CZ305888B6 - Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující - Google Patents
Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305888B6 CZ305888B6 CZ2015-72A CZ201572A CZ305888B6 CZ 305888 B6 CZ305888 B6 CZ 305888B6 CZ 201572 A CZ201572 A CZ 201572A CZ 305888 B6 CZ305888 B6 CZ 305888B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fiber
- double
- sheathed
- spool
- optical fiber
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 119
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 claims description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 34
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 30
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 27
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 229920006240 drawn fiber Polymers 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Řešení poskytuje zesilovací modul, zejména pro pláštěm čerpaná optická zařízení, obsahující cívku (7) s navinutým dvouplášťovým aktivním optickým vláknem (6) a alespoň jeden upevňovací přípravek (8) pro upevnění vlákna k cívce. Dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) má nekruhový průřez vnitřního pláště (2) a průřez vnitřního pláště (2) dvouplášťového optického vlákna (6) má měnící se orientaci vůči bočnímu plášti cívky (7). Dále řešení poskytuje způsob výroby zesilovacího modulu, kdy dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) s nekruhovým průřezem vnitřního pláště (2) se zkrucuje před navíjením na cívku (7) nebo v průběhu navíjení na cívku (7) a upevní se pak k cívce (7) alespoň jedním upevňovacím prostředkem (8). Navrhované řešení může být s výhodou využito v různých oblastech techniky, zejména v laserových systémech s vysokým výkonem pro zpracování materiálu nebo pro medicínské laserové systémy.
Description
Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující
Oblast techniky
Vynález se týká nového řešení zvýšení účinnosti absorpce čerpacího záření v dvouplášťových vláknech pro optická zařízení, tj. optické zesilovače a zdroje záření, zvláště pro výkonové vláknové lasery, širokopásmové zdroje, optické zesilovače, zařízení s čerpáním přes plášť.
Dosavadní stav techniky
Vláknové zesilovače a lasery jsou skupina zesilovačů a laserů, které jako aktivní médium využívají skleněná optická vlákna, zejména vlákna dopovaná prvky vzácných zemin. Pro svou variabilitu jsou vláknové zesilovače a lasery využitelné ve značně rozdílných aplikacích. Využívají se v aplikacích náročných na výkon jako řezání a sváření v průmyslu a lze je nalézt i v delikátních zařízeních vyvíjených pro dosud nejpřesnější měření frekvence a času. Rostoucí zájem je o vysokovýkonné vláknové lasery, neboť v řadě aplikací mohou potenciálně nahradit konvenční pevnolátkové lasery na bázi objemových prvků, např. krystalů dopovaných prvky vzácných zemin. Geometrické uspořádání vláknových zesilovačů a laserů poskytuje několik výhod oproti konvenčním pevnolátkovým, jako je inherentně vynikající kvalita výstupního svazku a dobrý odvod ztrátového tepla. Protože z jedné preformy optického vlákna lze připravit kilometry aktivního vlákna, vláknové zesilovače a lasery mají velký potenciál pro masovou a levnou výrobu.
Metoda čerpání přes plášť je vůdčí technologií v oblasti vysokovýkonných vláknových zesilovačů a laserů (E. Snitzer, H. Po, R. P. Tuminelli and F. Hakimi, „Optical fiber lasers and amplifiers”, patent US 4815079; Robert Maurer, „Optical waveguide light source“, Patent US 3808549). Optické čerpání tohoto typu zesilovače nebo laseru je navazováno do oblasti mnohamódového vnitřního pláště dvouplášťového aktivního vlákna s relativně velkým průměrem a nikoliv jen do oblasti jednomódového jádra. Princip laseru s dvouplášťovým aktivním vláknem je naznačen na obr. 1. Jádro vlákna je dopováno ionty prvků vzácných zemin schopnými laserového zesílení. Vnitřní plášť má pak nižší index lomu než jádro, takže jádro slouží jako vlnovod pro signál. Jádro je většinou jednomódové. Vnitřní plášť je obklopen vnějším pláštěm, který je tvořen např. polysiloxanovým polymerem nebo akrylátem, příp. vzduchovou vrstvou. Vnější plášť je prostředí s nižším indexem lomu než má vnitřní plášť. Vnitřní plášť tedy slouží také jako vlnovod, a to pro šíření čerpání. Protože vnitřní plášť má relativně velkou plochu průřezu, je možné do něj účinně navázat z čerpacích diod vysoký optický výkon. Jak se čerpací záření šíří podél vlákna, stále znovu křižuje oblast dopovaného jádra a je v něm absorbováno na iontech vzácných zemin. Excitované ionty pak mohou formou stimulované emise předat svou energii zesilovanému signálu. Rezonátor laseru tvoří v případě zobrazeném na obr. 1 kolmo zalomená čela vlákna. Rozhraní křemenného skla a vzduchu tvoří zrcadlo s odrazivostí 3,5 %. Dvouplášťová vlákna jsou mimořádně účinné prvky pro konverzi výkonného záření polovodičových laserů s malým jasem do výkonného záření s vysokým jasem. Hlavní výhodou pláštěm čerpaných zesilovačů a laserů je proto především možnost použít vysoce výkonných mnohamódových čerpacích diod a z toho vyplývající nižší cena a vysoký výstupní výkon.
