CN1505856A

CN1505856A - 包层光泵光纤激光器

Info

Publication number: CN1505856A
Application number: CNA028091310A
Authority: CN
Inventors: ֮; 王之江; 王颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Newtown Photoelectric Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: DE10296886T5; US20020181512A1; WO2002097935A1; CN1253979C; US6831934B2

Abstract

一种包层光泵光纤激光器，包括由半导体激光器或半导体激光列阵的光泵源发射的光束经耦合或经整形后耦合进入双包层光纤。双包层光纤的内芯是由掺杂有激活元素的玻璃构成。紧包住内芯的内包层是能够显著减少内包层中局域模的，截面边界似多边形的，不稳定的内包层。内包层的截面面积与内芯截面面积之比小于200。紧包内包层的外包层的折射率小于内包层的折射率。用本发明的不稳定双包层光纤的结构和布局避免了局域模，能够用很短长度的双包层光纤获得高激光增益。提高了泵浦效率，价格低廉。可直接用于掺饵玻璃光纤放大器，或其他三能级激光器以及上转换激光器。

Description

包层光泵光纤激光器技术领域：

本发明是关于包层光泵的光纤激光器，特别是玻璃光纤激光器或光纤放大器的结构布局，使在光纤激光工件物质很短长度下获得高增益。背景技术：

虽然一般认为双包层技术可用来构成高功率光纤激光，但总认为这技术对于三能级激光系统不适用，例如铒放大器由于基态的高吸收。解决这问题的方法如 Grubb在美国专利 5530710及 Ball等人在美国专利 6031849所公开的，采用另一光纤激光的输出作为高功率光泵。但这种做法太复杂，而且效率也不高；先用半导体激光形成光纤激光器，再用它光泵掺铒光纤放大器 (EDFA)代价也太高。所以应该有更好的解决问题的方式。

双包层光纤由多模内包层将光泵能量沿着光纤的长方向逐渐转移进入内芯。转移的效率随包层形状而异。 Polaroid的美国专利 4815079为改进效率，采用内芯处在圆形内包层的偏心位置，或内芯在正中但包层为长方形。此长方形包层的特征是：在此包层内通过中心的两条相互接近垂直的直线之长度，相互不相等。

Polaroid的另一个专利 5533163公开了非长方形的内包层，截面形状为凸多边形。其设计的目的是使光泵能量均匀分布。所公开的多边形具有下列特征：用很多个相同的多边形铺满一个平面时，相邻多边形之间没有空隙。

Lucent的专利 5966491为改进圆形内包层的效率，在内包层上刻以平行的槽于其长方向。

SDL的专利 6157763改进双包层光纤，采用非圆形的内包层，其内包层截面形状的特征是：通过光纤内芯中心的二条相互垂直的直线之长相等。

所有这些对双包层光纤的改进，都没有解决内包层中存在的不通过芯部的局域模。使光纤要用很长的长度并引起低效率。上述的 Polaroid— SDL 及 Lucent的商品光纤器件中，光纤长度超过 50公尺。由于要这样长，光纤只有用分子化学气相沉积 (MCVD)方法制造的石英玻璃来做内包层。采用很大的截面积的结果，也使人们认为双包层光纤不适于铒放大器这类三能级系统。双包层结构的低效率也限制了用于光纤激光的玻璃品种，例如采用磷酸盐玻璃做的双包层光纤，用 Polaroid 的包层形状时，由于高损耗而低效率 (J.D.Minolly.et.al, IEEE photonics Technology Letters, V.5,1993, 301； R， Wu, Opto Southwest 2000)。

因此，要求有更好的包层结构，使效率更高，可以用更多品种的材料做双包层光纤激光器。更好的光纤结构会使制造更容易而价廉，对于高功率 EDFA以及其他光纤激光器，价格低廉是很重要的事。更好的光纤结构也有利于得到上转换光纤激光器以及光通讯窗口内的其他波段光放大器。能够导致光纤内芯直径增大和或内包层截面减小的措施都将是技术上的显著进步。发明内容：

