CN111175886B - 一种能够滤除长波长的光纤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够滤除长波长的光纤装置，包括：纤芯，所述纤芯具有第一种折射率或第一种有效折射率；第一包层，所述第一包层围绕在纤芯的外侧，所述第一包层具有第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率；第二包层，所述第二包层围绕在第一包层的外侧，所述第二包层具有第三种折射率或第三种有效折射率，且所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率。

Description

一种能够滤除长波长的光纤装置
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种能够滤除长波长保留短波长的光纤装置。
背景技术
大多数稀土离子都不止有一个能级系统，例如掺钕石英玻璃中的三价钕离子具有发射920nm左右光子的三能级系统和发射1060nm左右光子的四能级系统，且四能级系统的增益能力比三能级系统的增益能力强，当需要利用三价钕离子的三能级系统获得920nm的光时，四能级系统将产生很大的干扰，在920nm光中将混入大量1060nm的光，如何有效抑制掺钕光纤的四能级系统是获得920nm激光的关键所在；掺镱石英玻璃中的三价镱离子具有发射980nm左右光子的三能级系统和发射1030～1080nm附近光子的四能级系统，三价镱离子在980nm处正好是一个强吸收峰，而一般的掺镱光纤能够正常运转的是四能级系统，若希望获得高质量的980nm光束输出，则需要有效抑制掺镱光纤的四能级系统。由此可见，抑制其中一个能级系统以拓展另一个能级系统是开发掺稀土光纤的一个重要方向。
发明内容
本发明提供了一种能够滤除长波长的光纤装置，可以将长波长λ2的光滤除并将短波长λ1的光保留，其结构包括：
纤芯，所述纤芯由一个或多个第一种材料的玻璃棒堆积而成，且所述纤芯具有第一种折射率或第一种有效折射率，且所述纤芯的边沿两点之间最大距离为2微米至25微米；
第一包层，所述第一包层由多个第二种材料的毛细管围绕所述纤芯堆积而成，所述毛细管堆积在纤芯的周围形成一圈空气孔，且所述第一包层具有第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率；
第二包层，所述第二包层围绕在第一包层的外侧，所述第二包层为第三种材料的介质，且所述第二包层具有第三种折射率或第三种有效折射率，且所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率，且所述第二包层的边沿两点之间最大距离为70微米至260微米。
进一步地，所述第一种材料为掺杂有至少一种稀土元素和其它共掺元素的石英玻璃，所述稀土元素优选钕、镱、饵，所述其他共掺元素优选磷、氟、铝、锗。
进一步地，所述第一种材料还可以为无源掺杂石英玻璃，掺杂的元素优选锗、磷。
进一步地，所述第二种材料可以为纯石英玻璃、掺氟石英玻璃、掺锗石英玻璃。
进一步地，所述第二包层可以由一整根第三种材料的棒或管构成。
进一步地，所述第二包层可以由第三种材料的细棒堆积而成。
进一步地，所述第三种材料可以为纯石英玻璃或掺锗石英玻璃。
进一步地，所述第二种材料和第三种材料可以相同。
进一步地，所述第二包层还包括两个应力区，所述应力区由一个或多个掺硼石英玻璃棒堆积而成，两个应力区左右对称分布在纤芯的两侧。
本发明提供的光纤装置，其折射率或有效折射率分布大致呈现W形状，这种W形状的分布使得光纤具有一个截止波长λc，其中λ1<λc<λ2，使得波长大于λc的光具有较大的损耗基本无法在所述纤芯内传输。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的光纤装置，其局部结构具有光子晶体光纤的特征，可实现与W形阶跃折射率光纤类似的工作原理，使长波长具有非常大的损耗而短波长以低损耗传输，从而抑制四能级系统的运转；同时本发明提供的光纤装置具备更加灵活的设计自由度，以及更简化的制造工艺。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