Metoda čerpání přes plášť vyžaduje řešit problém účinné absorpce čerpacího záření v aktivním vlákně. Větší průřez vnitřního pláště 2 sice usnadňuje navázání většího výkonu čerpacího záření, avšak snižuje překryv čerpacího záření s oblastí dopovanou prvky vzácných zemin 1 a proto k absorpci záření je třeba delšího vlákna. Absorpce čerpacího výkonu P ve vlákně délky L je za předpokladu rovnoměrného rozložení intenzity čerpacího záření po celém průřezu vnitřního pláště dána vztahem:
P(L)=P(0) βχρ(-Γ No aa L), (I)
- 1 CZ 305888 B6 kde No je koncentrace iontů vzácné zeminy schopných absorbovat čerpací záření, aa je absorpční účinný průřez těchto iontů na příslušné vlnové délce čerpání a Γ je překryvový faktor, vyjadřující překryv čerpacího záření s oblastí dopování ionty vzácné zeminy. Za uvedeného předpokladu rovnoměrného rozložení intenzity čerpacího záření po celém průřezu vnitřního pláště platí, že překryvový faktor je dán podílem plochy jádra a vnitřního pláště:
Γ Sjádro/S vnitřní plášť· (ii)
Idealizovaný předpoklad rovnoměrného rozložení intenzity čerpacího záření po celém průřezu vnitřního pláště však v praxi neplatí, takže vztah (I) je teoretický limit absorpce, který v praxi není dosahován. Velká část čerpacího záření se šíří v oblastech vnitřního pláště s malým, nebo io vůbec žádným překryvem s oblastí dopování. Tento problém je výrazný zvláště v optických vláknech s kruhovým průřezem vnitřního pláště, který je nejpřirozenějším tvarem průřezu optických vláken, protože při tažení optického vlákna z preformy má roztavené sklo tendenci minimalizovat obvod průřezu vlákna vlivem povrchového napětí. Z hlediska paprskové optiky existuje ve vlákně s kruhovým průřezem velká množina tzv. kosých paprsků, které obíhají kolem jádra, 15 ale neprotínají ho, viz obr. 2, a proto tyto paprsky čerpacího záření nejsou jádrem absorbovány.
Pouze paprsky protínající jádro, tzv. meridiální paprsky, jsou absorbovány a jejich energie může být využita pro činnost laserového zařízení. Z hlediska vlnové optiky, které je přesnější pro popis předmětu vynálezu, existuje ve vlákně s kruhovým průřezem velká množina módů vlnovodu tvořeného vnitřním pláštěm 2, jejichž příčné rozložení po průřezu vlákna má velmi malý překryv 20 s oblastí jádra L Proto záření těchto módů je velmi málo absorbováno.
Za účelem zvýšení absorpce byla navržena řada různých průřezů vlákna, které způsobují přelévání energie mezi jednotlivými módy vnitřního pláště, takže i energie čerpacího záření v módu s malým překryvem s jádrem po určité délce šíření přejde do módu s větším překryvem a je absor25 bována. Toto přelévání energie mezi módy se nazývá v anglické literatuře mode-mixing nebo mode-scrambling, tedy míchání módů - v dalším textu bude používán termín míchání módů. Příklady tvarů průřezů podporujících míchání módů jsou na obrázku 3. Jedná se o průřez tvaru D, hexagon, stadion a kytička. Z experimentálního pozorování je známo, že ke zvýšení absorpce dochází namotáním na cívku malého průměru, na cívku tvaru ledviny nebo osmičky (Y. Li, S. D. 30 Jackson, and S. Fleming, „High absorption and low splice loss properties of hexagonal doubleclad fiber,“ IEEE Photonics Technol. Lett., vol 16, no. 11, pp. 2502-2504, Nov. 2004). I když tím dochází k zlepšení absorpce čerpání, teoretický limit absorpce čerpání daný poměrem ploch jádra 1 a vnitřního pláště 2 nebyl překročen.
