向不对称芯预绕转至预定分布。在一些实施例中，通过在卷绕的长度上机械地缠绕未绕转光纤而实现芯的角旋转。在一些有益的实施例中，卷绕的线性双折射LMA光纤是有源的，被掺杂有增益介质。对于该实施例，正交高阶模的衰减要超过在放大模过滤器的长度上该模的增益。
在一些实施例中，沿于此称为弯曲长度的LMA光纤的长度采用线性双折射光纤，LMA光纤被绕不平行于光纤轴的单个曲率轴弯曲至预定曲率半径。单个曲率轴容许相对简单的2D卷绕路径。弯曲长度是将所有高阶模衰减某预定阈值(例如，3dB高阶模抑制，10dB等)所需要的弯曲光纤的长度。取决于2D卷绕路径，弯曲长度不必是连续的，并且可以替代地为由通过直的走向(run)分开的离散弯曲累积的(例如，如对于跑道卷绕路径)。为了有益地最小化基模发生的弯曲损耗，可以最小化弯曲长度以实现期望的高阶模衰减目标。
光纤波导支持的每一个横模能够存在于两种正交偏振(例如，竖直和水平)中。在充分对称的光纤中，两种偏振模以相同速度传播，独立于彼此(即，光纤不是双折射的)。来自机械应变的随机折射指数(refractive-index)扰动和/或芯或包层椭圆度的不受控的水平在该光纤中感生随机双折射，导致非偏振保持性能。然而，在偏振保持(PM)光纤中，在光纤制造过程中故意引入相对大的径向不对称，以创造沿绕光纤轴的已知方位角取向的受控的线性双折射。如果线性双折射显著大于不受控的双折射，则在光纤中获得了好的PM性能。
在一些实施例中，至少部分地通过径向不对称LMA光纤提供线性双折射。径向不对称沿LMA光纤的弯曲长度延伸。在径向不对称光纤中，横折射指数不仅取决于径向坐标r，而且取决于方位坐标
Figure BDA0001169018310000051
换句话说，光纤具有方位不对称的折射指数分布。在一些有益的实施例中，LMA光纤芯具有径向不对称。图2A是根据一些实施例的偏振保持LMA光纤201的横截面视图。图2A中，光纤轴垂直于页平面。光纤201是单包层(SC)LMA光纤，包括由包层210围绕的椭圆芯205。LMA光纤201具有大于2.4的V数，该V数有益地至少为4，并且可以为5、10或甚至高达20。虽然LMA是多模光纤，但是能够通过弯曲损耗将其实施为单模。椭圆芯205具有长轴acore和短轴bcore。在有益的实施例中，虽然芯尺寸可以随应用而变化，但是长轴acore不大于35μm，并且有益地不大于12-25μm。芯的椭圆度可以随实施而变化，并且可以是只不过百分之几直至百分之10-20的不圆。在一些有益的实施例中，长轴acore至少比短轴bcore大5％。在一些其它实施例中，长轴acore至少比短轴bcore大10％。
不对称芯形状可以不是椭圆的。图2B、2C、以及2D是根据一些替代实施例的可以沿光纤弯曲长度采用的SC LMA PM光纤的横截面视图。例如，方形和/或矩形芯206(图2B)，或跑道芯207(图2C)可以提供类似于椭圆芯205的双折射水平。径向芯不对称可以具有n重(n-fold)旋转对称，其中，旋转360°/n的角度不改变目标。芯因此可以比椭圆芯205具有更多或更少的不对称。例如，沿弯曲长度，LMA光纤也可以具有D芯208(图2D)或八角芯209(图2C)，D芯208仅具有一重对称，八角芯209具有八重对称。LMA PM光纤也可以在包层中包括应力杆。如例如图2F中所示，除椭圆芯205以外，包层210包括应力杆211。已知应力杆211基于内部光纤应力感生线性双折射，并且可以将双折射增大至超过仅以椭圆芯205能够实现的程度。应力杆211可以由任何材料制成(例如，铝和/或硼掺杂的玻璃)，并且可以采取任何几何形式，诸如示例的熊猫(PANDA)图案、回转波图案等。类似地，径向不对称芯也可以是双包层的(DC)。
