CN116316001A - 一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅及光纤振荡器 - Google Patents
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Abstract
一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅及光纤振荡器，之一少模光纤布拉格光栅包括高反光栅和低反光栅，高反光栅和低反光栅均由大芯径双包层传能光纤拉锥后制作而成；高反光栅和所述低反光栅均包括含涂覆层的输入端双包层光纤、剥除涂覆层后的输入端光纤、输入端锥区、腰区、输出端锥区、剥除涂覆层后的输出端光纤、含涂覆层的输出端双包层光纤，腰区、输出端锥区、剥除涂覆层后的输出端光纤构成光栅刻写区；之一光纤振荡器，包括高反光栅、前向泵浦源、前向泵浦/信号合束器、增益光纤、后向泵浦/信号合束器、后向泵浦源、低反光栅、光纤端帽、激光器激光输出端。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体地为一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅及光纤振荡器。
背景技术
光纤激光器具有高效率、低热负荷、高光束质量、可柔性传输等优点，在工业加工、材料处理、国防科研等领域具有广泛的应用前景。与主振荡功率放大结构的光纤放大器相比，光纤振荡器具有结构紧凑、控制逻辑简单、成本低廉、抗反射回光能力强、稳定性好等优点。随着光纤器件和工艺的发展，光纤振荡器的输出功率和光束质量不断提升，在科研和工业领域都得到了广泛的关注和应用。
随着光纤振荡器功率的不断提升，纤芯内会形成极高的能量密度，引起各种有害的非线性效应。增大光纤纤芯尺寸、降低纤芯内的功率密度是避免非线性效应的有效方法之一。然而，增大光纤纤芯尺寸会使光纤支持多个模式。如果增益光纤支持多个模式，会产生另一种有害效应：模式不稳效应。模式不稳定效应是指输出的信号光功率超过一定阈值后，光纤激光的输出模式由稳定的基模变为基模和高阶模相对成分随时间迅速随机变化的非稳态模式，输出光的光束质量会严重恶化，对激光器的应用产生恶劣影响。
弯曲增益光纤抑制高阶模是最常用的实现高光束质量输出的方法，通过弯曲增益光纤，使增益光纤中的高阶模损耗增大，减少高阶模的产生。然而光纤弯曲直径太大，起不到很好的高阶模滤除作用，弯曲直径太小则会使得光纤基模损耗增大，让部分基模泄露到光纤包层中，使得激光器效率变低。
通过设计变芯径增益光纤，可在抑制光纤非线性效应的同时，保持激光器输出的光束质量，抑制模式不稳定效应。专利CN209640528U中提出的一种纤芯包层尺寸纵向连续渐变的纺锤形增益光纤，通过限制增益光纤两端的纤芯尺寸，减少高阶模的激发，抑制受激拉曼散射和模式不稳定效应。专利CN214069074U中提出一种马鞍形增益光纤及基于马鞍形增益光纤的全光纤振荡器，增益光纤的纤芯的直径在长度方向上呈中间直径小、两端直径大分布，采用光纤端帽进行激光反馈，具有较强的基模保持能力和非线性抑制能力。但是变芯径增益光纤的拉制工艺比较复杂、成本高，目前难以大规模应用。专利CN206096546U提出一种光纤高阶模式剥离器件，通过光纤拉锥对光纤高阶模式进行剥离，然而并未涉及光纤振荡器受激拉曼散射抑制和模式不稳定抑制。
专利CN212379605U提出一种可抑制高阶模反射的少模光纤布拉格光栅以及激光系统。在少模光纤的纤芯中设置有与纤芯同心的圆形折射率调制区，抑制LP01模与LP11模之间的互耦合，控制LP11模的反射率低于LP01模的反射率，从而实现LP11模的反射抑制。然而这种方法需要精准控制光纤布拉格光栅刻写范围，对制作工艺要求较高，并且该方法只能降低LP11的反射率，减少其功率占比，并不能完全抑制LP11模的产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅。
本发明所要解决这一技术问题所采用的技术方案是：