Možnost zkrucování vlákna při tažení byla zkoumána pouze za jinými účely než zlepšení absorpce čerpání, např. pro eliminaci polarizační módové disperze v optických vláknových telekomunikačních trasách nebo pro potlačení módů vyšších řádů v několikamódovém jádře nekruhového průřezu (Ch. Ye, J. Koponen, T. S. Sosnowski, „Spun non-circular and non-elliptical core optical fibers and apparatuses utilizing the same,“ US 2014/0268310). Zkrucování vlákna při tažení ne40 bylo nikdy zkoumáno pro zlepšení absorpce čerpání. V případě vláken pro eliminaci polarizační módové disperze v telekomunikacích je zásadní i rozdíl, že optická vlákna nemají vnitřní plášť uzpůsobený pro vedení čerpání. V případě metody pro potlačení módů vyšších řádů v několikamódovém jádře nekruhového průřezu podle US 2014/0268310 je podstatou řešení nekruhové jádro. Na druhou stranu pro absorpci čerpání tvar průřezu jádra není podstatný.
Polarizační módovou disperzi je možné eliminovat i použitím vláken s větším průřezem (M. Fermann, „Single-polarization high-power fiber lasers and amplifiers,“ US 2002/0172486). US 2002/0172486 dále popisuje metodu vytvoření modulu polarizaci zachovávajícího optického vlákna z optického vlákna nezachovávajícího polarizaci a to navíjením na cívku při definovaném 50 tahu. Při navíjení vlákna na cívku je třeba nejen zachovat definovaný tah vlákna, ale současně vyloučit jakýkoliv, byť i náhodný zkrut (J. Koplow, D. Kliner, L. Goldberg, „Polarizationmaintaining optical fiber amplifier employing externally applied stress-induced birefringence,“ US 2002/0159139). Pro zvýšení výstupního výkonu zesilovačů čerpaných přes plášť a vyzařujících v jediném příčném módu (tj. s vysokou kvalitou výstupního svazku záření) byla navržena
-2CZ 305888 B6 řada řešení, např. postupné zvětšování průměru jádra optického vlákna dopovaného prvky vzácných zemin (Y. Sintov, „High power fiber amplifier,“ WO 2005/112206) a další metody uvedenými v tomto dokumentu.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je zesilovací modul, zejména pro pláštěm čerpaná optická zařízení, jako jsou vláknové zesilovače a lasery, obsahující cívku s navinutým dvouplášťovým aktivním optickým vláknem s nekruhovým průřezem vnitřního pláště a alespoň jeden upevňovací přípravek pro upevnění vlákna k cívce, přičemž v zesilovacím modulu je dosaženo vysoké účinnosti absorpce čerpacího záření měnící se orientací průřezu dvouplášťového aktivního optického vlákna vzhledem k boční stěně cívky.
Zesilovací modul podle tohoto vynálezu obsahuje dvouplášťové optické vlákno s nekruhovým průřezem vnitřního pláště, cívku, na které je vlákno navinuto, a upevňovací přípravek. Dvouplášťové vlákno má průřez vnitřního pláště s porušenou kruhovou symetrií. Příkladem takového průřezu je průřez typu hexagon či jiný víceúhelník, průřez tvaru D, oválný průřez (např. průřez tvaru stadion), průřez tvaru květiny či jakýkoliv jiný tvar průřezu kromě kruhového. Příklady jsou zobrazeny na obr. 3. Průřez vlákna podél délky vlákna mění svou orientaci vůči boční ploše cívky, tj. vlákno je po své délce zkroucené.
Ve výhodném provedení je perioda změny orientace průřezu vlákna vůči boční stěně cívky, tj. perioda zkroucení vlákna, v rozmezí 5 mm až 10 m délky vlákna.
