CN218040191U - 一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器，属于光纤激光器领域。高功率光纤输出器包括熔接的匹配无源光纤和手性耦合纤芯光纤；手性耦合纤芯光纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，侧纤芯以主纤芯为中心轴沿着主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在主纤芯周围。本实用新型采用手性耦合纤芯光纤实现对大模场特种光纤的输出激光高阶模式滤除，提高输出激光的光束质量，也可实现拉曼波长激光的损耗，用以提高拉曼抑制比。

Description

一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器领域，具体涉及一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器。

背景技术

工业加工应用对高功率光纤激光的光束质量以及拉曼光谱抑制比具有一定的要求。以上两项指标的劣化将会严重影响输出器的使用效果，此外，拉曼光谱抑制比也可引起高功率光纤输出器输出激光的光束质量劣化。因此，优化高功率光纤输出器以上两项激光指标参数显得尤为重要。

为了优化输出激光质量，目前主要采用具有大模场的低数值孔径(NA)阶跃折射率型光纤、光子晶体光纤、光子晶体棒状光纤、泄漏通道光子晶体光纤、大间距光子晶体纤等。其中，大模场低NA阶跃折射率由于其为了只支持单模激光传输，于是要求该类光纤NA一般要求小于0.06，然而目前成熟的MCVD光纤预制棒制造技术较难实现对该较小数值孔径的精确控制，因此目前大模场光纤的数值孔径的约为0.06，导致了大模场光纤为可支持多模。同时，具有低的数值孔径，导致其耐弯特性较差。因此，该种类特种光纤在使用过程中，光纤弯曲易导致其产生纤芯漏光，增加传输插入损耗。

关于大模场光子晶体、光子晶体棒状、泄漏通道光子晶体、大间距光子晶体等光纤，其采用周期空气孔微结构来实现对纤芯NA的精确控制，因此，其可同时具有大模场和低NA的特性。虽然这些年该类光纤被广泛关注与研究，但是光子晶体因空气孔热塌缩效应一直存在与常规阶跃折射率型光纤熔接具有高插损的缺陷问题，导致其较难实现高功率光纤输出器相关器件一体化、小型化，因此，限制其被广泛使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器，采用手性耦合纤芯光纤实现对大模场特种光纤的输出激光高阶模式滤除，提高输出激光的光束质量，也可实现拉曼波长激光的损耗，用以提高拉曼抑制比。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器，高功率光纤输出器包括熔接的匹配无源光纤和手性耦合纤芯光纤；手性耦合纤芯光纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，侧纤芯以主纤芯为中心轴沿着主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在主纤芯周围。

优选地，主纤芯与侧纤芯的传输模式之间符合准相位匹配条件，准相位匹配条件为

其中，β¹为侧纤芯内激光传播常数，β²为主纤芯内激光传播常数，R为侧纤芯和主纤芯的中心距离，∧为侧纤芯的轴向螺旋周期，l为主纤芯传输模式的角向阶数。

优选地，手性耦合纤芯光纤对振荡激光的透过率低于对拉曼激光的透过率。

优选地，手性耦合纤芯光纤还包括盘绕段。

优选地，手性耦合纤芯光纤的输出端与石英端帽熔接。

优选地，手性耦合纤芯光纤的盘绕段与输出端之间还包括腐蚀段。

优选地，主纤芯的低数值孔径为0.06，纤芯直径为35μm；侧纤芯的低数值孔径为0.1，纤芯直径为17μm；包层的低数值孔径为0.46，直径为250μm；主纤芯与侧纤芯的中心距离为4μm。

优选地，匹配无源光纤的低数值孔径为0.06，纤芯直径为33μm，包层直径为250μm。

优选地，盘绕段的光纤长度≥0.5m，盘绕直径≥5cm。

本实用新型的有益效果在于，一方面，可通过主纤芯与侧纤芯的模式耦合效应，将主纤芯内的高阶光纤模式进行滤除，因此该光纤可减少激光模式输出，以提高输出激光光束质量，同时，该光纤抑制了传统大模场光纤所存在的易产生多模激光输出效应，利于主纤芯直径的进一步增加，且保持单模激光传输，最终提高系统的输出功率。另一方面，通过光纤结构设计，该光纤可实现对信号激光高透，而对拉曼波长激光具有较高损耗，即拉曼波长裁剪。此外，还具有与常规阶跃折射率型光纤熔接低插损的特性。

附图说明

图1是本实用新型的提出的基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器的结构示意图；

图2是手性耦合纤芯光纤的径向截面图；

图3是手性耦合纤芯光纤的轴向截面图。

图中：1-匹配无源光纤、2-手性耦合纤芯光纤、21-主纤芯、22-侧纤芯、23-包层、3-腐蚀段、4-石英端帽；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提出了一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器，用以提高光纤激光高质量输出。如图1所示，该光纤输出器包括依次连接的匹配无源光纤1、手性耦合纤芯光纤2和石英端帽4，其中手性耦合纤芯光纤2还包括盘绕段和腐蚀段3。