在一些实施例中，径向不对称LMA光纤在弯曲长度上绕光纤轴角度旋转。此角度旋转是为了确保彼此正交的高阶模在弯曲长度上经历充分的弯曲损耗，以实现目标衰减。正交于曲率轴的模的弯曲损耗大于平行于曲率轴的模的弯曲损耗。利用偏振保持，高阶模在弯曲长度上维持相对于参考芯轴(例如，LMA光纤201的长轴acore)的取向。在弯曲长度上的绕光纤轴的角度旋转(即，轴旋转)因此与芯取向同步地旋转模密度分布。对相对于曲率轴的芯取向的控制从而能够确保单个弯曲平面内恰当的(例如，最小的)光纤弯曲长度充分衰减任何/所有高阶模。
图3A示例了根据具有不对称芯的一些实施例的绕转不对称LMA PM光纤301。如所示，沿弯曲长度Lbend，光纤301要绕正交于光纤轴311的曲率轴310弯曲。曲率轴310(例如，y维度)限定2D弯曲平面(x-z维度)。在弯曲平面内，光纤301要遵循与一个或更多预定曲率半径rc关联的路径。沿弯曲长度的曲率半径可以是恒定的(固定的)或不恒定的(变化的)，但是受到控制以相对于基模对至少一个高阶模创造基本上更高的损耗。虽然曲率半径可以随实施而变化，但是在LMA PM光纤301具有约25μm的芯直径和约0.07的NA示范性实施例中，曲率半径rc在5-50cm之间。
在弯曲长度Lbend上，和/或在弯曲长度Lbend的相继部分之间(例如，第一弯曲长度部分L1和第二弯曲长度部分L2之间)，椭圆芯205绕光纤轴311角度旋转方位角
Figure BDA0001169018310000061
芯的角度旋转，也称为绕转，可以是预绕转LMA PM光纤的形式，通过机械缠绕未绕转LMA PM光纤而实现，或二者的某组合(例如，绕转光纤具有预定的绕转分布，并且还缠绕以以相对于弯曲轴的给定芯取向实现期望的弯曲长度)。在预绕转光纤中，将方位角
Figure BDA0001169018310000078
限定为拖曳(draw)光纤时的长度的函数(即，绕转分布)。这样，绕转分布在预绕转光纤的松弛长度(relaxedlength)内维持固定。相比而言，除弯曲应变外，在绕弯曲轴(bend axis)盘绕(wrap)或卷绕(coil)光纤时执行的光纤的机械缠绕(twist)还将光纤放置在扭转应变下。预绕转光纤的绕转分布可以通过利用与包层指数匹配的显微镜的检查基于芯的形状和/或光纤上的标识的存在而被推导出。机械缠绕的光纤的绕转分布能够通过对光纤未卷曲(wind)时的光纤的受控的松弛进行构图(map)来确定。
在一些实施例中，LMA PM光纤芯绕光纤轴的角度旋转在衰减所有高阶模达某阈值(例如，3dB、10dB等)的弯曲长度上是至少90°。LMA PM光纤芯绕光纤轴的角度旋转在弯曲长度上也可以更大，例如是180°。在图3A中示例的示范性实施例中，在弯曲长度Lbend上，椭圆芯205的长轴从方位角
Figure BDA0001169018310000071
旋转至方位角
Figure BDA0001169018310000072
在方位角
Figure BDA0001169018310000073
处，长轴平行于曲率轴310，在方位角
Figure BDA0001169018310000074
处，长轴垂直于曲率轴310。如果所有高阶模对曲率半径具有基本上相同的衰减系数(dB/m)，则在弯曲长度上绕转分布可以与芯旋转的恒定速率呈线性
Figure BDA0001169018310000075
对于角度旋转在弯曲长度上为90°且绕转分布为线性的情况，芯轴在弯曲长度的一半处将是近似45°。然而，在一些实施例中，例如，对不是对于所有高阶模，衰减系数都相同的情况，作为光纤长度的函数的角度旋转的速率随弯曲长度变化。该绕转分布可以最小化基模引起的弯曲损耗，因为可以对于给定高阶模衰减目标最小化给定曲率半径的弯曲长度。在一些实施例中，因此，作为光纤长度的函数的芯的角度位置(即，芯旋转速率)在衰减所有高阶模达某阈值(例如，对于以任何取向以LP11模的传播3dB、10dB等)的弯曲长度上变化。