一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅，包括高反光栅和低反光栅，所述高反光栅和低反光栅均由大芯径双包层传能光纤拉锥后制作而成；其中，所述高反光栅和低反光栅均包括含涂覆层的输入端双包层光纤、剥除涂覆层后的输入端光纤、输入端锥区、腰区、输出端锥区、剥除涂覆层后的输出端光纤、含涂覆层的输出端双包层光纤，其中，所述腰区、输出端锥区、剥除涂覆层后的输出端光纤构成光栅刻写区；所述剥除涂覆层后的输入端光纤、输入端锥区、腰区、输出端锥区、剥除涂覆层后的输出端光纤构成包层光剥离区。
在一个实施方式中，所述输入端锥区、腰区、输出端锥区的长度均为20mm。
本发明所要解决这一技术问题所采用的技术方案是：
一种光纤振荡器，包括高反光栅、前向泵浦源、前向泵浦/信号合束器、增益光纤、后向泵浦/信号合束器、后向泵浦源、低反光栅、光纤端帽、激光器激光输出端，其中，高反光栅、低反光栅、前向泵浦/信号合束器、后向泵浦/信号合束器构成光纤谐振腔。
在一个实施方式中，所述高反光栅的输入端与所述前向泵浦/信号合束器的输入端熔接，所述前向泵浦源的输出端与所述前向泵浦/信号合束器的泵浦臂熔接，所述前向泵浦/信号合束器的输出端与所述增益光纤熔接。
在一个实施方式中，所述增益光纤的输出端与后向泵浦/信号合束器输入端熔接，所述后向泵浦源的输出端与所述后向泵浦/信号合束器的泵浦臂熔接，所述后向泵浦/信号合束器的输出端与所述低反光栅的输入端熔接，所述低反光栅的输出端与所述光纤端帽输入端熔接，所述光纤端帽的输出端与所述激光器激光输出端熔接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅，能简单有效的实现少模光纤制备只有LP01模式输出的高/低反光栅，进而实现较粗芯径的少模光纤振荡器纯基模输出，提高激光器模式不稳定阈值和光束质量。
2、本发明在一个器件种集成了模式滤除、光纤布拉格光栅、包层光剥除等多项功能，且内部没有熔接点，相比分离器件熔接实现同样功能，减少了光纤熔接次数和光纤长度，减小了由于光纤长度引起的非线性效应，避免了熔接损耗以及熔接带来的光束质量退化。
附图说明
图1为本发明实施例1的少模光纤布拉格光栅结构示意图；
图2为本发明图1的LP01和LP11模式通过率与腰区纤芯直径关系图；
图3为本发明的光纤振荡器结构示意图。
图中：11、含涂覆层的输入端双包层光纤，12、剥除涂覆层后的输入端光纤，13、输入端锥区，14、腰区,15、输出端锥区，16、剥除涂覆层后的输出端光纤，17、含涂覆层的输出端双包层光纤，101、高反光栅，102、前向泵浦/信号合束器，103、增益光纤，104、后向泵浦/信号合束器,105、低反光栅，106、光纤端帽、107、激光器激光输出端，108、前向泵浦源，109、后向泵浦源。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例包括高反光栅101和低反光栅105，高反光栅101和低反光栅105均由大芯径双包层传能光纤拉锥后制作而成；高反光栅101和低反光栅105均包括含涂覆层的输入端双包层光纤11、剥除涂覆层后的输入端光纤12、输入端锥区13、腰区14、输出端锥区15、剥除涂覆层后的输出端光纤16、含涂覆层的输出端双包层光纤17，其中，所述腰区14、输出端锥区15、剥除涂覆层后的输出端光纤16构成光栅刻写区18；剥除涂覆层后的输入端光纤12、输入端锥区13、腰区14、输出端锥区15、剥除涂覆层后的输出端光纤16构成包层光剥离区19；且输入端锥区13、腰区14、输出端锥区15的长度均为20mm。
现有光纤布拉格光栅通常有高反光栅和低反光栅，高反光栅反射率一般大于99％,作为光纤振荡器的高反端，低反光栅的反射率一般在5-15％之间，作为光纤振荡器的输出端；而本申请的高反光栅101和低反光栅105均由大芯径双包层传能光纤拉锥制作，即先通过光纤拉锥实现高阶模滤除功能，再在拉锥后的光纤上制作光纤布拉格光栅。
在本实施例中，原双包层光纤支持多种模式，拉锥后腰区14光纤纤芯变细，只支持基模传输，原光纤中的基模可以以非常低的损耗通过输入端锥区13、腰区14和输出端锥区15，LP11等高阶模经则完全截止，转化包层模并被剥除；
