CN202093292U - 带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器 - Google Patents

Abstract

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，涉及光通信和光信号大功率放大领域。该放大器，包括光纤和泵浦源(4)；光纤包层纤芯(1)、包层(2)和增透层(3)，增透层(3)为增透膜或是折射率高低相间的石英介质组成的增透结构。纤芯(1)的半径为2μm～50μm，增透层(3)的外半径为50μm～1000μm，增透层(3)的厚度为5μm～50μm。增透层(3)中高低折射率相间的层数为5～50。光纤有双包层结构分为内包层(21)和外包层(22)。解决了目前大功率光纤放大器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，使光纤的机械强度严重降低；光纤侧面泵浦技术耦合点处光功率密度相比光纤其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。

Description

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤放大器。特别应用于光通信领域和光信号大功率放大领域。 

背景技术

光纤放大器问世以来，以其优异的信号放大以及光路的透明性得到了广泛的认同，随着技术的发展，光纤放大器的放大倍数越来越大，高倍率光纤放大器在光纤通信、国防和传感等领域的应用日益引起人们的重视，其广泛的应用领域使得人们对光纤放大器的投入越来越大。目前光纤放大器多数采用端面泵浦的方式，这主要取决于光纤的结构因素。首先，光纤的光信号束缚能力很强，侧面泵浦的耦合效率难以有效提高；其次，由于光纤熔接技术的成熟应用，使得端面泵浦可以大大提升激光的耦合效率。但端面泵浦方式的应用在某些领域也受到限制，例如，大功率的泵浦光从端面输入时，由于过高的光能量密度极有可能对端面造成不可逆转的损伤。 

目前采用的光纤放大器侧面泵浦技术如下： 

多模光纤熔锥侧面泵浦耦合方式。多模光纤熔融拉锥定向耦合是将多根裸光纤和去掉外包层的双包层光纤缠绕在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，能够将泵浦光由多模光纤通过双包层光纤侧面导入内包层，从而实现定向侧面耦合泵浦。这种方法实现的放大器，由于熔融拉锥的制作过程使得在泵浦光纤与多模有源光纤的耦合处光纤结构发生了变化，这对于激光功率及质量的提高不利。 

V槽侧面泵浦耦合。该技术先将双包层光纤外包层去除一小段，然后在裸露 的内包层刻蚀出一个V槽，槽的一个斜面用作反射面，也可将两个面都用于反射。泵浦光由半导体激光器经微透镜耦合，使泵浦光在V槽的侧面汇聚，经过侧面反射后改变方向进入双包层光纤内包层，从而沿着光纤的轴向传输。为了提高耦合效率，该方法要求V型反射槽对泵光全反射。这种泵浦方式制得的光纤放大器，V型槽对光纤的创伤使得光纤的机械强度大大下降，而且由于对V型槽的制作工艺要求过高，都不利于高功率放大器的普及和应用。 

嵌入反射镜式泵浦耦合。与V型槽方法类似，嵌入反射镜式泵浦耦合也需要在光纤侧面开槽，其实这是V型槽的改进方法。这种方法实现的光纤放大器和V槽侧面耦合泵浦技术一样，嵌入反射镜式泵浦耦合技术对于内包层内泵浦光的传输也有较大损耗，同样不利于多点耦合注入泵浦功率的扩展，而且机械强度同样大大下降。 

角度磨抛侧面泵浦耦合。其基本原理是在双包层光纤去一小段，剥去涂敷层和外包层，将内包层沿纵向进行磨抛，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然后将泵浦光纤的纤芯的端面按一定角度磨抛好，与放大光纤紧密贴合固定。泵浦光经泵浦光纤对放大光纤侧面泵浦。这种方法实现的光纤放大器与光纤角度磨抛侧面耦合泵浦技术相类似的是微棱镜来进行侧面耦合，但是微棱镜宽度不能大于内包层的直径，因此给微棱镜的加工带来了技术上的困难。 

综上所述现有的大功率放大器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，使光纤的机械强度严重降低；光纤侧面泵浦技术耦合点处光功率密度相比光纤其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是： 

目前大功率光纤放大器的侧面泵浦技术加工难度高，对光纤有机械损伤，使光纤的机械强度严重降低；光纤侧面泵浦技术耦合点处光功率密度相比光纤 其它部分要高，对光纤耦合点处产生损伤。 

本实用新型的技术方案： 

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，包括光纤和泵浦源，泵浦源对光纤侧面泵浦。光纤包括纤芯、包层和在包层外部的增透层。 