Cívka může mít jakýkoliv tvar, tedy například kruhový, oválný, tvaru ledviny, tvaru osmičky, apod. Boční stěna cívky je ta stěna, na kterou přiléhá navinuté optické vlákno.
Zesilovací modul lze připravit tak, že se dvouplášťové aktivní optické vlákno s nekruhovým průřezem vnitřního pláště zkracuje před navíjením na cívku, nebo v průběhu navíjení na cívku, a upevní se pak na cívce alespoň jedním upevňovacím prostředkem. Před navíjením na cívku lze vlákno zkrucovat například již při tažení optického vlákna rotací nebo kýváním preformy - rotací nebo kýváním preformy dochází ke zkroucení taženého optického vlákna z pece, přičemž zkrat je po vychladnutí ve vytaženém vlákně zachován.
V jednom výhodném provedení se dvouplášťové aktivní optické vlákno s nekruhovým průřezem vnitřního pláště zkracuje při tažení kýváním preformy v rozsahu 1° až 360° v peci zařízení na tažení optických vláken, takže při zchladnutí a ztuhnutí vlákna je zachována změna orientace průřezu podél vlákna, s výhodou s podélnou periodou v rozsahu 5 mm až 10 m.
V dalším výhodném provedení se dvouplášťové aktivní optické vlákno s nekruhovým průřezem vnitřního pláště zkracuje při tažení rotací preformy v peci zařízení na taženi optických vláken, takže při zchladnutí a ztuhnutí vlákna je zachována změna orientace průřezu podél vlákna, s výhodou s podélnou periodou v rozsahu 5 mm až 10 m.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále pláštěm čerpané optické zařízení, které obsahuje zesilovací modul podle předkládaného vynálezu.
Princip zvýšení absorpce čerpacího záření vynálezem je následující. Po vstupu čerpacího záření do části vlákna navinuté na cívce dochází k soustředění pole čerpacího záření na vnější stranu ohybu vlákna, směrem od středu cívky. Změna orientace průřezu vlákna pak vede k velmi účinnému promíchání vidů. Soustředění čerpacího záření na menší plochu než je plocha vnitřního pláště Svnitfni plášť ohybem při současném promíchání módů silně podpořeném změnou orientace průřezu vede k výrazně větší absorpci čerpání než v dvouplášťovém vlákně uloženém rovně nebo
-3 CZ 305888 B6 navinutém bez zkrucování. V některých případech lze dokonce dosáhnout na prakticky použitelných délkách vlákna několika metrů vyšší absorpce čerpání než je teoretický limit (I).
Předmětem vynálezu je dále způsob orientování průřezu vnitřního pláště dvouplášťového aktivního vlákna vůči cívce. Změny orientace lze dosáhnout tak, že vlákno je navíjeno na cívku při současném zkrucování nebo zanesením zkrutu již při tažení optického vlákna, kdy rotací nebo kýváním preformy dochází ke zkroucení taženého optického vlákna z pece, přičemž zkrut je po vychladnutí ve vytaženém vlákně zachován.
Zařízení podle předmětu vynálezu poskytuje významné výhody oproti stávajícím řešením zesilovacích modulů. Výhodou vynálezu je dosažení vyšších hodnot absorpce čerpacího záření při jinak stejných typech dvouplášťového vlákna a tedy kratší délce vlákna potřebné k absorpci záření. Za dostatečnou absorpci se považuje typicky absorpce 95 % výkonu čerpacího záření. Další výhodou je i z principu vyšší odolnost vláknového laserového zařízení s takovým zesilovacím modulem vůči nežádoucím nelineárním jevům, protože vliv nelineárních jevů je úměrný délce použitého vlákna. Zvláště výhodná je odolnost vůči nelineárním jevům v případě pulzních vláknových laserů a zesilovačů.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Princip pláštěm čerpaného optického zařízení (vláknového laseru).
Obr. 2: Příklady průřezů dvouplášťových aktivních vláken s průřezem vnitřního pláště s porušenou kruhovou symetrií: D-průřez, hexagon, stadion a kytička.
Obr. 3: Průmět kosých paprsků do plochy kolmé k ose vlákna s kruhovým průřezem; kosé paprsky míjejí střed vlákna.
Obr. 4: Příklad způsobu změny orientace průřezu vnitřního pláště vůči boční stěně cívky zkracováním při navíjení vlákna.