本申请的双包层传能光纤的纤芯直径为20μm，包层直径为400μm，纤芯NA为0.065，激光波长为1080nm，只支持基模LP01和高阶模LP11两种模式；而输入端锥区14、腰区15、输出端锥区16长度均为20mm，当腰区5的纤芯直径减小时，如图2所示，LP01模可以以非常低的损耗通过器件；而当纤芯尺寸小于12μm时，LP11模完全截止。
实施例2
如图3所示，本实施例包括高反光栅101、前向泵浦源108、前向泵浦/信号合束器102、增益光纤103、后向泵浦/信号合束器104、后向泵浦源109、低反光栅105、光纤端帽106、激光器激光输出端107，其中，高反光栅101、低反光栅105、低反光栅105、前向泵浦/信号合束器102、后向泵浦/信号合束器104构成光纤谐振腔；其中，高反光栅101的输入端与前向泵浦/信号合束器102的输入端熔接，前向泵浦源108的输出端与前向泵浦/信号合束器102的泵浦臂熔接，前向泵浦/信号合束器102的输出端与所述增益光纤103熔接，增益光纤103的输出端与后向泵浦/信号合束器104输入端熔接，后向泵浦源109的输出端与后向泵浦/信号合束器104的泵浦臂熔接，后向泵浦/信号合束器104的输出端与低反光栅105的输入端熔接，低反光栅105的输出端与光纤端帽106输入端熔接，光纤端帽106的输出端与激光器激光输出端107熔接。由此，前向泵浦源108、后向泵浦源109输出的泵浦激光经过前向泵浦/信号合束器102、后向泵浦/信号合束器104的泵浦臂注入到光纤激光谐振腔中，谐振腔输出激光中的包层光由低反光栅105中的包层光剥离区剥除，之后由光纤端帽106输出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (5)
1.一种可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅，其特征在于：包括高反光栅(101)和低反光栅(105)，所述高反光栅(101)和低反光栅(105)均由大芯径双包层传能光纤拉锥后制作而成；其中，所述高反光栅(101)和低反光栅(105)均包括含涂覆层的输入端双包层光纤(11)、剥除涂覆层后的输入端光纤(12)、输入端锥区(13)、腰区(14)、输出端锥区(15)、剥除涂覆层后的输出端光纤(16)、含涂覆层的输出端双包层光纤(17)，其中，所述腰区(14)、输出端锥区(15)、剥除涂覆层后的输出端光纤(16)构成光栅刻写区(18)；所述剥除涂覆层后的输入端光纤(12)、输入端锥区(13)、腰区(14)、输出端锥区(15)、剥除涂覆层后的输出端光纤(16)构成包层光剥离区(19)。
2.根据权利要求1所述的可滤除高阶模的少模光纤布拉格光栅，其特征在于：所述输入端锥区(13)、腰区(14)、输出端锥区(15)的长度均为20mm。
3.一种光纤振荡器，其特征在于：包括高反光栅(101)、前向泵浦源(108)、前向泵浦/信号合束器(102)、增益光纤(103)、后向泵浦/信号合束器(104)、后向泵浦源(109)、低反光栅(105)、光纤端帽(106)、激光器激光输出端(107)，其中，高反光栅(101)、低反光栅(105)、低反光栅(105)、前向泵浦/信号合束器(102)、后向泵浦/信号合束器(104)构成光纤谐振腔。
4.根据权利要求3所述的光纤振荡器，其特征在于：所述高反光栅(101)的输入端与所述前向泵浦/信号合束器(102)的输入端熔接，所述前向泵浦源(108)的输出端与所述前向泵浦/信号合束器(102)的泵浦臂熔接，所述前向泵浦/信号合束器(102)的输出端与所述增益光纤(103)熔接。
5.根据权利要求4所述的光纤振荡器，其特征在于：所述增益光纤(103)的输出端与后向泵浦/信号合束器(104)的泵浦臂熔接，所述后向泵浦源(109)的输出端与所述后向泵浦/信号合束器(104)的输出端熔接，所述后向泵浦/信号合束器(104)的输出端与所述低反光栅(105)的输入端熔接，所述低反光栅(105)的输出端与所述光纤端帽(106)输入端熔接，所述光纤端帽(106)的输出端与所述激光器激光输出端(107)熔接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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