发明概要：

本发明的目的是为光纤激光器和光纤放大器提供有效的激光光纤，它具有新的包层结构和布局。

本发明的另一目的是用新的光纤结构形成高功率光纤激光器或铒光纤放大器，采用很短长度得到高增益，能获得高光泵效率和低廉价格。

本发明的另一目的是用本发明形成掺杂各种稀土元素的玻璃光纤激光器或放大器，用于光通讯有兴趣的波长，或其他目的。

根据本发明，稀土掺杂的各种玻璃，从石英玻璃、硅酸盐玻璃、氟玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐、氟锆、氟铍、氟铝玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硫化物玻璃、以及硼硅酸盐、磷硅酸盐、锗硅酸盐等玻璃，都可作双包层光纤的内芯玻璃。玻璃中掺杂各种稀土元素为激活元素。其激活元素是铒 (Er)，或铒 (Er)和镱（Yb)，或铥 (Tm)，或铥 CTm)和镱 (Yb)，或镨 (Pr)，或镨 (Pr)和镱 (Yb)，或钕 (Nd)，或钬 (Ho)。

根据本发明，双包层光纤的内包层任何形状的设计避免了局域模，使得双包层光纤用作光纤激光器或光纤放大器时能在很短长度获得高增益。本发明详细叙述：

为达到上述目的的及其他目的，根据本发明的例及详细叙述，推荐一种双包层光纤具有内芯，包围内芯的内包层，它的截面形状，对于局域模是不稳定的，并有外包层包在内包层之外，内芯用上述的激活材料如稀土元素的掺杂，不稳定内包层的特征是：其截面边界是由 N个弧所围成，而且每对弧 (相当于反射镜对)满足不稳定激光谐振腔的条件：

(l— L/_ri)(l— L/r₂)< 0，

或 (1— L/_ri)(l— L/r₂)> l;

其中 ^和 r₂是内包层截面边界上相对的两个弧 (相当于反射镜对)的半径，凹弧的半径为正，凸弧的半径为负值， L是两弧之间的间距。在内包层中光束的周转稳定性还可以用弧心位置移动而进一步破坏。下面将称这种内包层为不稳定内包层，它可以是似正方形，似长方形，或似多边形。具有这种内包层的双包层光纤一般称作不稳定双包层光纤。

为达到前述目的，双包层光纤的内包层 (不管其形状如何)截面面积与内芯截面面积之比在 1到 200之间，最好小于 200，小于 50更好，小于 10或 5更好，这样可使局域模减少。

为达到前述目的及其他目的，根据本发明，光纤激光器或光纤放大器将由不稳定双包层光纤及泵浦源所组成。

根据本发明，由不稳定双包层光纤组成的三能级激光器内，半导体激光成为有效的光泵源，因此这种技术可直接用于泵浦一类重要的器件，包括掺铒玻璃光纤放大器及其他三能级激光器及上转换激光器。

根据本发明，一个用于光通讯的光纤放大器 (例如拉曼 (Raman)放大器)将包括一个输入光信号的光纤，一个输出光信号光纤，一个处在输出输入光纤之间的不稳定双包层光纤用于放大所述光信号，一个半导体激光列阵光泵源以及耦合光学系统将光泵源发射的光束注入所述不稳定双包层光纤。

根据本发明，一个光纤激光器将包括一个不稳定双包层光纤，一个半导体激光列阵泵浦源及耦合光学系统，将光泵注入所述不稳定双包层光纤，并在所述不稳定双包层光纤两端各有反射器。

本发明的其他自的，新的结果及其优点将在以下的叙述中表达出来，通过这些叙述可以进一步看到本发明的实用性，但须明白，本发明详细叙述以及所述的例子仅为说明问题，因为按照本发明的精神，对于在本领域具有一般技术水准的人根据本发明的详细描述，就可以作出种种改动和变型。在本发明中将公开有效地光泵的装置和双层光纤结构，使能制出高效率的光纤激光器和光纤放大器。特别是公开了用于双包层光纤的新包层结构。此新结构的特点是可采用很小的包 /芯比，而且新的包层任何形状使局域模为不稳定模，使内包层中几乎不能存在局域模。这样就使很短的光纤就能获得高增益和高效率。高掺杂的玻璃就可用来做光纤。特别是新的包层结构与高亮度光泵源同时使用，用这种公开的光纤时，过去认为用半导体激光直接光泵高功率铒掺杂玻璃双包层光纤是不可能的，现在成为可能。这种新光纤也可用来构成光通讯窗口内其他波长 (例如 1.3 μ ιη)的光放大器，以及其他稀土光纤上转换激光器。