Obr. 5: Rozložení intenzity čerpacího záření po průřezu dvouplášťového optického vlákna s hexagonálním tvarem průřezu vnitřního pláště a parametry uvedenými v příkladu. Rozložení intenzity je vykresleno pro čtyři různé polohy podél vlákna (0,36, 45 a 54 cm) a pro tri různé způsoby uložení vlákna: rovné vlákno (a), vlákno navinuté na cívce o poloměru 3 cm (b) a vlákno navinuté na cívce o poloměru 3 cm současně zkracované o 1° na 1 mm (c). Křížek označuje jeden z vrcholů hexagonálního průřezu vlákna.
Obr. 6: Absorpce (útlum) čerpacího záření podél dvouplášťového vlákna s parametry popsanými v příkladech; absorpce je vykreslena pro tři různá uložení vlákna a pro teoretický limit absorpce daný poměrem ploch jádra a vnitřního pláště.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Provedení podle vynálezu s dvouplášťovým vláknem 6 s průřezem vnitřního pláště 2 hexagonálního tvaru (viz Obr. 2, drahý průřez) a vzdáleností vnějších ploch 130 gm, s jádrem i o průměru 6 μm a numerickou aperturou 0,14, které je dopované ionty vzácné zeminy ytterbia v koncentraci 1,32 χ 1026 iontů/m3, a s vnějším pláštěm 3, který má nižší index lomu než křemenné vlákno, takže numerická apertura vnitřního pláště je 0,48. Zesilovací modul je tvořen cívkou 2 θ poloměru 3 cm a dvouplášťovým vláknem 6, přičemž vlákno 6 je na místě vstupu čerpacího záření fixováno upevňovacím přípravkem 8 a namotáváno při současném zkracování 1° na 1 mm, viz obr. 4. Po navinutí 7 m délky vlákna je i výstupní konec dvouplášťového aktivního vlákna fixován upevňovacím přípravkem, takže zkrut vlákna je na cívce po navinutí zachován. Na obr. 5 je roz
-4CZ 305888 B6 ložení intenzity čerpacího záření po průřezu dvouplášťového optického vlákna pro čtyři různé polohy podél vlákna (0, 36, 45 a 54 cm) a pro tři různé způsoby uložení vlákna (rovné vlákno, vlákno navinuté na cívce o poloměru 3 cm a vlákno navinuté na cívce o poloměru 3 cm současně zkracované o 1° na 1 mm). Křížek označuje jeden z vrcholů hexagonálního průřezu vlákna. Z obr. 5 je patrné, že v rovném vlákně se interferenční módový obrazec (anglicky „speckle pattern“, zrnitý obrazec) rozkládá po celém průřezu vnitřního pláště a to i na vzdálenějších místech podél vlákna. U navinutého vlákna dochází k soustředění zrnitého obrazce na menší plochu, než je plocha vnitřního pláště Svnitfní pusr, přičemž plocha s významným rozložením pole čerpacího záření si zachovává svůj tvar a tedy rozdělení energie mezi módy je stabilizované. Zrnitý obrazec je podobně soustředěný u navinutého a současně zkrucovaného vlákna, u kterého však dochází podél vlákna ke změně tvaru plochy s významným rozložením pole čerpacího záření. Rohy šestiúhelníku rotují a „rozrážejí“ zrnitý obrazec a způsobují změnu rozdělení energie mezi módy, dochází k výrazně silnějšímu míchání módů. Na obr. 6 je vykreslena absorpce čerpacího záření podél dvouplášťového vlákna pro tři různá uložení vlákna a pro teoretický limit absorpce daný poměrem ploch jádra a vnitřního pláště. Současné ohýbání vlákna na cívce a jeho zkrucování vede k výrazně účinnější absorpci čerpacího záření než je tomu u rovně uloženého vlákna i než u pouze navinutého nezkrucovaného vlákna.