利用非线性绕转分布，弯曲长度至给定方位角
Figure BDA0001169018310000076
的分摊可以在由光纤长度跨过的方位角的范围上变化。在对于给定弯取长度的模损耗在高阶模中不同的一些有益的实施例中，非线性绕转分布是预定的，目的是使所有高阶模在弯曲长度上衰减达至少3dB，有益地在弯曲长度上衰减至少10dB，并且更有益地在弯曲长度上衰减20dB。从而，可以在累积的第一弯曲长度部分L1上保持方位角
Figure BDA0001169018310000077
(例如，平行于曲率轴310)，该第一弯曲长度被确定为使第一高阶模衰减10dB的最小弯曲长度。可以在累积的第二弯曲长度部分L2上保持方位角
Figure BDA0001169018310000081
(例如，垂直于曲率轴310)，该第二弯曲长度被确定为使第二高阶模衰减10dB的最小弯曲长度。在第一高阶模比第二高阶模经历高的弯曲损耗的地方，弯曲长度部分L1比弯曲长度部分L2短。可以在弯曲长度部分LN上类似地保持中间方位角(例如，45°)。
图3B示例根据一些实施例的与各种2D卷绕路径和/或高阶衰减系数关联的示范性绕转分布。在最简单的实施中，线性绕转分布351在跨过的所有方位角(例如，90°)上相等地分摊(apportion)弯曲长度。可以针对弯曲半径和期望水平的高阶模抑制将角度旋转的速率确定为衰减系数的函数。非线性绕转分布352在方位角上不相等地分摊弯曲长度。绕转352将大部分弯曲长度分摊给两个正交模，例如最少损耗模的正交取向(例如，L11，e，L11o)。在一些另外的实施例中，在在弯曲长度的第一部分(L1)上的第一高阶模的模抑制系数小于与弯曲长度的第二部分(L2)上的第二高阶模关联的模抑制系数的地方，L1比L2长。绕转分布353在各种角度位置上步进，每个位置被保持在预定的弯曲长度部分上。可以以2D跑道路径以沿弯曲状的段之间的直的光纤走向周期性地发生的离散旋转来容易地实施该步进分布。可以控制被指出的(indexed)角度位置之间的盘绕的数量以易于分摊弯曲长度。
采用具有一个或更多上述属性的绕转不对称芯LMA光纤的光学模过滤器可以被以被配置为控制过滤器内的光纤路径的多个便宜且小形状因子的2D芯轴来实施。图4A、4B、4C是根据一些示范性实施例的采用不对称芯多模光纤的模过滤器的等距视图。图4A中，光学模过滤器401包括圆柱芯轴405。芯轴405具有平行于曲率轴的纵轴410并在弯曲长度上限定固定的曲率半径。半径可以在例如约5-50cm之间变化。绕芯轴405卷绕的光纤301的长度(例如，1-20米)是例如根据于此其它地方描述的任何参数角度旋转的(例如，90°)，以提供所有高阶模的10-20dB的衰减。在一些有益的实施例中，作为光纤长度的函数的角度旋转的速率在弯曲长度上变化。
图4B中，光学模过滤器402包括两个圆柱芯轴405，该两个圆柱芯轴405具有限定两个平行曲率轴的平行纵轴410、411。虽然示例了圆形盘绕，但是也可以采用数字8的盘绕。两个曲率轴可以与相同或不同的曲率半径关联，该相同或不同的曲率半径可以是恒定的或变化的以在弯曲长度上限定固定的或变化的曲率半径。芯轴405限定示范性2D圆-直线-圆路径。在一些实施例中，LMA PM光纤301的方位角沿弯曲长度相对于曲率轴离散旋转。在一些该实施例中，沿直的光纤走向以相继的角度位置之间的预定数量的盘绕定位光纤轴旋转。
图4C中，光学模过滤器403包括2D跑道芯轴406，该2D跑道芯轴406具有限定具有预定的曲率半径的2D光纤路径的纵轴410、411。两个曲率轴可以与相同或不同的曲率半径关联，该相同或不同的曲率半径可以是恒定的或变化的以在弯曲长度上限定固定的或变化的曲率半径。例如，在一些实施例中，对每一个全盘绕，将曲率半径增大光纤的宽度。如对于过滤器402，LMA PM光纤的方位角可以沿弯曲长度轴向地离散旋转。例如，可以在直的光纤走向内以相继的角度位置之间的预定数量的盘绕设置光纤轴旋转。
