CN113227847A - 用于将受激拉曼散射（srs）光导向出纤芯并进入包层的光纤装置和方法 - Google Patents
用于将受激拉曼散射（srs）光导向出纤芯并进入包层的光纤装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113227847A CN113227847A CN201980086855.1A CN201980086855A CN113227847A CN 113227847 A CN113227847 A CN 113227847A CN 201980086855 A CN201980086855 A CN 201980086855A CN 113227847 A CN113227847 A CN 113227847A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- length
- cladding
- optical fiber
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title claims abstract description 157
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title abstract description 114
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 220
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 59
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 41
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- -1 for example Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- QVRVXSZKCXFBTE-UHFFFAOYSA-N n-[4-(6,7-dimethoxy-3,4-dihydro-1h-isoquinolin-2-yl)butyl]-2-(2-fluoroethoxy)-5-methylbenzamide Chemical group C1C=2C=C(OC)C(OC)=CC=2CCN1CCCCNC(=O)C1=CC(C)=CC=C1OCCF QVRVXSZKCXFBTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
- G02B6/02095—Long period gratings, i.e. transmission gratings coupling light between core and cladding modes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
- H01S3/06733—Fibre having more than one cladding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
- H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/03—Suppression of nonlinear conversion, e.g. specific design to suppress for example stimulated brillouin scattering [SBS], mainly in optical fibres in combination with multimode pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
用于将拉曼光谱与信号光谱分离的光纤装置、系统和方法。一旦被分离，拉曼光谱可以被抑制(例如作为来自信号光谱的增益减小的结果和/或通过拉曼光谱能量的耗散)，同时信号光谱可以在光纤系统的一个或多个导模中传播。在一些实施例中，光纤系统可以包括线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)或长周期光纤光栅(LPFG环)，每个都被配置为以对于拉曼光谱比对于信号光谱更高的效率将纤芯传播模耦合到包层传播模。光纤系统还可以包括包层光剥除器，包层光剥除器配置为优先去除包含拉曼分量的包层模。
Description
优先权声明
本申请要求于2018年12月28日提交的题为“用于将受激拉曼散射(SRS)光导向出纤芯并进入包层的光纤装置和方法”的美国临时专利申请第62/786,175号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景
光纤激光器工业继续增加激光器性能度量，例如平均功率、脉冲能量和峰值功率。脉冲能量和峰值功率与光纤中能量的存储和提取相关联，同时减轻可能对输出脉冲的时间和光谱内容具有不利影响的非线性过程。受激拉曼散射(SRS)光是与光纤介质(例如玻璃)的振动相关联的一个这样的非线性过程的结果。因此，SRS通常是通过构成这些系统的光纤的光纤激光器和/或光纤功率放大器信号光的不想要的副产品。
SRS光的产生可以降低预期信号输出波长中的功率。SRS的产生还可能使激光发射不稳定，导致不期望的输出功率波动。SRS的产生也可能对激光系统发射的空间分布有不利影响。也可以通过从激光系统内部或外部的物体(例如用于操纵激光器或放大器输出的光装置或被施加激光输出的工件)的反射，在激光器和放大器系统中再引入SRS。这种反射还会使激光发射不稳定。一旦产生，光纤系统的激光器和/或放大器可以将SRS光放大到对系统内部的部件(例如光纤激光器或光纤放大器)造成灾难性损坏的程度。SRS光也可能对光纤系统外部的部件有害，因为可能没有为SRS光的波长指定外部组件。所递送的波长与所期望的波长之间的这种不匹配可导致工件性能不理想，或者可导致具有集成光纤系统的外部系统造成眼睛安全问题。同样地，可能期望抑制光纤系统内的SRS的生成，从光纤系统移除SRS光，和/或以其他方式减轻SRS的一个或多个不想要的影响。
附图说明
在附图中通过举例而非限制的方式示出了在此描述的材料。为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不必按比例绘制。例如为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的情况下，在图中重复参考标号以指示对应或类似元件。图中：
图1是示出根据一些实施例的用于将拉曼光谱从光纤的纤芯传播模选择性地耦合到包层传播模的方法的流程图；
图2是根据一些实施例的选择性地将拉曼光谱从光纤的纤芯传播模耦合到包层传播模的装置的示意图；