Příklad 2
Provedení podle vynálezu s dvouplášťovým vláknem 6 s průřezem vnitřního pláště 2 hexagonálního tvaru a vzdáleností vnějších ploch 130 pm, s jádrem 1 o průměru 6 pm a numerickou aperturou 0,14, které je dopované ionty vzácné zeminy ytterbia v koncentraci 1,32 χ 1026 iontů/m3, a s vnějším pláštěm 3, který má nižší index lomu než křemenné vlákno, takže numerická apertura vnitřního pláště je 0,48. Dvouplášťové aktivní optické vlákno bylo zkracováno při tažení otáčením preformy v peci zařízení na tažení optických vláken, takže při zchladnutí a ztuhnutí vlákna je zachována změna orientace průřezu podél vlákna, přičemž podélná perioda změny je 36 cm. Zesilovací modul je tvořen cívkou 7 o poloměru 3 cm a dvouplášťovým vláknem 6, přičemž vlákno 6 je na místě vstupu čerpacího záření fixováno upevňovacím přípravkem 8. Po navinutí 7 m délky vlákna je i výstupní konec dvouplášťového aktivního vlákna fixován upevňovacím přípravkem.
Příklad 3
Provedení podle vynálezu s dvouplášťovým vláknem 6 s průřezem vnitřního pláště 2 hexagonálního tvaru a vzdáleností vnějších ploch 130 pm, s jádrem 1 o průměru 6 pm a numerickou aperturou 0,14, které je dopované ionty vzácné zeminy ytterbia v koncentraci 1,32 χ 1026 iontů/m3, a s vnějším pláštěm 3, který má nižší index lomu než křemenné vlákno, takže numerická apertura vnitřního pláště je 0,48. Dvouplášťové aktivní optické vlákno bylo zkrucováno při tažení preformy v peci zařízení na tažení optických vláken a to kýváním preformy kolem její osy v rozsahu 90°, takže při zchladnutí a ztuhnutí vlákna je zachována změna orientace průřezu podél vlákna, přičemž podélná perioda změny je 36 cm. Zesilovací modul je tvořen cívkou 7 o poloměru 3 cm a dvouplášťovým vláknem 6, přičemž vlákno 6 je na místě vstupu čerpacího záření fixováno upevňovacím přípravkem 8. Po navinutí 7 m délky vlákna je i výstupní konec dvouplášťového aktivního vlákna fixován upevňovacím přípravkem.
Průmyslová využitelnost
Navrhované řešení zesilovacího modulu s dvouplášťovým optickým vláknem může být s výhodou využito v různých oblastech techniky, zejména v laserových systémech s vysokým výkonem pro zpracování materiálu nebo pro medicínské laserové systémy. Využití najde i v dalších zařízeních s čerpáním přes plášť jako jsou širokopásmové zdroje záření a optické zesilovače.
-5CZ 305888 B6
Seznam vztahových značek:
I -jádro dvouplášťového aktivního optického vlákna
- vnitřní plášť
- vnější plášť
- zrcadlo tvořené kolmo zalomeným koncem optického vlákna
- čerpací laserová dioda
- dvouplášťové aktivní optické vlákno
- cívka, na kterou je vlákno navíjeno
- upevňovací přípravek pro fixaci vlákna navinutého na cívce
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zesilovací modul, zejména pro pláštěm čerpaná optická zařízení, obsahující cívku (7) s navinutým dvouplášťovým aktivním optickým vláknem (6) a alespoň jeden upevňovací přípravek (8) pro upevnění vlákna k cívce, přičemž dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) má nekruhový průřez vnitřního pláště (2), vyznačující se tím, že průřez vnitřního pláště (2) dvouplášťového optického vlákna (6) má měnící se orientaci vůči bočnímu plášti cívky (7).
- 2. Zesilovací modul podle nároku 1, vyznačující se tím, že změna orientace průřezu vnitřního pláště (2) dvouplášťového optického vlákna (6) je periodická, s periodou změny orientace průřezu vlákna vůči boční stěně cívky v rozmezí 5 mm až 10 m délky vlákna.
- 3. Způsob výroby zesilovacího modulu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) s nekruhovým průřezem vnitřního pláště (2) zkrucuje před navíjením na cívku (7), nebo v průběhu navíjení na cívku (7), a upevní se pak k cívce (7) alespoň jedním upevňovacím prostředkem (8).
- 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) s nekruhovým průřezem vnitřního pláště (2) zkrucuje před navíjením na cívku (7) při tažení vlákna (6) kýváním preformy v rozsahu 1° až 360° v peci zařízení na tažení optických vláken.
- 5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se dvouplášťové aktivní optické vlákno (6) s nekruhovým průřezem vnitřního pláště (2) zkrucuje před navíjením na cívku (7) při tažení vlákna (6) rotací preformy v peci zařízení na tažení optických vláken.