值得注意的是，虽然以上示例的模过滤器描绘芯轴，但是该支持物不是必须的。例如，在替代实施例中，能够将光纤卷绕成具有期望曲率半径的2D平面并保留于自由空间中。在一些实施例中，光纤包含在热塑护套内。一旦实现了选择的弯曲长度，则冷却护套，使得光纤曲率和轴旋转固定。代替在模过滤器中包括支持物，能够使用支持物来形成多模过滤器。例如，能够将具有软化护套的加护套的光纤以期望绕转分布绕圆柱卷曲。一旦冷却了护套，光纤就能够维持与卷曲关联的半径。在其它范例中，光纤和护套被适合地整形，并且将环氧树脂注入到护套与光纤之间的空间中。在其它范例中，光纤能够被以热塑材料或环氧树脂涂覆，并且冻结至期望曲率。
图5A和5B是将作为对于根据一些实施例的采用不对称LMA PM光纤的2D模过滤器401-403的发射(launch)位置的函数的束质量与采用对称LMA光纤的更复杂的3D弯曲的模过滤器的束质量进行比较的图示。如所示，对于除6cm的圆柱芯轴401外的所有情况，对于在绕2D芯轴盘绕时缠绕的25μm LMA PM光纤的M2与采用绕3D芯轴盘绕的径向对称光纤的模过滤器显示了对发射位置类似的束质量依赖关系。此可比较的束质量响应指示了根据实施例的2D模过滤器能够提供可与3D模过滤器的高阶模过滤相比的高阶模过滤。
在一些实施例中，将根据实施例的具有不对称芯的LMA光纤采用为无源过滤器。在一些替代实施例中，将具有不对称芯的LMA光纤采用于有源模过滤器中，该有源模过滤器包括在弯曲长度上掺杂有一种或更多稀土元素的有源光纤。对于该光纤激光器实施例，基模被放大超过任何弯曲损耗，而通过弯曲损耗对高阶模的衰减超过它们的放大。发射到光纤激光器中的种子激光的基模典型地与有源光纤的基模不相同。多模光纤的高阶模将典型地在某程度上被激励成缺乏一些衰减方式，如于此描述的那些。对于光纤激光器实施例，沿弯曲长度的芯和/或包层可以掺杂有已知适合于该目的的任何稀土元素，诸如，但不限于Yb、Nd以及Er。有源光纤可以是芯泵浦的(SC)或包层泵浦的(双包层)，遵循本领域已知的任何技术。在光纤激光器中，来自光泵源的泵光可以与来自种子光源的光反向传播(counter-propagate)或同向传播(co-propagate)，遵循本领域已知的任何技术。
图6A和6B是根据一些实施例的多模光纤放大器的示意图。在图6A中，多模光纤放大器501包括在弯曲长度上轴向旋转的有源LMA PM光纤301。种子光源在输入接头510处耦合到LMA PM光纤301。种子光源可以是例如二极管泵浦的固态激光器、量子级联激光器、无源q开关激光器、二极管激光器、锁模激光器、光纤激光器、或其一个或更多的组合。在一些范例中，光源以连续波输出、脉冲输出、或波长啁啾脉冲输出操作。在一些实施例中，种子光源是Nd:YAG激光器。
选择多模光纤放大器501中的稀土掺杂物，使得LMA PM光纤301具有至少部分地与种子光源的谱成分交叠的光学增益谱。例如，镱可以用作稀土掺杂物用于包括1030nm与1090nm之间的波长的种子激光源。LMA PM光纤301可以是双包层光纤，其中，种子光在径向不对称芯中被放大并且泵光包含在围绕芯的包层中。替代地，种子信号和泵光均能够包含在不对称芯内。在其它实施例中，能够使用其它稀土掺杂物。
有源LMA PM光纤301光学耦合至光泵，该光泵具有被选择为与有源LMA PM光纤301的吸收谱至少部分交叠的输出谱。例如，在选择镱作为稀土掺杂物的地方，光泵的适合的选择是以接近976纳米的输出波长操作的光纤耦合的激光二极管。可以以任何已知的泵组合器将来自光泵源的输出光学耦合至有源LMA PM光纤301。虽然图6A描绘了以典型反向传播配置的泵，但是泵能够替代地被引入于有源LMA PM光纤301的上游，使得从光纤种子光源输出的光和泵光在有源LMA PM光纤301中同向传播。在另外的实施例中，从有源LMA PM光纤301的两侧引入泵光。