图2为本发明实施例2提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
图3为本发明实施例2提供的能够滤除长波长的光纤装置的LP01模损耗谱。
图4为本发明实施例3提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
图5为本发明实施例4提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
图6为本发明实施例5提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
图7为本发明实施例6提供的能够滤除长波长的光纤装置的截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1：
请参考图1，本发明实施例1提供的能够滤除长波长的光纤装置，包括纤芯01、第一包层02和第二包层04。
纤芯01位于光纤装置的中心，其由一个掺钕石英玻璃棒构成，其折射率相对较高，用于限制LP01模并提供增益；第一包层02由六个纯石英玻璃毛细管构成，六个纯石英玻璃毛细管围绕纤芯01紧密堆积，六个纯石英玻璃毛细管堆积在纤芯01的周围形成一圈空气孔03，第一包层02具有较低的有效折射率；第二包层04围绕在第一包层02的外侧，其由一根纯石英玻璃棒构成。
实施例1提供的能够滤除长波长的光纤装置在制备预制棒前在纯石英玻璃棒的中心设置一个孔洞，将六个纯石英玻璃毛细管和一个掺钕石英玻璃棒按图1堆积插入到中心孔洞之中，即形成纤芯01和第一包层02。
实施例2：
参考图2，本发明实施例2提供的能够滤除长波长的光纤装置与实施例1相比，增加了两个应力区05，两个应力区05设置在第二包层04中，呈左右对称分布在纤芯01的两侧，用于提供应力双折射，一个应力区05由一个掺硼石英玻璃棒构成。
实施例2提供的能够滤除长波长的光纤装置在制备预制棒前在纯石英玻璃棒的中心和两侧共设置了三个孔洞，将六个纯石英玻璃毛细管和一个掺钕石英玻璃棒按图2堆积插入到中心孔洞之中，即形成纤芯01和第一包层02，另外两个掺硼石英玻璃棒分别插入到两侧孔洞之中，即形成应力区05。
图3为实施例2提供的能够滤除长波长的光纤装置的LP01模损耗谱，其中横坐标为光波长，纵坐标为LP01模在纤芯01中的衰减系数且采用对数坐标。实施例2为掺钕光纤，需要实现三能级系统有效运转以获得920nm的激光，因此必须有效抑制四能级系统防止1060nm的光获得增益。从图3中可见，920nm处和1060nm处的光具有截然不同的损耗水平，1060nm光的损耗远远大于920nm光的损耗，且920nm光的损耗仍然保持非常低的水平可供正常使用。
需要说明的是，上述实施例1和实施例2中构成纤芯01的掺钕石英玻璃棒还掺杂有其他共掺元素，其他共掺元素优选磷、氟、铝或锗，本发明对此不作限制。
实施例3：
请参考图4，本发明实施例3提供的能够滤除长波长的光纤装置，包括纤芯01、第一包层02、第二包层04和设置在第二包层04的两个应力区05。
纤芯01位于光纤装置的中心，其由一个无源的掺锗石英玻璃棒构成，其折射率相对较高，用于限制LP01模；第一包层02由七个掺氟石英玻璃毛细管构成，七个掺氟石英玻璃毛细管围绕纤芯01紧密堆积，七个掺氟石英玻璃毛细管堆积在纤芯01的周围形成一圈空气孔03，第一包层02具有较低的有效折射率；第二包层04围绕在第一包层02的外侧，其由一根纯石英玻璃棒构成；两个应力区05左右对称分布在纤芯01的两侧，用于提供应力双折射，一个应力区05由一个掺硼石英玻璃棒构成。
实施例3提供的能够滤除长波长的光纤装置在制备预制棒前在纯石英玻璃棒的中心和两侧共设置了三个孔洞，七个掺氟石英玻璃毛细管和无源的掺锗石英玻璃棒按图4堆积插入到中心孔洞之中形成纤芯01和第一包层02，另外两个掺硼石英玻璃棒分别插入到两侧孔洞之中形成应力区05。
实施例4：
请参考图5，本发明实施例4提供的能够滤除长波长的光纤装置，包括纤芯01、第一包层02、第二包层04和设置在第二包层04的两个应力区05。
纤芯01位于光纤装置的中心，其由一个掺稀土石英玻璃棒构成，其折射率相对较高，用于限制LP01模并提供增益；第一包层02由八个纯石英玻璃毛细管构成，八个纯石英玻璃毛细管围绕纤芯01紧密堆积，八个纯石英玻璃毛细管堆积在纤芯01的周围形成一圈空气孔03，第一包层02具有较低的有效折射率；第二包层04围绕在第一包层02的外侧，其由一根纯石英玻璃棒构成；两个应力区05左右对称分布在纤芯01的两侧，用于提供应力双折射，一个应力区05由一个掺硼石英玻璃棒构成。