较早之前就知道，对高功率激光器须要用双包层光纤。在先技术中一个典型的双包层光纤具有激活元素掺杂的玻璃的内芯，光信号通过内芯传输；包围着内芯的是内包层，其折射率比内芯低；再有外包层包围内包层，其折射率更低于内包层。当用双包层光纤作为放大器时，光泵不须直接进入芯部，而可以耦合进入内包层，通过内包层中多次反射的光路，行进中与芯相交而被吸收，成为用于受激放大的储能。通过这个过程将内包层中的多模激光转变成光纤芯中的 (单模)激光。为将高功率光泵耦合进入内包层，一般须用较大的包层尺寸，例如大于 250 μ m，另一方面，为保持包层光泵光纤激光器 (CPFL) 输出为单模， CPFL芯的直径限于 8 μ m左右，二者面积之比很大，常超过 500。由于此比值很大，就要光纤很长才能够充分吸收光泵能量。

上述在先技术的问题是不能用于直接光泵三能级铒光纤激光，认为这种方式不能形成 EDFA，而 EDFA应用是很重要的。

在我们对光纤激光的研究中，我们发觉 CPFL的各种定标率里，不仅是光纤长度随包 /芯比而增减，光泵功率密度和光纤内损耗也同样如此。与一般看法相反，我们发现半导体激光可以用来直接光泵铒 CPFL，只要正确选择内包层及内芯的参数 (尺寸和形状)就行。由于在先技术认为半导体包层光泵三能级光纤激光器是不可行的，本发明提供了直接光泵一类重要激光器的方式。由于 CPFL中光泵的吸收系数正比于掺杂浓度，光纤长度随掺杂浓度而减小，所以高掺杂有利。

基于本发明，用紧凑的具有不稳定几何形状的内包层及稀土掺杂的玻璃为内芯做成激光光纤。用这种激光光纤做光放大器时，如铒光纤放大器，可在很短的光纤中得到高增益和高效率，而且可以用半导体激光列阵作为光泵源。这种玻璃光纤将比一般所用的石英光纤价廉，因为不象一般的低损耗通信光纤，不须用象 MCVD方法做，另外，在石英光纤中铒掺杂浓度很低，例如 10¹⁹cm_³，优化的 EDFA为充分吸收光泵时长度必须要 20— 60M。用本发明公开的光纤结构，可以用高掺杂非石英光纤，虽然这种玻璃的衰减系数比石英玻璃大，但由高掺杂及紧凑的不稳定内包层结构导致光纤很短而抵偿。

另一方面，当采用石英玻璃光纤时，其折射率也不能自由调变，因此难以用降低数值孔径 NA来增大芯直径，也难以增大内包层的 NA以缩小内包层直径。采用非石英玻璃的光纤时，折射率能在很大范围内挑选，此时所须光纤参数将易于得到优化，激光光纤的性能将可更为改进。

本发明提供的新的包层结构避免了局域模，使光泵能高效率进入双包层光纤的芯部，使光纤芯不须用昂贵的 MCVD过程制造，容许用高掺杂玻璃为内芯，使铒掺杂的三能级放大器可以用双包层光泵实现。附图说明：