图3A和3B是根据一些实施例的光纤的纵向和横向截面图；
图4A是根据一些实施例的包括长周期光纤光栅(LPFG)的光纤长度的纵向截面图；
图4B是穿过根据对称光栅实施例的图4A中所示的LPFG的一部分的横向截面图；
图4C是穿过根据非对称光栅实施例的图4A中所示的LPFG的一部分的横向截面图；
图5是根据一些实施例的包括线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)的光纤长度的纵向截面图；
图6是示出根据一些实施例的从具有线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)的光纤系统中选择性地去除拉曼光谱的方法的流程图；
图7是根据一些CFBG实施例的将拉曼光谱从光纤的纤芯传播模选择性地耦合到包层传播模的装置的示意图；
图8A是根据一些实施例的从光纤系统选择性地去除拉曼光谱能量的装置的示意图；
图8B是选择性地从光纤系统中除去拉曼光谱能量的装置的示意图；
图9A是根据一些实施例的包括光振荡器、光功率放大器和LPFG或CFBG的光纤系统的示意图；和
图9B是根据一些其他实施例的光纤系统的示意图，该光纤系统包括光振荡器、光功率放大器、LPFG或CFBG以及包层光剥离器。
具体实施方式
参考附图描述一个或多个实施例。虽然详细示出和讨论了具体的构造和布置，但是应当理解，这仅仅是为了说明性目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本描述的精神和范围的情况下，其他配置和布置是可能的。对于相关领域的技术人员显而易见的是，本文所述的技术和/或布置可用于除本文详细描述的以外的各种其他系统和应用中。
在以下对附图的详细描述中参考了附图，附图形成了描述的一部分并且示出了示例性实施例。此外，应当理解，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构和/或逻辑改变。还应当注意的是，例如向上、向下、顶部、底部等的方向和参考仅仅是为了便于描述附图中的特征。因此，以下详细描述不应被理解为限制意义，并且所要求保护的主题的范围仅由所附权利要求及其等效替换来限定。
在下面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在一些实例中，以块图形式而非详细地示出了公知的方法和装置，以避免模糊本发明。在整个说明书中对“实施例”或“一个实施例”的引用意味着，在本发明的至少一个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构、功能或特性。因此，在本说明书各处出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”不一定指的是本发明的同一实施例。此外，特定特、，结构、功能或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。例如第一实施例可以与第二实施例组合，其中与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥。
如在本发明的说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”也旨在包括复数形式的情况，除非上下文另外明确指出。还应当理解，本文所用的术语“和/或”指代并涵盖一个或多个相关所列的项目的任何和所有可能的组合。
术语“耦合”和“连接”连同它们的变体在本文中可用于描述部件之间的功能或结构关系。应当理解，这些术语不旨在作为彼此的同义词。更确切地说，在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或两个以上元件彼此直接物理、光或电接触。“耦合”可用于指示两个或两个以上元件彼此直接或间接(其间具有其他介入元件)物理或电接触，和/或指示所述两个或两个以上元件彼此协作或相互作用(例如以引起效应关系)。
如在此使用的，术语“在…之上”，“在…之下”，“在…之间”和“在…上”是指一个部件或材料相对于其他部件或材料的相对位置，其中这样的物理关系是值得注意的。
如贯穿本说明书和权利要求书所使用的，由术语“中的至少一个”或“中的一个或多个”结合的项目的列表可以意指所列出的项目的任何组合。例如短语“A、B或C中的至少一个”可以意指A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C。
术语“光束直径”被定义为沿着辐照度(强度)等于最大辐照度的1/e2的轴，横跨光束中心的距离。虽然本文所揭示的实例通常使用以方位角对称模式传播的波束，但可使用椭圆形或其他波束形状，且波束直径可沿着不同轴而不同。圆形光束的特征在于单个光束直径。其他射束形状可具有沿不同轴的不同射束直径。术语“强度分布”是指根据沿着线(1D轮廓)或面(1D轮廓)上的位置的光强度。该线或面通常垂直于光的传播方向截取。这是一个定量属性。
术语“亮度”是在给定方向上行进的光的每单位面积的发光强度的光度量度。术语光系统的“数值孔径”或“NA”是表征该系统可以接受或发射光的角度范围的无量纲数字。术语“光强度”不是官方(SI)单位，而是用于表示在表面上或通过平面的每单位面积的入射功率。术语“功率密度”是指每单位面积的光功率，尽管这也称为“光强度”和“光通量”。术语“径向光束位置”是指在垂直于光纤轴的方向上相对于纤芯中心测量的光束在光纤中的位置。术语“辐射率”是由光源(例如激光器源)的单位面积在给定方向上每单位立体角发射的辐射。可以通过改变光束强度分布和/或光束发散剖面或分布来改变辐射度。术语“折射率分布”或“RIP”是指根据沿垂直于光纤轴的线(1D)或平面(2D)的位置的折射率。许多光纤是旋转对称或根据方位角对称的，在这种情况下，对于任何方位角来说，该一维的RIP都是相同的。术语“光功率”是每单位时间的能量，例如由激光束传递的能量。术语“导向光”描述被限制为在光波导内传播的光。术语“芯模”是由光纤的一个或多个纤芯层内的波导支持的导向传播模。术语“包层模”是由光纤的一个或多个包层内的波导支持的导向传播模。
本文描述了适用于抑制光纤系统内的SRS生成、从光纤系统移除SRS光和/或减轻光纤系统内的SRS的一个或多个不想要的影响中的一者或多者的光纤装置、系统和方法。
一些实施例中，光可以主要以纤芯传播模通过光纤传播，拉曼分量Ir被选择性地耦合到由光纤的包层支持的传播模中。
图1示出了根据一些实施例的用于在光纤的纤芯和包层模之间选择性地耦合拉曼光谱能量的方法100。方法100开始于块105，其中光主要以纤芯传播模在光纤的第一长度上传播。在块105传播的光具有信号分量Is和拉曼分量Ir。在快110，光根据波长而耦合到包层模。两个分量Ir和Is的主传播模可以通过调谐以在分量波长λr和λs之间进行区分的光栅来分离。在一些示例性实施例中，在块110采用的光纤光栅使包层模成为拉曼分量Ir的主传播模，而信号分量Is保持在纤芯传播模。然后，随着拉曼分量以与信号分量不同的模式传播，拉曼分量可能由于它们各自传播模之间相对较低的重叠而经历来自信号分量的较低增益。对于一些进一步的实施例，方法100可以可选地在块115处继续，其中信号分量Is相对于拉曼分量Ir被优先保留。换句话说，包括拉曼分量Ir的包层模被过滤，例如利用增加拉曼分量的传播损耗的包层光分离器。