实施例4提供的能够滤除长波长的光纤装置在制备预制棒前在纯石英玻璃棒的中心和两侧共设置了三个孔洞，八个纯石英玻璃毛细管和掺稀土石英玻璃棒按图5堆积插入到中心孔洞之中形成纤芯01和第一包层02，另外两个掺硼石英玻璃棒分别插入到两侧孔洞之中形成应力区05。
实施例5：
请参考图6，本发明实施例5提供的能够滤除长波长的光纤装置，包括纤芯01、第一包层02、第二包层04和设置在第二包层04的两个应力区05。
纤芯01位于光纤装置的中心，其由六个掺稀土石英玻璃棒紧密堆积而成，其折射率相对较高，用于限制LP01模并提供增益；第一包层02由十二个掺氟石英玻璃毛细管构成，十二个掺氟石英玻璃毛细管围绕纤芯01紧密堆积，十二个掺氟石英玻璃毛细管堆积在纤芯01的周围形成一圈空气孔03，第一包层02具有较低的有效折射率；第二包层04围绕在第一包层02的外侧，其由一根纯石英玻璃棒构成；两个应力区05左右对称分布在纤芯01的两侧，用于提供应力双折射，一个应力区05由一个掺硼石英玻璃棒构成。
实施例5提供的能够滤除长波长的光纤装置在制备预制棒前在纯石英玻璃棒的中心和两侧共设置了三个孔洞，十二掺氟石英玻璃毛细管和六个掺稀土石英玻璃棒按图6堆积插入到中心孔洞之中形成纤芯01和第一包层02，另外两个掺硼石英玻璃棒分别插入到两侧孔洞之中形成应力区05。
实施例6：
参考图7，本发明实施例6提供的能够滤除长波长的光纤装置，包括纤芯01、第一包层02、第二包层04和设置在第二包层04的两个应力区05。
纤芯01位于光纤装置的中心，其由六个掺稀土石英玻璃棒紧密堆积而成，其折射率相对较高，用于限制LP01模并提供增益；第一包层02由十二个掺锗石英玻璃毛细管构成，十二个掺锗石英玻璃毛细管围绕纤芯01紧密堆积，十二个掺锗石英玻璃毛细管堆积在纤芯01的周围形成一圈空气孔03，第一包层02具有较低的有效折射率；第二包层04围绕在第一包层02的外侧，其由多根掺锗石英玻璃棒堆积而成；两个应力区05左右对称分布在纤芯01的两侧，用于提供应力双折射，一个应力区05由十三个掺硼石英玻璃棒堆积而成。
需要说明的是，实施例4、实施例5和实施例6中构成纤芯01的掺稀土石英玻璃棒掺杂有稀土元素和其他共掺元素，稀土元素选用钕、镱、饵等中的任一种或任两种的混合物或三种的混合物，其他共掺元素选用磷、氟、铝、锗等中的任一种或任两种的混合物或多种的混合物，本发明对此不作限制。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种能够滤除长波长的光纤装置，其特征在于，包括：
纤芯，所述纤芯具有第一种折射率或第一种有效折射率，所述纤芯由多个第一种材料的玻璃棒堆积而成；
第一包层，所述第一包层围绕在纤芯的外侧，所述第一包层具有第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率；所述第一包层包括多个第二种材料的毛细管，所述毛细管围绕纤芯排列；
第二包层，所述第二包层围绕在第一包层的外侧，所述第二包层具有第三种折射率或第三种有效折射率，且所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率大于所述第一包层的第二种有效折射率，且所述纤芯的第一种折射率或第一种有效折射率大于所述第二包层的第三种折射率或第三种有效折射率；
所述第二包层还包括两个应力区，所述应力区由一个或多个掺硼石英玻璃棒堆积而成，所述两个应力区左右对称分布在纤芯的两侧；
所述第二包层的边沿两点之间最大距离为70微米至260微米；
所述第二包层由第三种材料的细棒堆积而成。
2.如权利要求1所述的能够滤除长波长的光纤装置，其特征在于，所述第一种材料为掺杂有至少一种稀土元素和其它共掺元素的石英玻璃，所述其它共掺元素包括磷、氟、铝、锗。
3.如权利要求1所述的能够滤除长波长的光纤装置，其特征在于，所述第一种材料为无源掺杂石英玻璃。
4.如权利要求1所述的能够滤除长波长的光纤装置，其特征在于，所述纤芯的边沿两点之间最大距离为2微米至25微米。
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