在示范性实施例中，有源LMA PM光纤301被卷绕在2D平面中并且被例如根据于此其它地方描述的参数轴向旋转，以从有源LMA PM光纤301去除基本上所有的高阶模成分，使得通过输出接头550的基本上所有的功率输出功率包含在基模中。
在图6B中，多模光纤放大器502包括无源模过滤器403，无源模过滤器403采用无源LMA PM光纤301，无源LMA PM光纤301具有在弯曲长度上轴向旋转的不对称芯。种子光源通过输入接头510输入至无源LMA PM光纤301。无源LMA PM光纤301被卷绕在2D平面中并且被例如根据于此其它地方描述的参数轴向旋转，以从无源LMA PM光纤301去除基本上所有的高阶模成分，使得通过接头520的基本所有的功率输出功率包含在基模中。接头520将无源LMA PM光纤301光学耦合至有源LMA RE掺杂的光纤的长度。在一些实施例中，LMA RE掺杂的光纤也是具有径向不对称芯的PM光纤。在一些该实施例中，有源LMA PM光纤是光纤激光器501，使得光纤激光器502包括无源和有源模剥离级。在其它实施例中，有源LMA PM光纤包括任何已知的光纤激光器。
虽然已经参照各种实施描述了于此提出的某些特征，但是此描述不意图被视为进行限制。因此，对于此描述的实施的各种修改以及对本公开内容所涉及的领域的技术人员明显的其它实施被视为在本公开内容的精神和范围内。将认识到本发明不限于这样描述的实施例，而是能够以修改和替代来实施，而不脱离所附权利要求的范围。以上实施例可以包括仅执行该特征的子集、执行不同顺序的该特征、执行不同组合的该特征、和/或执行于此清楚列出的那些特征以外的附加特征。因此，应当参照所附权利要求以及该权利要求所赋予的等同物的全范围来确定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种光纤放大器，包括：
产生光束的光源；以及
线性双折射大模面积(LMA)光纤，耦合至所述光源以支持所述光束的基模和高阶模，其中：
所述大模面积光纤具有径向不对称芯；以及
所述径向不对称芯在具有绕不平行于光纤轴的曲率轴的曲率半径的弯曲长度上具有绕所述光纤轴的至少90°的角度旋转，以通过弯曲损耗使所述高阶模比所述基模衰减更多。
2.如权利要求1所述的光纤放大器，其中：
所述曲率轴在所述弯曲长度上正交于所述光纤轴；以及
在所述弯曲长度上的所述角度旋转具有预定的绕转分布，对所有的高阶模提供至少每米弯曲长度10dB的抑制。
3.如权利要求2所述的光纤放大器，其中，所述大模面积光纤绕所述曲率轴在所述弯曲长度上以固定曲率半径卷绕，并且作为光纤长度的函数的所述角度旋转的速率在所述弯曲长度上变化。
4.如权利要求1所述的光纤放大器，其中：
所述大模面积光纤的V数是至少4并且小于20；
所述径向不对称芯是椭圆的，在整个所述弯曲长度上主轴比副轴大至少5％；以及
所述主轴绕所述光纤轴的所述角度旋转在所述弯曲长度上是至少90°。
5.如权利要求4所述的光纤放大器，其中：
所述主轴在所述弯曲长度的第一部分上基本上平行于所述曲率轴取向，并且在所述弯曲长度的第二部分上基本上正交于所述曲率轴取向。
6.如权利要求5所述的光纤放大器，其中：
与所述弯曲长度的所述第一部分上的第一高阶模关联的模抑制系数小于与所述弯曲长度的所述第二部分上的第二高阶模关联的模抑制系数；以及
所述弯曲长度的所述第一部分比所述弯曲长度的所述第二部分长。
7.如权利要求1所述的光纤放大器，其中：
所述大模面积光纤是在所述弯曲长度上掺杂有一种或更多稀土元素的有源光纤；以及