图2是根据一些长周期光纤光栅(LPFG)实施例的将拉曼光谱能量从纤芯传播模选择性地耦合到包层传播模的装置201的示意图。例如装置201可以执行方法100。如图所示，装置201包括耦合以在第一光纤长度220和第二光纤长度230之间传播光的拉曼LPFG 225。在光纤长度220和230内传播的光可以包括信号分量Is和拉曼分量Ir。信号分量Is在预定信号光谱上具有一定范围的每频率或波长的功率(W/nm)，该预定信号光谱包括一个或多个信号波长(例如具有微米中心波长，诸如1050nm等)。类似地，拉曼成分Ir在包括一个或多个拉曼波长的拉曼功率谱上具有一定范围的每频率或波长的一定功率(W/nm)。通常，可以预期，拉曼分量Ir跨越比信号分量Is的波长更长的波长(例如拉曼移位的中心波长，例如1100nm等)。拉曼分量Ir还可以具有比信号分量Is更宽的频带。
如图所示，在光纤长度220内，信号分量Is和拉曼分量Ir都以芯导模lm1传播。在一些例子中，芯导模是线性偏振模LP1m，一个实施例是光纤芯的线性偏振横向基模LP01。LP01在射束形状、通过自由空间传播期间的最小射束扩展(通常称为“衍射受限”)以及最佳聚焦能力方面具有所需特性。因此，在光纤激光器工业中，基模LP01传播通常是有利的。
拉曼LPFG 225将纤芯传播模中的至少一些光耦合到由光纤长度230支持的包层(导向)模式中。拉曼LPFG 225具有波长依赖性，其被调谐为与拉曼光谱的相互作用大于与信号光谱的相互作用。由于波长选择性，拉曼LPFG 225在拉曼光谱内具有更高的耦合效率，与落在拉曼LPFG 225被调谐以相互作用的频带之外的信号光谱能量相比，将拉曼光谱能量更有效地耦合到包层模中。在功能上，拉曼LPFG 225可以被认为是“拉曼选择性的”或者仅仅是“拉曼”包层模耦合器。在一些实施例中，拉曼LPFG 225嵌入在与光纤长度230基本上相同的光纤长度内，例如下面会更详细描述。
在一些实施例中，光纤长度220和230每个都能够仅支持一个芯导模(即光纤长度220和230每个都可以包括单模或SM光纤)。在一些替换实施例中，光纤长度220和230每个都能够支持多于一个的芯模(即光纤长度220和230每个都可以包括多模或多模光纤)。在拉曼LPFG 225被调谐到拉曼光谱的情况下，信号分量Is在光纤长度230的芯导模lm1(例如LP01)中自由传播，而拉曼分量Ir改为更有效地耦合到光纤长度230的包层模lm2中。拉曼LPFG 225可以将纤芯传播模耦合到一个或多个包层传播模(例如光纤长度230所支持的任何数量的包层模)。值得注意的是，在光纤长度230内，对于(明显大于拉曼光谱中心波长一半的)长光栅周期，拉曼分量Ir继续与分量Is一起共传播。这与将反射成反传播模的具有显著较短的光栅周期(例如不超过拉曼光谱的中心波长的一半)的光纤布拉格光栅(FBG)形成对比。
在图2所示的实施例中，拉曼LPFG 225的对称程度使得，在光纤长度230的芯模(例如lm1)中反传播的光的拉曼分量Ir类似地选择性地耦合到光纤长度220(的包层模例如lm2)(例如其中光纤长度220和230包括类似的包层架构)。信号分量Is保持在光纤长度220的芯导模m1(例如LP01)中自由传播。
图3A和3B分别是根据一些多包层光纤实施例的光纤长度230的纵向和横向截面图。尽管示出了双包层光纤实施例，但是光纤长度230可以具有已知适合于支持光纤中的包层模的任何数量的包层(例如三包层等)。在图3A和3B所示的例子中，光纤长度230具有中心纤芯305和包围纤芯305的环形内包层310。环形外包层315包围内包层310。纤芯305和内包层310可以具有任何合适的组成(例如玻璃)。例如外包层315可以是聚合物或玻璃。尽管未示出，一个或多个保护(非光学)涂层可以进一步包围外包层315。
光纤长度230可以具有任何合适的折射率分布(RIP)。这里使用的“折射率分布”或“RIP”是指根据沿着与光纤轴(图3A中的z轴)垂直的线(例如图3B中的x轴或y轴)或平面(例如图3B中的x-y平面)中的位置的折射率。在图3B所示的例子中，RIP是旋转对称的，在这种情况下，RIP对于任何方位角都是相同的。或者，例如对于双折射光纤结构，RIP可以根据方位角而变化。芯305、内包层310和外包层315可以各自具有任何RIP，包括但不限于阶跃折射率和渐变折射率。“阶跃折射率型光纤”具有在纤芯305内基本上平坦的RIP(折射率与位置无关)。内包层310还可以在DClad,1上具有基本平坦的RI，在纤芯305和内包层310之间的界面处具有光纤长度230的RIP。图3A示出了适用于光纤激光器的一个示例性阶跃RIP的示例。或者，芯305和内包层310中的一个或多个可以具有“渐变折射率”，其中RI随着径向位置的增加(即随着与芯和/或包层轴的距离的增加)而变化(例如减小)。
根据一些实施例，芯305适于光的多模传播。具有足够的纤芯直径DCore,1和/或数值孔径(NA)对比度，光纤长度230将支持多于一个的横向光模在纤芯305内的传播。在其他实施例中，纤芯305的直径和NA足以只支持单一(基本)横向光模的传播。在一些示例性实施例中，纤芯直径DCore,1在10-100微米(μm)的范围内，并且内包层直径DClad,1在100-1000μm的范围内，尽管其中每者也可具有其他值。
内包层310可以具有大于芯305的面积，并且还可以具有更高的NA。内包层310支持至少一个传播模，但可以支持大量这样的模式。根据一些有利的实施例，拉曼LPFG 225将拉曼分量Ir耦合到这些导向包层模之一中。尽管将芯305和内包层310示出为同心的(即中心纤芯)，但它们不必是同心的。芯305和内包层310中的一个或多个也可以是除圆形之外的各种形状，例如但不限于环形、多边形、弓形、椭圆形或不规则形状。所示实施例中的纤芯305和内包层310是同轴的，但也可以具有相互偏置的轴。虽然DClad,1和DCore,1被示为在纵向上围绕中心光纤轴(图2A中的z轴)的常数。直径DClad,1和DCore,1可替代地在光纤230的纵向长度上变化。
进一步参考装置201(图2)，光纤长度220可以具有上述光纤长度230的任何特性。在一些实施例中，光纤长度220具有与光纤长度230基本相同的纤芯和包层架构。例如光纤长度220也可以包括双包层光纤。光纤长度220可以基本上与光纤长度230相同，例如具有相同的芯和包层架构、组成和尺寸(例如直径)。对于这样的实施例，光纤长度220还可以支持一个或多个纤芯导向模以及一个或多个包层导向模，使得LPFG 225在具有固定或恒定结构和特性的基本连续的光纤内。