匹配无源光纤1为常规阶跃折射率型大模场光纤。可选地，匹配无源光纤1的光纤参数如下：NA为0.06，光纤纤芯直径为33μm，包层直径为250μm。

如图2和3所示，手性耦合纤芯光纤2包括主纤芯21、侧纤芯22和包层23，侧纤芯22以主纤芯21为中心轴，按照∧周期并沿着主纤芯21的轴向螺旋盘绕在主纤芯21周围。可选地，主纤芯21的NA为0.06，纤芯直径为35μm；侧纤芯22的NA为0.1，纤芯直径为17μm；包层23的NA为0.46，直径为250μm；主纤芯21与侧纤芯22的中心距离为4μm。

匹配无源光纤1的纤芯与手性耦合纤芯光纤2的主纤芯21可采用CO₂激光或者电极放电熔接方法进行熔接。

手性耦合纤芯光纤2通过主纤芯21与侧纤芯22传输模式之间的准相位匹配条件来实现两个纤芯之间的模式耦合作用。

准相位匹配条件为：

其中，β¹为侧纤芯内激光传播常数，β²为主纤芯内激光传播常数，R为主、侧纤芯中心距离，∧为侧纤芯的轴向螺旋周期，l为主纤芯传输模式的角向阶数。通过主、侧纤芯之间的模式耦合效应，可对通过主纤芯的激光实现约0.1dB/m低插损传输，而对高阶模式具有大于约100dB/m的传输损耗。同时，由于以上主、侧纤芯之间的耦合效应，该光纤对相同模式条件下不同波长激光的传输效率也不同。因此，可通过此效应来设计对信号光高透而对拉曼波长激光具有高传输损耗的手性耦合纤芯光纤。

本实用新型所采用的手性耦合纤芯光纤对1080nm振荡激光具有约-0.1dB/m透过率，而对1130nm拉曼激光存在-5dB/m的透过率，因此，该光纤可起到对拉曼波长裁剪的效果，从而滤除拉曼激光，净化输出激光成分。

手性耦合纤芯光纤2中还包括盘绕段，用于将由主纤芯21耦合至侧纤芯22中的高阶模式激光成分进行泄漏，并将其在包层内高NA转化，利于腐蚀段将其进行高效剥除。可选地，盘绕段的光纤长度≥0.5m，盘绕直径≥5cm。

腐蚀段3可采用氢氟酸或者磨砂膏对手性耦合纤芯光纤进行腐蚀，用于剥除包层激光，以提高输出激光光束的质量。可选地，光纤直径被腐蚀至100μm，腐蚀长度为15cm。可选地，采用水冷对被剥离的包层光进行热量转移或散热。

为了实现高功率的输出，将手性耦合纤芯光纤2的输出端与具有大输出端面面积的高纯度石英端帽4进行熔接。如图1所示，腐蚀段3之后的光纤可采用CO₂激光熔接方法或者电极放电熔接方法，将其与石英端帽4进行高效熔接。熔接石英端帽4将很大程度上的提高该输出器的耐受功率。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于手性耦合纤芯光纤的高功率光纤输出器，其特征在于，所述高功率光纤输出器包括熔接的匹配无源光纤和手性耦合纤芯光纤；所述手性耦合纤芯光纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，所述侧纤芯以所述主纤芯为中心轴沿着所述主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在所述主纤芯周围。

2.根据权利要求1所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述主纤芯与侧纤芯的传输模式之间符合准相位匹配条件，所述准相位匹配条件为

其中，β¹为所述侧纤芯内激光传播常数，β²为所述主纤芯内激光传播常数，R为所述侧纤芯和主纤芯的中心距离，∧为所述侧纤芯的轴向螺旋周期，l为所述主纤芯传输模式的角向阶数。

3.根据权利要求2所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述手性耦合纤芯光纤对振荡激光的透过率低于对拉曼激光的透过率。

4.根据权利要求2所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述手性耦合纤芯光纤还包括盘绕段。

5.根据权利要求3所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述手性耦合纤芯光纤的输出端与石英端帽熔接。

6.根据权利要求5所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述手性耦合纤芯光纤的所述盘绕段与所述输出端之间还包括腐蚀段。

7.根据权利要求1所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述主纤芯的低数值孔径为0.06，纤芯直径为35μm；所述侧纤芯的低数值孔径为0.1，纤芯直径为17μm；所述包层的低数值孔径为0.46，直径为250μm；所述主纤芯与侧纤芯的中心距离为4μm。

8.根据权利要求1所述的高功率光纤输出器，其特征在于，匹配无源光纤的低数值孔径为0.06，纤芯直径为33μm，包层直径为250μm。

9.根据权利要求4所述的高功率光纤输出器，其特征在于，所述盘绕段的光纤长度≥0.5m，盘绕直径≥5cm。

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