所述弯曲长度上的所述角度旋转和曲率半径在正交的所述高阶模中引起的衰减超过在正交的所述高阶模中的增益。
8.如权利要求1所述的光纤放大器，其中，所述大模面积光纤是还在包层中包括应力杆的偏振保持光纤。
9.如权利要求1所述的光纤放大器，还包括芯轴，所述大模面积光纤卷曲于所述芯轴上，其中，所述芯轴具有平行于所述曲率轴的纵轴和绕所述纵轴且限定所述弯曲长度上的所述曲率半径的曲率半径。
10.如权利要求1所述的光纤放大器，其中，所述大模面积光纤包括预绕转的芯，所述预绕转的芯在所述光纤长度上具有预定的绕转分布。
11.一种制造光学模过滤器的方法，所述光学模过滤器通过弯曲损耗使高阶模比基模衰减更多，所述方法包括：
接收芯轴，所述芯轴具有纵轴和绕所述纵轴的曲率半径；以及
将线性双折射大模面积(LMA)光纤卷曲到所述芯轴上，所述线性双折射大模面积光纤具有能够操作用于支持光束的所述基模和高阶模的径向不对称芯，其中所述卷曲包括机械缠绕所述线性双折射大模面积光纤以在具有由所述芯轴限定的曲率半径的弯曲长度上实现绕所述光纤轴的至少90°的角度旋转。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述缠绕在所述弯曲长度上限定绕转分布，所述绕转分布对所有的高阶模提供至少每米弯曲长度10dB的抑制。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述缠绕在所述弯曲长度上变化。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述卷曲还包括在所述弯曲长度的第一部分上将所述径向不对称芯的主轴卷曲为取向基本上平行于所述纵轴，并且在所述弯曲长度的第二部分上将所述主轴卷曲为基本上正交于所述纵轴。
15.如权利要求14所述的方法，其中：
与所述弯曲长度的所述第一部分上的第一高阶模关联的模抑制小于与所述弯曲长度的所述第二部分上的第二高阶模关联的模抑制；以及
所述弯曲长度的所述第一部分比所述弯曲长度的所述第二部分长。
16.如权利要求11所述的方法，其中：
所述线性双折射大模面积光纤的V数是至少4并且小于20；
所述径向不对称芯是椭圆的，在整个所述弯曲长度上主轴比副轴大至少5％；以及
所述缠绕被预定为在所述弯曲长度上使所述主轴绕所述光纤轴角度旋转至少90°。
17.如权利要求11所述的方法，其中：
所述线性双折射大模面积光纤是在所述弯曲长度上掺杂有一种或更多稀土元素的有源光纤；以及
所述缠绕是在所述弯曲长度上角度旋转所述径向不对称芯以使在正交的所述高阶模中引起的衰减超过在正交的所述高阶模中的增益。
18.一种光纤模过滤器，包括：
芯轴，具有纵轴和绕所述纵轴的曲率半径；
围绕所述芯轴卷绕的线性双折射大模面积(LMA)有源光纤，具有径向不对称芯，所述径向不对称芯能够操作用于支持光束的基模和高阶模，其中，机械地缠绕所述线性双折射大模面积有源光纤以在具有由所述芯轴限定的曲率半径的弯曲长度上使所述径向不对称芯绕所述光纤轴角度旋转至少90°。
19.如权利要求18所述的模过滤器，其中：
所述线性双折射大模面积有源光纤的V数是至少4并且小于20；
所述径向不对称芯是椭圆的，在整个所述弯曲长度上，主轴比副轴大至少5％；以及
所述主轴在所述弯曲长度的第一部分上基本上平行于所述纵轴取向，并且在所述弯曲长度的第二部分上基本上正交于所述纵轴取向。
20.如权利要求19所述的模过滤器，其中：
与所述弯曲长度的所述第一部分上的第一高阶模关联的模抑制系数小于与所述弯曲长度的所述第二部分上的第二高阶模关联的模抑制系数；以及
所述弯曲长度的所述第一部分比所述弯曲长度的所述第二部分长。
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