拉曼LPFG 225可以具有能够将目标光谱带宽(例如拉曼分量Ir)从芯模(例如LP01)耦合到共传播的包层模的各种结构。这可以通过直接相互作用或耗散。因此，拉曼LPFG 225可以在包层中或者甚至包括外表面扰动。图4A是根据一些实施例的包括示例性拉曼LPFG225的光纤的一段长度的纵向截面图。在此实例中，拉曼LPFG 225在光栅长度L上的至少纤芯305内包括折射率(RI)扰动405。在所示实例中，拉曼LPFG 225在双包层光纤内，并且RI扰动405具有高于标称纤芯折射率n3的折射率n4。对于外包层315具有折射率n1并且内包层310具有折射率n2的实施例，模式拉曼LPFG 225内的RI可以变化为n1<n2<n3<n4。RI扰动405可以在目标波长范围内影响在纤芯305内导向的光，而目标波段外的光可以基本上不受RI扰动405的影响。
RI扰动405被示为具有周期Λ。光栅周期Λ可以随着拉曼光谱而变化，但是至少大于中心拉曼波长的一半。在中心拉曼波长为1100nm或更大的一些示例中，光栅周期Λ为600nm或更大。在一些其他实施例中，光栅周期Λ是中心拉曼波长的两倍或更多倍，例如范围从100-1000μm。尽管在图4A中示出了固定周期光纤光栅，但是非周期性(即线性调频)、变迹或超结构光栅实施例也可以是拉曼LPFG 225的适当实现方式。例如长周期光栅结构的线性调频实施例可以提供比它们的周期性结构更宽的光谱响应。长周期光栅结构的变迹实施例可以例如改善拉曼光谱与信号光谱的模式分离。超结构实施例可以包括各种长周期光栅结构(例如包括线性调频和变迹结构)。
与拉曼LPFG 225相关的包层模耦合效率不仅取决于RI调制的幅度和光栅长度L，还取决于光栅的三维形状。在一些实施例中，拉曼LPFG 225包括具有RI扰动的圆柱对称光栅，所述RI扰动独立于方位角(例如基本上正交于光纤轴)和/或纤芯半径。图4B是根据圆柱形或旋转对称光栅实施例的通过一个RI扰动405的拉曼LPFG 225的横向截面图。如图所示，在RI扰动405的x-y平面内，折射率与方位角
和芯半径r无关(例如在x-y平面内的各处RI是n4)。在一些替换实施例中，拉曼传播模耦合器包括具有RI扰动的圆柱形或旋转非对称光栅，RI扰动取决于方位角(例如相对于光纤轴的正交方向倾斜的RI扰动)和/或纤芯半径。图4C是根据圆柱形非对称或“倾斜”光栅实施例的通过光纤光栅225的一部分的横向截面图。如图所示，折射率可以取决于RI扰动405的x-y平面内的方位角
(例如从n3变化到n4)和/或芯半径r。然而，可以不需要这样的倾斜光栅实施例，因为对称光栅实施例可以是足够的，并且可以具有将更少量的光散射到辐射模式(而不是包层模)中的另外的优点。
在一些其他实施例中，使用线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)来选择性地将拉曼光谱能量从光纤的纤芯耦合到包层模。图5是根据一些实施例的包括拉曼CFBG 525的光纤长度的纵向截面图。拉曼CFBG 525包括在光栅长度L上的至少纤芯305内的折射率(RI)扰动405。拉曼CFBG 525集成到双包层光纤中，但是类似的光栅结构也可以集成到能够支持一个或多个导向包层模的其他光纤结构中。对于LPFG实施例，RI扰动405具有高于标称纤芯折射率n3的折射率n4。对于外包层315具有折射率n1并且内包层310具有折射率n2的实施例，模式拉曼LPFG 225内的RI可以变化为n1<n2<n3<n4。
对于CFBG 525，RI扰动405具有随光栅长度L变化的周期。因此CFBG 525是纵向非对称的，具有最短光栅周期Λ1的第一“蓝色”端和最长周期Λi的第二“红色”端。光栅周期Λ1和Λi可以各自基于CFBG 525所调谐到的拉曼光谱而变化。在示例性实施例中，最长光栅周期Λi小于LPFG实施例的光栅周期Λ，而最短光栅周期Λ1小于中心拉曼波长的一半。在中心拉曼波长为约1100nm的一些示例中，最短光栅周期Λ1为200-550nm。在一些这样的实施例中，光栅周期Λi小于5μm。根据光栅长度L上的任何函数(例如线性函数)，光栅周期可以在最短和最长周期之间变化，例如变化10s或100s的nm。
图6是示出用于从具有CFBG的光纤系统中选择性地去除拉曼光谱的方法600的流程图。对于光栅的一端具有足够短的周期使得拉曼分量Ir将满足布拉格条件并被反射到反传播模的实施例，可以利用CFBG 525实现方法600。周期在光栅长度上的变化可以进一步导致拉曼分量Ir的非对称处理，其取决于CFBG 525相对于光纤内的光传播方向的取向。例如在图6中，方法600开始于块605，其中光主要以纤芯传播模在第一和第二光纤长度上传播。第一和第二光纤长度耦合到CFBG的相对端，例如第一光纤长度耦合到蓝色端，第二光纤长度耦合到红色端。在块605传播的光具有信号分量Is和拉曼分量Ir。在块610，调谐到拉曼分量波长λr的CFBG选择性地将入射到CFBG的红色端的拉曼分量Ir主要反射到反传播导向包层模式，而入射到CFBG的红色端的信号分量Ir主要保持在纤芯传播模。在块615，调谐到拉曼分量波长λr的CFBG选择性地将入射到CFBG的蓝色端的拉曼分量Ir主要反射到反传播导向纤芯模式，而入射到CFBG的蓝色端的信号分量Ir主要保持在纤芯传播模。
因此，拉曼CFBG可用于使光纤包层模成为拉曼分量Ir的主传播模，而信号分量Is主要保持在纤芯传播模。作为它们各自的传播模之间的较低重叠的结果，拉曼分量可以再次经历来自信号分量的较低增益。同样地，根据实施例的拉曼CFBG可以集成到光纤系统中以抑制或减轻光纤系统内的拉曼光的影响。对于一些进一步的实施例，方法600可以可选地在块115处继续，其中信号分量Is相对于拉曼分量Ir被优先保留。包括拉曼分量Ir的包层模可以被过滤，例如利用增加拉曼分量的传播损耗的包层光剥离器来进行。
图7是根据一些CFBG实施例的选择性地将拉曼光谱从光纤的纤芯传播模耦合到包层传播模的光纤装置701的示意图。在本例中，CFBG 525具有耦合到光纤长度220的红色端和耦合到光纤长度230的蓝色端。CFBG 525将把在入射到红端的纤芯传播模(例如lm1)内传播的拉曼分量Ir反射到包层模(例如lm2)中，在那里它在光纤长度220内反传播。CFBG 525不显着地反射信号分量Is，因此信号分量Is在光纤长度230的纤芯传播模(例如lm1)内传播。对于在入射到蓝端的方向上在纤芯传播模(例如lm1)内传播的拉曼分量Ir，CFBG 525将在纤芯传播模(例如lm1)中反射拉曼分量，其中拉曼分量在光纤长度230内反传播。相反，信号分量Is在光纤长度220的纤芯传播模(例如lm1)内自由传播。
图8A是根据一些实施例的选择性地从光纤系统去除拉曼光谱能量的光纤装置800的示意图。光纤装置800包括拉曼滤波器801，该拉曼滤波器801被耦合以接收在光纤220中传播的光，该光再次包括信号和拉曼分量Is和Ir。拉曼滤波器801将拉曼分量Ir与信号分量Is区分开，在信号分量Is上拉曼分量Ir可以有选择地路由到不同于信号分量Is的目的地，信号分量Is将在光纤长度230中传播。作为过滤的结果，在光纤长度220和/或光纤长度230内传播的光具有减少的拉曼分量Ir(具有较低的总拉曼光谱能量)。一旦被滤波，拉曼分量Ir可以被选择性地耗散和/或抑制。