- 6. Pláštěm čerpané optické zařízení, vyznačující se tím, že obsahuje zesilovací modul podle nároku 1 nebo 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-72A CZ201572A3 (cs) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-72A CZ201572A3 (cs) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ305888B6 true CZ305888B6 (cs) | 2016-04-20 |
| CZ201572A3 CZ201572A3 (cs) | 2016-04-20 |
Family
ID=56020670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-72A CZ201572A3 (cs) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ201572A3 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109478755A (zh) * | 2016-06-30 | 2019-03-15 | 株式会社藤仓 | 放大用光纤以及激光装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020159139A1 (en) * | 2001-02-27 | 2002-10-31 | Jeff Koplow | Polarization-maintaining optical fiber amplifier employing externally applied stress-induced birefringence |
| US20020172486A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-11-21 | Martin Fermann | Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers |
| WO2005112206A1 (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Soreq Nuclear Research Center | High power fiber amplifier |
| US20140268310A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Nlight Photonics Corporation | Spun Non-circular and Non-elliptical Core Optical Fibers and Apparatuses Utilizing the Same |
-
2015
- 2015-02-05 CZ CZ2015-72A patent/CZ201572A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020159139A1 (en) * | 2001-02-27 | 2002-10-31 | Jeff Koplow | Polarization-maintaining optical fiber amplifier employing externally applied stress-induced birefringence |
| US20020172486A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-11-21 | Martin Fermann | Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers |
| WO2005112206A1 (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Soreq Nuclear Research Center | High power fiber amplifier |
| US20140268310A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Nlight Photonics Corporation | Spun Non-circular and Non-elliptical Core Optical Fibers and Apparatuses Utilizing the Same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109478755A (zh) * | 2016-06-30 | 2019-03-15 | 株式会社藤仓 | 放大用光纤以及激光装置 |
| CN109478755B (zh) * | 2016-06-30 | 2021-02-02 | 株式会社藤仓 | 放大用光纤以及激光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ201572A3 (cs) | 2016-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109642981B (zh) | 模式混合光纤以及使用其的方法和系统 | |
| Aleshkina et al. | Photodarkening-free Yb-doped saddle-shaped fiber for high power single-mode 976-nm laser | |
| JP5265211B2 (ja) | 迷光を放散させるための光ファイバの構成 | |
| US8947768B2 (en) | Master oscillator—power amplifier systems | |
| US6831934B2 (en) | Cladding pumped fiber laser | |
| JP4452756B2 (ja) | フォトニックバンドギャップファイバ | |
| US20040036955A1 (en) | Double-clad fiber lasers and amplifiers having long-period fiber gratings | |
| US20080095199A1 (en) | Method and Apparatus for Providing Light Having a Selected Polarization With an Optical Fiber | |
| JP2016129251A (ja) | シングルモード動作を維持したままクラッド吸収を増加させたダブルクラッドの利得をもたらすファイバ | |
| WO2018003184A1 (ja) | 増幅用光ファイバ、及び、レーザ装置 | |
| CN109478755B (zh) | 放大用光纤以及激光装置 | |
| JP7306870B2 (ja) | 光結合器および光出力装置 | |
| WO2014138399A1 (en) | Ultra high power single mode fiber laser system with non-uniformly configured fiber-to fiber rod multimode amplifier | |
| EP1733460A2 (en) | Method and apparatus for providing light having a selected polarization with an optical fiber | |
| JP2005019539A (ja) | 希土類添加ファイバおよびこれを用いた光ファイバレーザ | |
| Zou et al. | High-efficiency (6+ 1)× 1 pump–signal combiner based on low-deformation and high-precision alignment fabrication | |
| JP5440993B2 (ja) | 高出力ネオジム・ファイバレーザおよび増幅器 | |
| CN102782963B (zh) | 放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器 | |
| JP2019175886A (ja) | ファイバレーザ装置 | |
| CZ305888B6 (cs) | Zesilovací modul, způsob jeho výroby a pláštěm čerpané optické zařízení jej obsahující | |
| JP6306638B2 (ja) | シングルモード動作を維持したままクラッド吸収を増加させた利得をもたらすファイバ | |
| US20180039018A1 (en) | Fiber Device and Method for Amplifying Pulses of Laser Light | |
| Limpert | Ultra-large mode area fibers for high power lasers | |
| US20230236357A1 (en) | Active optical vortex fiber | |
| JP2018185486A (ja) | 光コンバイナの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240205 |