图 1，是在先技术用的光纤内包层及其局域模。

图 2，是在先技术正方形内包层及其局域模。

图 3， 4， 5，表明在先技术中改进的圆形内包层中的局域模。

图 6，为本发明中由四个弧组成的似正方形内包层，其中局域模显著减少。图 7，由图 6所示的似正方形内包层移动圆心后的例子。

图 8，似正方形内包层，其中局域模都被破坏。

图 9，表示另一个似正方形内包层中光路。

图 10，表示另一个不稳定内包层，其中局域模已被破坏。

图 11， 12，另两种内包层的例子。

图 13， 14，两个非稳似正方形内包层的例子，它们具有复杂边界。

图 15，表示一个不稳腔双包层光纤的截面，其内包层具有不稳边界。图 15a， 15b, 表示不稳双包层光纤用光子晶体作为外包层。

图 15c， 15d, 15e表示用大孔作为内外包层之间的气孔层将其间隔开。图 15f， 15g 是另两种内包层的例子。

图 16，表示包层光泵光纤与半导体激光列阵相耦合的激光器示意图。图 17，是一个光纤激光器的例子。

图 18，是一个光纤放大器的例子。具体实施方式：

下面结合附图，进一步说明本发明的光纤激光器和光纤放大器的具体构成和布局及其实用性。

图 1表示在先技术中所用的圆形光纤内包层 IC1中的局域模 (以 Ll， L2， L3为例)。 CR是芯，是芯直径，是内包层直径 (图中未标出)，这些局域模式将永远在原区域传输不能进入中心的芯部。

在先技术中所用的长方形也仍有很多局域模，图 2表示一个正方形内包层 IC2中的局域模。例如光线 Ll， L2， L3的位置永不变化。在正方形中 L4， L5， L6，也是永不变化的环。不过当 cVdo之比相同时，局域模数比圆形要少，这里 ^是正方形边长。图 3， 4， 5表示另一些在先技术所用内包层 IC3几何形状及其局域模，其边界的对称性使环行局域模稳定。

我们发现将正方形包层的边由直线改为弧线，可使局域模减少。图 6 中的内包层 IC4是一个例子，其中已将正方形四边改变为圆弧，图中 a，b，c，d是相应圆弧的圆心，它同时与对面圆弧的顶点重合。此时 Ll， L2是稳定模但它们通过中心的内芯，由于 a，b,c，d联线组成稳定的正方形， L4， L5， L6形成稳定的环，而且不通过中心。虽如此，它比正方形内包层有改进。

图 Ί所示的例子是对图 6的改进，在此内包层 IC5中圆弧的圆心偏离对面圆弧的顶点，圆心 a，c向下移，圆心 b，d向左移，结果使光路 L4， L5， L6 不再稳定，在此种内包层中不再有环行稳定模式。

根据激光谐振腔理论，不稳腔中不存在稳定的局域模。图 8 中内包层边界 IC6是另一个例子，是四个凸面反射面的截面。所有光束随多次反射而逐次发散，没有一个稳定模存在。所以用任意多个反射面，都能形成没有稳定模存在的内包层。

根据激光谐振腔理论，作为光纤的内包层，其截面的弧应满足不稳定激光谐振腔的条件：

(1— L/_ri)(l— L/r₂)< 0， (1)

或 (1— L/_ri)(l— L/r₂)> l ; (2) 式中 r^ r₂是圆弧 (镜面)半径，凹弧半径为正，凸弧半径为负， L是相对的这两弧面间距。所以虽然图 6中的内包层形状优于正方形，但因 L=_ri=r₂，故 (l-L/_ri)(l-L/r₂)= 0，这是一种稳定包层，图 8中的包层几何形状则满足 (2) 式，其中 L/_ri<0，L/r₂<0 。显然当一对凹弧满足 (I)式时，一样也可以组成不稳定的内包层。

图 9的内包层截面边界 IC7中，弧心已不在对方弧上。弧心 a, c联线与弧心 b，d联线垂直。这个几何形状满足关系： _ri>L>r₂>0故满足 (1)式，光束 II逐次反射而发散成为 12， 13， 14， 15。然后逐次收敛为 16， 17， 18， 19，但有些光束如 L4， L5， L6仍然有稳定性。其中光路 L4是四个顶点的联线，是个正方形。为进一步破坏这类环行稳定性，将弧心 a,c移向下如图 10，形成另一个内包层边界 IC8。或将弧心 a,c反向移动如图 11，形成内包层边界 IC9。或单移动一个弧心如图 12形成内包层边界 IC10。这些例中光路 L4不再稳定。实际上移动一个弧心就可能破坏边界的 "平行 " "垂直"，其内包层的截面形状是不对称的，使环路不稳。

在图 13所示的不稳定内包层 IC11是一种多次成象的腔，图中 a，b，c分别是弧 A1A2， B1B2, C1C2的圆心，三个半径都相等，可以看出物点 01经过四次反射 (一个周期)后，象点 04在弧面 C1C2上发生位移 2q，其中 q是圆心 a,b间距。所以由 01发出的光束经多次反射时将逐次移向中心，超过中心后又逐次向外移动，但光束在弧面 A1A2及 B1B2上的位置则基本不动。

图 14表示另一个多次成象的不稳定内包层 IC12, 由八段镜 (弧)面组成，即 A11A12, A21A22, B11B12, B21B22, C11C12, C21C22, D11D12, D21D22。其中 al，a2,bl，b2,cl，c2，dl,d2是相应弧的中心。此时在 B21B22面上的光点经四次反射后位移 2ql，在 A21A22面上的光点则位移 2q2。其中 ql是弧心 al,a2 间距， q2是弧心 bl,b2间距。因此在包层边缘的光线将逐次移向中心，之后再逐次移向边缘，这种多次成象的方式也使局域模破坏。在图 14中 dl，d2偏离轴线是为破坏环行稳定性。

从上面的例子看出围成内包层截面边界的两两相对弧的弧心一一联线的交点至少有一条不在联线的中点，或成复象。

如一般所知不稳腔具有倍率 m: m=(2g_lg2- 1)± [(2g_lg2— l)²— If²

式中 _gl=l— L/_ri， g₂= l— 2/r₂，若 m— l(g_lg2→l,或 g_lg2→0)，腔趋于稳定。若 m 与 ± 1 之差甚大 fe_lg2»l 或 g_lg2«0)则光束将很快发散。根据不同的包芯比 ά,/άο, 我们可以选择不同的 m及适当的弧心位移，使光束到达内芯所须反射次数最小。

满足 (1)式或 (2)式的不稳 (腔)内包层可以取各种形状和参数，可与上面的例子不同，实际上当内包层的截面由 N段弧包围而成，而且相对的弧 (镜面对) 满足不稳腔条件，就可用作有效的内包层。前面公开的所有的例子主要是似正方形的。任何四边形 (例如长方形、梯形、菱形)或任何多边形可以变形为似四边形 (似长方形，似梯形，似菱形)或似多边形的不稳定内包层。局域模中的环行稳定性则可以移动弧心而破坏对称性从而进一步被破坏。

根据激光谐振理论，腔的稳定性由顶点附近的曲率决定，不论是球面、双曲面、抛物面、椭球面或其他高次曲面都一样，我们发现对于不稳定内包层，这个原理也同样正确，因此前述的弧可以是任意曲线的弧，只要它在顶点附近的曲率半径满足 (1)式或 (2)式。

在不稳定几何形状的截面内，光路在内包层中将各态历经，任一光束不须微扰就能进入内芯，但须经内包层边界多次反射，一般而言，反射次数与Vdc成正比。 .

采用了破坏局域模的内包层后，就可以制成高效率的双包层光纤，图 15 表示一个双包层光纤的例子，它包括内芯 131 以保持激光信号通过，一般常希望此信号是单横模。还包括内包层 132包在内芯之外，以保持光泵功率进入内芯。此内包层的几何形状将破坏掉局域模，如前面的例子所公开。内芯的玻璃材料可以在各种激光玻璃中挑选，如石英玻璃、硅酸盐玻璃、氟玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐、氟锆、氟铍、锗硅酸盐，硫化物玻璃等，并以上述的稀土元素掺杂，掺杂的水平将使玻璃性能最佳并使双包层光纤长度最短。双包层光纤还包括外包层 133，它贴紧内包层并具折射率 n₂， n₂小于内包层折射率 _Πι以限制光泵不逸出内包层；内芯的折射率 no小于 _ηι，以限制激光信号处在内芯内。

内包层的数值孔径 NA ^²— η₂ ²)^1/2，内包层的尺寸是^，一般知道 diNAi 决定了内包层的拉格朗日 (Lagrange)不变量大小，进而决定有多少光泵功率能进入此内包层。根据前述定标率，愈小愈好，故应尽可能大， _ηι>>η₂ 有利于高功率光泵进入。

外包层一般用氟塑料一类的聚合物或用低折射率玻璃，例如使折射率 n₂<1.39以使 NA_t极大。外包层直径 d₂—般比大得多，为进一步降低外包层折射率，可以采用光子晶体，这是用很多微孔管形成的周期结构，具有非常低的等价折射率。图 15a表示用光子晶体作为不稳双包层光纤 170的外包层 171，此光纤与图 15具有同样的内芯和内包层几何形状，但图 15a中的外包层是规则排列的微孔组成，所有微孔都沿着光纤的长度方向伸展，成为微管。实际上只要紧靠内包层表面有一些微孔 (管)就够了。在此存在两种导引泵浦光的方式，一种是由全反射限制光束传播，另一种是由二维光子能带间隙限制。在图 15a 中仅有几层微孔，光束是由修正的全反射而引导。因此外包层的等效折射率为 1，故由光子晶体作为外包层时内包层的尺寸可为极小，采用光子晶体时可以形成任何形状的内包层。例如图 15b所示的例子 180是用一层微孔层围成的长方形内包层 181。可以注意，也可以用很大的气孔层 191 围出内包层，例如图 15c，15d，15e，采用气孔层围出内包层时，内外包层可以用同一种材料。

很清楚，围成内包层的弧相对于芯可以是凹或凸，并同时存在，如图 15f 里的不稳定内包层的例子 200。另外，很明显的是，形成内包层的弧的个数可以是任意的。图 15g是一个由七段弧形成的不稳定内包层的例子 210。

可以用各种已知的方式利用双包层光纤做成光纤激光器。图 16是一种一般所知的安排，图 16中双包层光泵结构 140中包括内芯 141，内包层 142具有不稳定包层形状，及外包层 143。半导体激光列阵 (LDA)145发出的光束，经过光束整形系统 BSH及聚焦透镜 LN耦合，进入双包层光纤 140。图 17中除上述元件外，更表明在双包层光纤的两端有布拉格 (Bragg)光纤光栅 148和 149在 146和 147处烧焊在一起。光栅 148对激光 (例如以 Nd掺杂的芯产生波长为 1064nm激光束)有高反射率，而光栅 149则具低反射率作为耦合输出 OC。

图 18表示采用不稳定双包层光纤 163形成光纤放大器的简图。要放大的信号 161通过双色耦合器 WDM1及接点 162进入掺铒光纤 163。光泵源 164 通过光纤 PF及双色耦合器 WDM2及接点 165反向进入掺铒光纤 163。放大后的光信号由 WDM2引出。在本发明中我们发现，采用紧凑的即包 /芯比很小的双包层光纤，可以提高光纤激光器或光纤放大器的效率。内包层截面面积与内芯截面面积之比最好小于 200，小于 50更好，当给定光泵功率 Po后，选定内包层应尽量小，使光泵功率密度为极大，采用高亮度的 LDA的光束整形耦合系统时，光束亮度可 >lMW/cm²/sr，例如 P₀= 1W， =0.5则 ^ = 10 μ m已足够，可以选用略大的值，使 WDM对准时容易些。再例如？。= 10\¥则 ^ = 304 111 ; P₀= 100\¥时 = 1004 111。因此，所述紧凑的内包层可用于高功率光泵，当包 /芯比很小时，光纤具有任何形状的内包层都会有较高效率，不论是不稳定的内包层或是其他已知的形状。当 4/(1。接近等于 1时，圆形内包层也是可行的。根据前述定标率，当变小时光纤所需长度按比例变小，耗损降低，代价也降低。采用紧凑的双包层光纤时，光泵功率密度大增，可达 MW/cm²; 远大于 Er三能级系统对光泵的要求。采用不稳定双包层时，效率更能提高。

前面所述的本发明的例子只为阐明发明的目的，并不限制本发明的准确形式，显然按照上述的讲授可以做出各种变型，例如为特定的目的可以再加上额外的包层。再如，将曲线上的一些角切去，例如将似正方形内包层的四个角都切去一小块，使此内包层截面更为中心对称，对包层内光路仅有很小影响。另外，可以用已知的种种不同技术来制造这种光纤。所述的例子只为说明本发明的结构原理及其实用性，使具有一般技术水平的人能够很好地利用本发明，前面例子中所列举的特定数值及形状，都是为使人们易于理解，并非对本发明构成局限。

Claims

权利要求书

1 . 一种包层光泵光纤激光器，包括光泵源 (145)，由光泵源 (145)发射的光束经耦合或整形后经耦合进入双包层光纤 (140)，其中双包层光纤 (140)包括一个内芯 (141)，紧包内芯 (141)的用以接收光泵能量并将光泵能量传递到内芯 (141)的内包层 (142)，紧包内包层 (142)的外包层 (143)，其特征在于所说的内芯 (141)是由掺杂有激活元素的玻璃构成，所说的内包层 (142)的截面边界是由 N个弧心在不同位置上的弧围成的似多边形。
2. 一种包层光泵光纤激光器，包括光泵源 (145)，由光泵源 (145)发射的光束经耦合或经整形后耦合进入双包层光纤 (140)，其中双包层光纤 (140)包括一个内芯（141)，紧包内芯 (141)的内包层 (142)，紧包内包层 (142)的外包层 (143), 其特征在于所说的内芯 (141)是由掺杂有激活元素的玻璃构成，所说的内包层 (142)的截面面积与内芯截面面积之比是在 1到 200之间。
3. 根据权利要求 1 所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的由 N个弧围成内包层 (142)的截面边界，其中任何一对相对的弧是满足于不稳定激光谐振腔的条件-

(l -L/r,)(l -L/r₂)< 0,

或(1一1^)(1一171"₂)> 1 _;

其中 1",和 r₂分别是两相对弧的半径，凹弧的半径取正值，凸弧的半径取负值， L是两弧之间的间距；或者由 N个弧围成内包层 (142)的截面边界成复象的。
4. 根据权利要求 1 或 3 所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的围成内包层 (142)截面边界的两两相对弧心一一联线的交点至少有一条不在联线的中点，或成复象。
5. 根据权利要求 1 或 2所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于采用构成内芯 (141)的能够掺杂激活元素的玻璃是石英玻璃，或是硅酸盐玻璃，或是磷酸盐玻璃，或是氟锆玻璃，或是氟铍玻璃，或是氟铝玻璃，或是氟磷酸盐玻璃，或是硼酸盐玻璃，或是锗酸盐玻璃，或是碲酸盐玻璃，或是硼硅酸盐玻璃，或是磷酸盐玻璃，或是锗硅酸盐玻璃，或是硫化物玻璃。
6. 根据权利要求 1或 2或 5所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的构成内芯 (141)的玻璃中所掺杂的激活元素是铒，或是铒和镱，或是镱，或是铥，或是铥和镱，或是镨，或是镨和镱，或是钕，或是钬。
7. 根据权利要求 1或 2所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的光泵源 (145)是一个半导体激光器，半导体激光器输出光束经耦合进入双包层光纤 (140)，或者是半导体激光列阵，半导体激光列阵输出光束经过光束整形系统 (BSH)整形后，再通过耦合进入双包层光纤 (140)。
8. 根据权利要求 1所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的内包层 (142)的截面形状是不对称的。
9. 根据权利要求 2所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的内包层 (142)截面形状为多边形，或为正方形，或当内包层 (142)截面面积与内芯 (141) 截面面积之比小于 5时，内包层 (142)的截面形状为圆形。
10. 根据权利要求 1或 2所述的包层光泵光纤激光器，其特征在于所说的紧包内包层 (142)的外包层 (143)是采用能够进一步降低折射率的由微孔管形成周期结构的光子晶体构成，或者是在内包层 (142)与外包层 (143)之间有一气孔层 (191)将内外包层隔开。