在一些实施例中，拉曼滤波器801包括光纤光栅825，光纤光栅825将拉曼光谱能量选择性地耦合到一个或多个光纤包层模中，以将光谱能量作为信号传输，光谱能量保持在纤芯传播模中。拉曼滤波器801还包括包层光剥除器(CLS)810，其还被配置为去除和/或耗散包括由光纤光栅825引入的拉曼光谱能量的包层光。
CLS 810可以包括已知的任何合适的自由空间或基于光纤的装置，以减少被导向的包层光。在一些实施例中，CLS 810包括具有保护包层光的包层架构的光纤的一段长度。例如高折射率材料(例如超过内包层材料的折射率，或超过与内包层材料折射率匹配的材料的折射率)的层可以在光纤长度内施加到内包层(或折射率匹配的材料)上，其中外包层已经被去除。高折射率材料(通常为聚合物)与内包层(或折射率匹配材料)具有合适的折射率对比度以和内包层一起“去导向”正在传播的光。在CLS 810嵌入光纤长度220的一部分的一些其他示例中，一个或多个特征被引入到外包层或内包层中的至少一个中，以扰动在光纤长度220的该部分内以包层模传播的光。例如内包层的外表面可以被粗糙化，或者在包层直径的数量级上的大得多的特征可以被铣削到内包层中，用于散射、反射、折射和/或衍射光。在一些示例性实施例中，CLS 810包括具有内包层的光纤长度，该内包层具有从标称包层直径凹陷的一个或多个表面区域，以扰动在内包层中传播的光。为了深入描述可以在光纤包层中形成图案的许多结构，感兴趣的读者可以参考国际专利申请第PCT/US 19/52241号，其名称为“光纤包层剥光器”，其为共同专利权人或受让人所有。
CLS 810还可以包括一个或多个光纤过渡，其中具有不同架构的两个光纤连接，并且作为不同光纤结构的结果，一个光纤的包层光在过渡处丢失。例如CLS 810可以包括在不同的纤芯和/或包层尺寸之间的光纤接头，该光纤接头泄漏或者以其他方式损失拉曼分量Ir的至少包层传播模。在其他实施例中，CLS 810可以包括接合到多包层光纤(例如双包层光纤)的单包层光纤的一段长度。信号分量Is可以在单包层光纤和多包层光纤内作为基本芯模(例如LP01)传播。然而，在多包层光纤中传播的拉曼分量Ir然后可能在单包层光纤过渡处和/或在单包层光纤的长度内从系统中损失。
因此，根据上述实施例，一旦使纤芯模式和包层模分别成为信号分量Is和拉曼分量Ir的主要传播模，光纤系统可以从拉曼分量Ir的降低的增益中受益，并且，如果需要，光纤系统可以还包括对包层模有选择性的滤波器，作为进一步减少光纤系统内的拉曼光的手段。
上述光纤装置中的一个或多个可以结合到更大的光纤系统中，例如包括光纤激光振荡器或谐振腔和/或包括光纤功率放大器的系统。例如图9A是包括光振荡器921和光功率放大器922的光纤激光系统901的示意图。系统901还包括适于将拉曼光谱选择性地耦合到光纤230的包层模的拉曼光纤光栅825。在拉曼光纤光栅825存在的情况下，由于较低的模式重叠，可以预期在激光系统901的包层模中传播的拉曼光谱通过信号光谱具有较低的增益。这样，根据一些进一步的实施例，拉曼光纤光栅825可以与适于选择性地过滤那些主要传输拉曼光谱的包层模的拉曼光谱滤波器进一步集成在一起使用，也可不与之集成。
光纤振荡器921通过激发光的信号光谱来产生光束。振荡器921包括由强光纤光栅907和光纤到光纤耦合器(FFC)908限定的光学腔，在光栅907和FFC 908之间具有掺杂光纤长度905。掺杂光纤长度905可以包括各种材料，例如例如SiO2、用GeO2掺杂的SiO2、锗硅酸盐、五氧化二磷、磷硅酸盐、Al2O3、铝硅酸盐等，或其任何组合。在一些实施例中，掺杂剂是光学活性的，并且可以包括稀土离子，例如Er3+(铒离子)、Yb3+(镱离子)、Nd3+(钕离子)、Tm3+(铥离子)、Ho3+(钬离子)等，或其任何组合，以提供光功率增益。掺杂光纤长度905可以包括多包层光纤，例如基本上如上文针对光纤长度230所描述的，其中至少芯用增益介质掺杂。可替换地，掺杂光纤长度905可以包括单包层光纤或者任何其他已知的适用于光纤激光器的光纤结构。光纤振荡器921光学耦合到泵浦光源915，泵浦光源915例如可以是固态二极管激光器或灯。在光纤振荡器921包括多包层光纤的情况下，泵浦光源915可以以共传播或反传播的方式耦合到掺杂光纤长度905的包层中。在一些实施例中，掺杂光纤长度905包括支持纤芯内的多个传播模的多模光纤(例如基本上如上文针对光纤230所描述的)。然而，在一些替换实施例中，掺杂光纤长度905包括能够在纤芯内仅支持一个传播模的单模光纤。
光纤功率放大器922用于增加至少由振荡器921激发的信号光谱的辐射亮度。光纤放大器922光耦合到泵浦光源916，泵浦光源916例如也可以是固态二极管激光器或灯。光纤功率放大器922包括掺杂光纤长度910，其可以具有上述用于掺杂光纤长度905的任何特性。例如在一些实施例中，掺杂光纤长度910包括光学活性掺杂剂，例如稀土离子如Er3+(铒离子)、Yb3+(镱离子)、Nd3+(钕离子)、Tm3+(铥离子)、Ho3+(钬离子)等，或已知适合于提供光学功率增益的其任何组合。掺杂光纤长度910可以包括多包层光纤，例如基本上如上所述的光纤长度230。在一些实施例中，掺杂光纤长度910包括支持纤芯内的多个传播模的多模光纤(例如基本上如上面针对光纤230所描述的)。在一些有利的实施例中，掺杂光纤长度905包括能够在纤芯中只支持一个导向传播模的单模光纤，而掺杂光纤长度910包括能够在纤芯中支持多个传播模的多模光纤。
根据一些实施例，光纤光栅825位于光纤系统901的输出和振荡器921之间。例如系统输出可以耦合到进一步耦合到处理头的传送光纤。对于还包括光功率放大器(例如功率放大器922)的一些实施例，拉曼光栅位于光纤系统输出和放大器之间(例如光栅825通过功率放大器922与振荡器921分离)。
对于光栅825包括基本如上所述的CFBG(例如CFBG 225)的实施例，光栅825可以被定向为具有接近光纤系统901的输出的蓝色端和接近光纤振荡器921(和/或接近光纤功率放大器922)的红色端。在该取向中，在光纤长度230中朝着光纤230的芯模中的光纤振荡器921传播的拉曼光(例如其从工件回射耦合到光纤系统901的加工头)被光纤光栅825反射回到芯模中的光纤系统输出。CFBG因此将排除来自光纤振荡器921和/或光纤功率放大器922的回射拉曼光谱。在光纤220的芯模中从光纤振荡器921传播的拉曼光(例如在掺杂的光纤长度905和/或910内产生的拉曼光)将被光纤光栅825反射到光纤长度230的包层模。因此，拉曼谱将主要以包层模返回光纤振荡器921和/或光纤功率放大器922，其中信号光谱的增益大大降低。这种通用系统架构可以扩展到任何数目的光振荡器。例如可以为每个光振荡器在光多路复用器/组合器的上游放置一个CFBG。这种通用系统架构还可以扩展到任意数量的光功率放大器增益级。例如一个CFBG可以位于两个相邻的光纤功率放大器增益级之间。
对于光纤光栅825包括LPFG(例如基本上如上文所描述的LPFG 525)的实施例，光纤光栅825可大体上如图9A中所说明定位，或可替代地定位在振荡器921与光功率放大器922之间。在系统901的操作期间，LPFG将以纤芯模式传播到光纤系统输出或从光纤系统输出传播的拉曼光谱耦合到共传播的包层模，其中信号光谱的增益大大降低。