增透层的结构为增透膜或是N层折射率高低相间的石英介质，N＝5～50。 

所述的纤芯的折射率为1.4～1.8，包层的折射率为1.3～1.7，N层石英介质折射率高低相间，高折射率为1.7～1.9，低折射率为1.2～1.4。 

所述的纤芯的半径为2μm～50μm，增透层的外半径为50μm～1000μm，增透层的厚度为5μm～50μm。 

所述的包层包括一层结构或分为内包层和外包层双层结构。 

所述的内包层和外包层的折射率均为1.3～1.7，且内包层折射率大于外包层折射率，内包层的形状为D形、星形或矩形。 

所述泵浦源的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源直接照射于光纤侧面。 

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果： 

由于在光纤中采用增透层，使得在大功光纤放大器中耦合方式发生改变，在光纤中不存在功率密度的极度不均匀性，使得光纤的有效功率承载上限得到巨大提升；与目前已有侧面泵浦技术相比，本实用新型所示光纤结构作为激光增益介质时，无需作任何机械加工，不对光纤本身结构造成任何损伤，保证了光纤的机械强度；光纤外围增透层的引入，使得侧面泵浦效率同时得到有效提升，大大增加了大功率光纤放大器的输出功率；本实用新型所用侧面分布式泵浦方式为泵浦源直接照射于光纤侧面，使泵浦光均匀的分布于光纤表面，泵浦光透过增透层进入光纤内部。光纤制作方法简单，以目前成熟的多层光纤制作技术或镀膜技术完全可以胜任，无需特殊工艺。 

附图说明

图1带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器。 

图2光纤的端面图。 

图3内包层为矩形的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器。 

图4内包层为矩形的光纤端面图。 

图5内包层为星形的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器。 

图6内包层为星形的光纤端面图。 

图7内包层为D形的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器。 

图8内包层为D形的光纤端面图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。 

实施方式一 

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，如图1、2，包括光纤和泵浦源4；光纤包括纤芯1、包层2和在包层2外部的增透层3。 

增透层3的结构为增透膜。 

所述的纤芯1的折射率为1.4，包层2的折射率为1.3。 

所述的纤芯1的半径为2μm，增透层3的外半径为50μm，增透层3的厚度为5μm。 

所述泵浦源4的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纤侧面。 

实施方式二 

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，如图3、4，包括光纤和泵浦源4。光纤包括纤芯1、包层2和在包层2外部的增透层3。 

增透层3的结构为第一层31、第二层32、第三层33、第四层34、第五层35共五层折射率高低相间的石英介质。 

所述的纤芯1的折射率为1.8，五层石英介质折射率高低相间，高折射率为1.9，低折射率为1.4。 

所述的纤芯1的半径为50μm，增透层3的外半径为1000μm，增透层3的厚度为50μm。 

所述的包层2分为内包层21和外包层22双层结构。 

所述的内包层21的折射率为1.4和外包层22的折射率为1.3，内包层21的形状为矩形。 

所述泵浦源4的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纤侧面。 

实施方式三 

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，如图5、6，包括光纤和泵浦源4。光纤包括纤芯1、包层2和在包层2外部的增透层3。 

增透层3的结构为第一层31、第二层32、第三层33、第四层34、...、第十九层319、第二十层320共二十层折射率高低相间的石英介质。 

所述的纤芯1的折射率为1.6，二十层石英介质折射率高低相间，高折射率为1.8，低折射率为1.3。 

所述的纤芯1的半径为20μm，增透层3的外半径为500μm，增透层3的厚度为20μm。 

所述的包层2包括内包层21和外包层22双层结构。 

所述的内包层21的折射率为1.5和外包层22的折射率为1.4，内包层21的形状为星形。 

所述泵浦源4的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纤侧面。 

实施方式四 

带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，如图7、8，包括光纤和泵 浦源4。光纤包括纤芯1、包层2和在包层2外部的增透层3。 

增透层3的结构为第一层31、第二层32、第三层33、第四层34、...、第四十九层349、第五十层350共五十层折射率高低相间的石英介质。 

所述的纤芯1的折射率为1.8，五十层石英介质折射率高低相间，高折射率为1.7，低折射率为1.2。 

所述的纤芯1的半径为20μm，增透层3的外半径为200μm，增透层3的厚度为30μm。 

所述的包层2包括内包层21和外包层22双层结构。 

所述的内包层21的折射率为1.7和外包层22的折射率为1.6，内包层21的形状为D形。 

所述泵浦源4的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源4直接照射于光纤侧面。 

Claims (6)

1.带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，包括光纤和泵浦源(4)，泵浦源对光纤侧面泵浦；其特征在于：光纤包括纤芯(1)、包层(2)和在包层(2)外部的增透层(3)；

增透层(3)的结构为增透膜或是N层折射率高低相间的石英介质，N＝5～50。

2.根据权利要求1所述的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，其特征在于：

所述的纤芯(1)的折射率为1.4～1.8，包层(2)的折射率为1.3～1.7，N层石英介质折射率高低相间，高折射率为1.7～1.9，低折射率为1.2～1.4。

3.根据权利要求1所述的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，其特征在于：

所述的纤芯(1)的半径为2μm～50μm，增透层(3)的外半径为50μm～1000μm，增透层(3)的厚度为5μm～50μm。

4.根据权利要求1所述的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，其特征在于：

所述的包层(2)包括一层结构或分为内包层(21)和外包层(22)双层结构。

5.根据权利要求4所述的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，其特征在于：

所述的内包层(21)和外包层(22)的折射率均为1.3～1.7，且内包层(21)折射率大于外包层(22)折射率，内包层(21)的形状为D形、星形或矩形。

6.根据权利要求1所述的带有增透层结构的分布式侧面泵浦光纤放大器，其特征在于：

所述泵浦源(5)的泵浦方式为侧面分布式泵浦，泵浦源(5)直接照射于光纤(4)侧面。

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