CN2685900Y - 外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤 - Google Patents

Abstract

一种外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤。解决数值孔径小，对泵浦光的耦合技术要求高，成本大的问题。本实用新型外包层兼做保护层。内、外包层的截面为如下任何一种非圆形：矩形、圆角矩形、方形、圆角方形、D形、饼形、八角形等。使用时，外包层的外侧环绕着低折射率介质如气体、水等，使其外表面变成泵浦光波导界面，该波导的数值孔径极大，适于高功率泵浦光侧面耦合的廉价高功率光纤激光器和光纤放大器。

Description

外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤

【技术领域】：本实用新型涉及一种光导纤维，尤其涉及一种构成高功率光纤激光器和光纤放大器的双包层光纤。

【背景技术】：高功率的光纤激光器和光纤放大器普遍采用双包层光纤，普通双包层光纤由掺有激光激活物质的光纤芯、内包层、外包层和保护层四部分组成。其中光纤芯的折射率最大，内包层的折射率大于外包层的折射率；外包层材料为聚合物光学材料，光纤外包层截面一般为圆形；光纤芯由玻璃等无机材料掺杂激光激活物质构成，内包层是由与纤芯基体材料可匹配熔接的无机材料构成，其截面可以为圆形。由于内包层口径远大于纤芯口径，所以可汇聚较多的泵浦光进入内包层，并把泵浦光约束在内包层中传播，进而耦合到纤芯，完成激发过程。

虽然圆形内包层的双包层光纤有很多优点，主要是不需要对预制棒做额外的光学机械加工，而使工艺更简单，还有当泵浦源为带尾纤的LD时，圆形石英包层之间的尺寸匹配易于耦合连接等。但圆形内包层的双包层光纤存在以下缺点：即完美的圆形对称性使内包层中的大量的泵浦光成为螺旋光，在传输的过程中永远也不会达到纤芯，因而不可能有高的光光转换效率。为了克服这个缺陷，人们将内包层截面结构设计成非圆形内包层的双包层光纤，如方形、矩形、D型等(见图4B、图4C和图4D)，参见[United States Patent 5,533,163]，以及非同轴心内包层的双包层光纤；还有非圆扭转形内包层的双包层光纤，参见[United States Patent6,157,763]。这些光纤虽然解决了端面泵浦方法有高的光光转换效率，但这些双包层光纤的内包层的数值孔径比较小，对泵浦光的耦合技术要求较高，增加了光纤激光器和光纤放大器的成本，尤其是高功率的双包层光纤激光器更是价格昂贵，不利于光纤激光器和光纤放大器的普及推广。

【发明内容】：本实用新型的目的是提供一种既具有较高的光光转换效率，又具有较大的数值孔径，同时对泵浦光的耦合技术要求比较简单，且光纤激光器和光纤放大器的成本较低的外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤。

本实用新型外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤，包括光纤芯、包层组成，其特征是所述的包层指内包层和外包层，即光纤芯外依次为内包层，和对内包层石英、玻璃和晶体无机材料有保护裂纹产生作用、兼做最外保护层的外包层，外包层的外表面为泵浦光波导的界面，其中，内、外包层的截面为如下任何一种非圆形：矩形、圆角矩形、方形、圆角方形、D形、中部为矩形或方形一端或两端为部分圆形的组合形、矩形削去一至四个角后的剩余形、圆形削去一或二个少半圆后的剩余形。

外包层折射率最小，内包层的折射率等于或稍微大于外包层的折射率，光纤芯的折射率最大。

本实用新型的优点和积极效果：本发明双包层光纤不需要普通光纤的最外保护层，本发明双包层光纤的外包层采用聚合物光学材料，外包层也是双包层光纤的最外层，对内包层玻璃等材料有保护裂纹产生的作用。使用时，其外包层和内包层同为泵浦光通道，外包层和其外面的低折射率介质(如气体、水等)构成泵浦光波导，因此其数值孔径极大，特别适用于高功率泵浦光的侧面耦合。其中双包层光纤的光纤芯由玻璃等无机材料掺杂激光激活物质构成，内包层是由与纤芯基体材料可匹配熔接的无机材料构成，内包层截面形状不受限制。其中光纤芯的折射率最大，内包层的折射率等于或稍微大于外包层的折射率。当内包层的折射率稍大于外包层的折射率时，内包层还有会聚作用，使泵浦光更易到达光纤芯部，激发激活介质。产生的激发光被约束在光纤芯内传播。因此，用本发明的光纤，在高的光光转换效率的情况下，可以便宜地获得高功率的光纤激光器和光纤放大器，因为其紧密排列时，特别适用于LD阵列的直接侧面泵浦，得到高转换效率的经济型结构的高功率光纤激光器和光纤放大器。

【附图说明】：

图1A至F、是本实用新型实施例1的系列双包层光纤横截面示意图，这个系列双包层光纤的内包层与外包层同为非圆形状；

图2A至E、是本实用新型实施例2的系列双包层光纤横截面示意图，这个系列双包层光纤的内包层与纤芯为偏心结构。

【具体实施方式】：

实施例1：

如图1A至F所示，本实用新型的双包层光纤包括光纤芯10、内包层12、外包层14。光纤芯10由石英、玻璃和晶体无机材料掺杂激光激活物质构成，其折射率最大，为圆形截面。外包层14的截面可以是方形或矩形(图1A)、圆角矩形(图1B)、八边形即由矩形削去四个角后的剩余形(图1C)、圆饼形即中部为矩形或方形两端为部分圆形的组合形(图1D)、D形(图1E)、圆形削去二个少半圆后的剩余形(图1F)等非圆形。内包层12是由与纤芯基体材料可匹配熔接的无机材料构成，其截面可以是上述外包层截面中的一种，截面形状与外包层可以相同，也可以不同，内包层的折射率等于或稍微大于外包层的折射率。外包层和内包层同为泵浦光通道，外包层采用聚合物光学材料，外包层也是双包层光纤的最外层，对内包层石英、玻璃和晶体无机材料有保护裂纹产生的作用。在使用时，外包层和其外面的低折射率介质(如气体、水等)构成泵浦光波导，因此其数值孔径极大，特别适用于高功率泵浦光的侧面耦合。

实施例2：

如图2A至E所示，本例双包层光纤中的内包层与纤芯为偏心结构，内、外包层形状均为非圆形，其余结构同例1。

Claims (2)

1、一种外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤，包括光纤芯、包层组成，其特征是所述的包层指内包层和外包层，即光纤芯外依次为内包层，和对内包层的石英、玻璃和晶体无机材料有保护裂纹产生作用、兼做最外保护层的外包层，外包层的外表面为泵浦光波导的界面，其中，内、外包层的截面为如下任何一种非圆形：矩形、圆角矩形、方形、圆角方形、D形、中部为矩形或方形一端或两端为部分圆形的组合形、矩形削去一至四个角后的剩余形、圆形削去一或二个少半圆后的剩余形。

2、根据权利要求1所述的外包层为泵浦光波导的非圆形的双包层激光光纤，其特征是外包层折射率最小，内包层的折射率等于或稍微大于外包层的折射率，光纤芯的折射率最大。

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