如图9B进一步所示，光纤系统902可以还包括CLS 810。在所示的示例中，在掺杂光纤长度905和910之间实现CLS 810。这种系统架构非常适合于光纤光栅825的LPFG或CFBG实施例。对于CFBG实施例，反射以包层模朝着CLS 810反传播的拉曼分量Ir将被CLS 810剥除，而信号光谱Is在光纤长度230内自由地朝着光纤系统902的输出传播。对于LPFG实施例，耦合成以包层模向CLS 810共传播的回射拉曼分量Ir同样将被CLS 810剥除，而信号光谱Is在光纤长度230内自由向光纤系统902的输出传播。
虽然已经参照各种实施方式描述了本文阐述的某些特征，但是该描述不旨在被解释为限制性的。因此，对于本发明所属领域的技术人员而言很清楚的是，对本文描述的实现方式的各种修改以及其他实现方式被认为落入本发明的精神和范围内。应当认识到，本发明不限于如此描述的实施例，而是可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下进行修改和改变。上述实施例可以包括仅仅采用这些特征的子集、采用这些特征的不同顺序、采用这些特征的不同组合，和/或采用与明确列出的那些特征不同的附加特征。因此，本发明的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。
Claims (20)
1.一种光纤装置，包括：
光纤的第一长度和第二长度，所述光纤的第一长度和第二长度中的每者包括纤芯和两个或更多个包层，其中，所述纤芯支持包括信号光谱和拉曼光谱两者的光的至少第一传播模；和
位于所述光纤的第一长度与所述光纤的第二长度之间的线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)，所述CFBG将在所述第一传播模中传播的至少一些光耦合到所述光纤的第一长度或所述光纤的第二长度的一个或多个包层模中，所述拉曼光谱上的耦合效率比所述信号光谱上的耦合效率更大。
2.根据权利要求1所述的光纤装置，其中：
所述拉曼光谱包括比所述信号光谱的一个或多个第二波长更长的一个或多个第一波长；
至少所述光纤的第二长度的两个或更多个包层还包括内包层和与内包层接触的外包层；
CFBG包括光纤的第三长度，所述光纤的第三长度还包括纤芯、内包层和与内包层接触的外包层，其中所述纤芯的折射率根据所述CFBG的周期性在两个值之间交替变化，所述CFBG的周期性沿所述光纤的第三长度变化；和
所述CFBG是将所述第一传播模耦合到由所述光纤的第二长度的内包层支持的一个或多个反传播包层模。
3.根据权利要求2所述的光纤装置，其中，所述CFBG具有在所述纤芯内沿方位角变化的折射率。
4.根据权利要求2所述的光纤装置，还包括用于激发至少所述信号光谱的光振荡器，并且所述光振荡器耦合到所述光纤的第二长度，所述CFBG位于所述光振荡器和所述光纤的第一长度之间。
5.根据权利要求4所述的光纤装置，其中所述CFBG具有相对于所述光振荡器的线性调频方向，以将所述拉曼光谱内的以所述第一光纤长度的所述第一传播模朝向所述光振荡器传播的至少一部分光反射为以所述第一光纤长度的所述第一传播模远离所述光振荡器反传播的光。
6.根据权利要求4所述的光纤装置，其中：
所述光振荡器包括单模(SM)光纤的一段长度，所述单模光纤具有仅支持所述第一传播模的纤芯；和
所述第二长度的光纤包括多模(MM)光纤，所述多模光纤的纤芯支持除第一传播模之外的一个或多个导向传播模。
7.根据权利要求6所述的光纤装置，还包括位于所述光振荡器和所述CFBG之间的光功率放大器，所述光功率放大器包括MM光纤的一段长度，所述MM光纤的一段长度具有掺杂有增益介质以激发至少所述信号光谱的纤芯。
8.根据权利要求1所述的光纤装置，其中：
至少所述光纤的第二长度的两个或更多个包层还包括内包层和外包层；
所述光栅将所述第一传播模耦合到所述内包层所支撑的包层模；和
所述光纤装置还包括包层光剥除器(CLS)，以耗散来自所述包层模的光，所述CLS包括光纤的第三长度，所述光纤的第三长度具有一个或多个包层特征以扰动在所述包层模中传播的光。
9.一种光纤装置，包括：
光纤的第一长度和第二长度，所述光纤的第一长度和第二长度中的每者均包括纤芯和两个或更多个包层，其中，所述纤芯支持包括信号光谱和拉曼光谱两者的光的至少第一传播模；和
位于所述光纤的第一长度和第二长度之间的长周期光纤光栅(LPFG)，所述LPFG具有大于所述拉曼光谱的中心波长的一半的周期，并且所述LPFG以在所述拉曼光谱上比在所述信号光谱上更大的耦合效率将在第一导模中传播的至少一些光耦合到包层模。
10.根据权利要求9所述的光纤装置，其中：
所述拉曼光谱包括比所述信号光谱的一个或多个第二波长更长的一个或多个第一波长；
至少所述光纤和第二长度的两个或更多个包层还包括内包层和外包层；
所述LPFG包括光纤的第三长度，所述光纤的第三长度还包括纤芯和内包层以及外包层，其中，所述纤芯的折射率在所述第三长度上在至少两个值之间变化，并且具有超过100μm的周期；和
所述LPFG将所述第一传播模耦合到由所述光纤的第一长度和第二长度的所述内包层支撑的一个或多个共传播包层模。
11.根据权利要求10所述的光纤装置，其中所述LPFG具有在所述纤芯内沿方位角变化的折射率。
12.根据权利要求10所述的光纤装置，还包括用于激发至少所述信号光谱的光振荡器，并且所述光振荡器耦合到所述光纤的第一长度，所述LPFG位于所述光振荡器和所述光纤的第二长度之间。
13.根据权利要求12所述的光纤装置，其中：
所述光振荡器包括单模(SM)光纤的一段长度，所述单模(SM)光纤的一段长度具有仅支持所述第一传播模的纤芯；和
所述光纤的第二长度包括多模(MM)光纤，所述多模光纤的纤芯支持除第一传播模之外的一个或多个导模。
14.根据权利要求13所述的光纤装置，还包括位于所述光振荡器和所述LPFG之间的光功率放大器，所述光功率放大器包括MM光纤的一段长度，所述MM光纤的一段长度具有掺杂有增益介质以至少激发所述信号光谱的纤芯。
15.权利要求9的光纤装置，其中：
至少所述光纤第二长度的一个或多个包层还包括内包层和外包层；
所述光栅将第一导模耦合到所述内包层支撑的包层模；和
所述光纤装置还包括包层光剥除器(CLS)，以耗散来自所述包层模的光，所述CLS包括光纤的第三长度，所述光纤的第三长度具有一个或多个包层部件以扰动在所述包层模中传播的光。
16.一种对来自光纤系统的拉曼光谱进行滤波的方法，所述方法包括：
在光纤的第一长度的芯模中传播光，所述光纤的第一长度包括纤芯和一个或多个包层，所述光包括信号光谱和拉曼光谱两者；
利用光纤光栅将来自所述芯模的至少一些光耦合到包层模，所述光纤光栅在所述拉曼光谱上的耦合效率大于在所述信号光谱上的耦合效率，其中所述光纤光栅包括线性调频光纤布拉格光栅(CFBG)或长周期光纤光栅(LPFG)；和
在光纤的第二长度中传播所述包层模，其中所述光纤的第二长度包括纤芯和一个或多个包层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
所述光纤的第一长度和第二长度的一个或多个包层还包括内包层和外包层；和
将来自所述芯模的至少一些光耦合到所述包层模还包括将第一导模耦合到由所述内包层支持的包层模。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
将来自所述芯模的至少一些光耦合到所述包层模还包括通过CFBG将第一传播模耦合到由所述光纤的第二长度的神色内包层支持的一个或多个反传播包层模。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，将来自所述芯模的至少一些光耦合到所述包层模还包括通过所述LPFG将第一传播模耦合到由所述光纤的第二长度的所述内包层支持的一个或多个共传播包层模。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括在光纤的第三长度上从所述内包层剥去所述包层模。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862786175P | 2018-12-28 | 2018-12-28 | |
| US62/786,175 | 2018-12-28 | ||
| PCT/US2019/067547 WO2020139706A1 (en) | 2018-12-28 | 2019-12-19 | Optical fiber devices for directing stimulated raman scattering light out of a fiber core & into a cladding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113227847A true CN113227847A (zh) | 2021-08-06 |
Family
ID=71127895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980086855.1A Pending CN113227847A (zh) | 2018-12-28 | 2019-12-19 | 用于将受激拉曼散射（srs）光导向出纤芯并进入包层的光纤装置和方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220094130A1 (zh) |
| EP (1) | EP3903132A4 (zh) |
| CN (1) | CN113227847A (zh) |
| WO (1) | WO2020139706A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114895399A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-12 | 重庆大学 | 基于长周期光纤光栅的回音壁微腔耦合系统及其制作方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6523511B1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-06-05 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置、ファイバレーザ装置の製造方法、及び、設定方法 |
| KR102519766B1 (ko) * | 2021-12-22 | 2023-04-10 | 국방과학연구소 | 유도 브릴루앙 산란을 억제하는 협대역 고출력 대구경 광섬유 레이저 장치 및 그 방법 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751415A (en) * | 1996-05-13 | 1998-05-12 | Process Instruments, Inc. | Raman spectroscopy apparatus and method for continuous chemical analysis of fluid streams |
| US6100975A (en) * | 1996-05-13 | 2000-08-08 | Process Instruments, Inc. | Raman spectroscopy apparatus and method using external cavity laser for continuous chemical analysis of sample streams |
| US20090296743A1 (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Mid-Infrared Fiber Laser Using Cascaded Raman Wavelength Shifting |
| TWI431347B (zh) * | 2012-03-21 | 2014-03-21 | Univ China Sci & Tech | Fabrication method of surface embossed fiber Bragg grating element |
| US9397464B2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-07-19 | Lumentum Operations Llc | Fiber laser assembly and method of generating light |
| US20180217322A1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | Teraxion Inc. | Optical fiber filter of wideband deleterious light and uses thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6404956B1 (en) * | 1997-10-02 | 2002-06-11 | 3M Intellectual Properties Company | Long-length continuous phase Bragg reflectors in optical media |
| US8412015B2 (en) * | 2007-02-05 | 2013-04-02 | Ofs Fitel, Llc | Segmented gain-doping of an optical fiber |
-
2019
- 2019-12-19 CN CN201980086855.1A patent/CN113227847A/zh active Pending
- 2019-12-19 WO PCT/US2019/067547 patent/WO2020139706A1/en unknown
- 2019-12-19 EP EP19904135.1A patent/EP3903132A4/en active Pending
- 2019-12-19 US US17/418,699 patent/US20220094130A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751415A (en) * | 1996-05-13 | 1998-05-12 | Process Instruments, Inc. | Raman spectroscopy apparatus and method for continuous chemical analysis of fluid streams |
| US6100975A (en) * | 1996-05-13 | 2000-08-08 | Process Instruments, Inc. | Raman spectroscopy apparatus and method using external cavity laser for continuous chemical analysis of sample streams |
| US20090296743A1 (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Mid-Infrared Fiber Laser Using Cascaded Raman Wavelength Shifting |
| TWI431347B (zh) * | 2012-03-21 | 2014-03-21 | Univ China Sci & Tech | Fabrication method of surface embossed fiber Bragg grating element |
| US9397464B2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-07-19 | Lumentum Operations Llc | Fiber laser assembly and method of generating light |
| US20180217322A1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | Teraxion Inc. | Optical fiber filter of wideband deleterious light and uses thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114895399A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-12 | 重庆大学 | 基于长周期光纤光栅的回音壁微腔耦合系统及其制作方法 |
| CN114895399B (zh) * | 2022-05-19 | 2023-03-10 | 重庆大学 | 基于长周期光纤光栅的回音壁微腔耦合系统及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3903132A1 (en) | 2021-11-03 |
| EP3903132A4 (en) | 2022-09-14 |
| WO2020139706A1 (en) | 2020-07-02 |
| US20220094130A1 (en) | 2022-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE48899E1 (en) | Slanted FBG for SRS suppression | |
| JP5238509B2 (ja) | フォトニックバンドギャップファイバ | |
| CN113227847A (zh) | 用于将受激拉曼散射（srs）光导向出纤芯并进入包层的光纤装置和方法 | |
| US20220085567A1 (en) | Optical fiber devices and methods for reducing stimulated raman scattering (srs) light emissions from a resonant cavity | |
| CN112888977B (zh) | 由包层光剥离器封装的光纤拼接 | |
| JP4998357B2 (ja) | フォトニックバンドギャップ光ファイバ、光伝送システム及びそのシステムにおける誘導ラマン散乱抑制方法 | |
| WO2016035414A1 (ja) | ファイバレーザ装置 | |
| US7412135B2 (en) | Fiber optic coupler, optical fiber useful with the coupler and/or a pump light source, and methods of coupling light | |
| EP2975704A1 (en) | Photonic bandgap fiber and fiber laser device using same | |
| WO2011048999A1 (ja) | レーザ光出射用素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置 | |
| US9031099B2 (en) | Fiber with asymmetrical core and method for manufacturing same | |
| CN113316729A (zh) | 用于将受激拉曼散射（srs）光导向出光纤的光纤装置 | |
| JP6744074B2 (ja) | 光ファイバグレーティング用光ファイバおよびファイバレーザ装置 | |
| JP6785901B2 (ja) | フィルタ装置、レーザ装置 | |
| US20220069538A1 (en) | Optical fiber devices and methods for suppressing stimulated raman scattering (srs) | |
| WO2020203136A1 (ja) | ファイバレーザ装置 | |
| US20220123517A1 (en) | Optical fiber devices and methods for reducing stimulated raman scattering (srs) light intensity in signal combined systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |