RU2803143C1 - Активный волоконный световод с изменяющейся площадью поперечного сечения, способ его изготовления (варианты) и усилитель оптического сигнала на его основе - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к волоконным световодам, а более точно к конструкции активного волоконного световода с изменяющейся площадью поперечного сечения, способу его изготовления и усилителю оптического сигнала на его основе. Заявленный волоконный световод содержит активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним активным элементом и по меньшей мере две отражающие оболочки; при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь Smin поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки. При этом по меньшей мере одна отражающая оболочка волоконного световода содержит по меньшей мере один модифицированный участок, сконфигурированный для уменьшения мощности излучения накачки, распространяющегося вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка. Причем указанный по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки расположен в области вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию: 1,5×S_min<S_int≤S_max. Также предложен способ изготовления волоконного световода и оптический усилитель на основе волоконного световода. Технический результат - создание активного световода с изменяющейся площадью поперечного сечения сердцевины и смежной отражающей оболочки, который способен работать без деградации своих характеристик, включая целостность самого световода, в течение длительного времени при высоком уровне мощности накачки, введенной в указанный активный световод со стороны его толстого конца в смежную с сердцевиной отражающую оболочку и снижение, вплоть до полного устранения, мощности накачки, достигающей тонкой части световода. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к волоконным световодам, а более точно - к конструкции активного волоконного световода с изменяющейся площадью поперечного сечения, способу его изготовления и усилителю оптического сигнала на его основе, который позволит увеличить максимально достижимую среднюю и/или пиковую мощности усиленного сигнала в усилителях на основе указанного световода.

Предшествующий уровень техники

Волоконные лазеры и усилители находят применение в промышленности, медицине и фундаментальных исследованиях благодаря превосходному качеству выходного излучения, компактному размеру, отсутствию юстируемых деталей и относительно низкой цене.

В настоящее время основной прогресс в увеличении средней и пиковой выходной мощности волоконных лазеров достигнут благодаря использованию конструкции активных волоконных световодов с двойной отражающей оболочкой, то есть световодов, содержащих: сердцевину; первую отражающую оболочку, смежную с сердцевиной, и имеющей показатель преломления меньше показателя преломления сердцевины с целью выполнения условия полного внутреннего отражения на границе сердцевина/первая отражающая оболочка для излучения, распространяющегося в сердцевине; вторую отражающую оболочку, располагающуюся снаружи первой отражающей оболочки и смежно с ней, имеющую показатель преломления меньший показателя преломления первой отражающей оболочки, смежной с сердцевиной. Наличие второй отражающей оболочки обеспечивает распространение многомодового излучения по первой отражающей оболочке вдоль оси световода и позволяет вводить в первую отражающую оболочку излучение мощных источников накачки, обладающих низкой яркостью (недостаточной для ввода излучения непосредственно в сердцевину световода), при этом данное излучение поглощается в активной сердцевине световода, и обеспечивает усиление сигнала, распространяющегося в сердцевине. Область применения таких лазеров постоянно расширяется, однако в некоторых случаях использование стандартных оптических волокон с двойной отражающей оболочкой не позволяет достигать приемлемых характеристик эффективности, качества пучка, пиковой мощности и т.д. в волоконных лазерах на основе указанных оптических волокон.

В целом ряде случаев использование активных волоконных световодов с двойной отражающей оболочкой и плавно увеличивающимися по длине площадью поперечного сечения сердцевины S_core и площадью первой отражающей оболочки S_1clad позволяет улучшить характеристики волоконных лазеров, например, увеличить эффективность работы лазера на основе таких световодов (см., например, US 6324326 B1) или повысить предельно достижимую пиковую мощность (см., например, A. Fedotov et al. “Ultra-large core birefringent Yb-doped tapered double clad fiber for high power amplifiers”, Opt. Express, Vol.26(6), рр. 6581-6592, 2018; или K. Bobkov et al. “Sub-MW peak power diffraction-limited chirped-pulse monolithic Yb-doped tapered fiber amplifier”, Opt. Express, Vol.25(22), рр. 26958-26972, 2017).

В таких системах сердцевина световода на тонком конце световода, обладающим наименьшей площадью сечения сердцевины S_core ^min и отражающей оболочки смежной с сердцевиной S_1clad ^min, поддерживает распространение только фундаментальной поперечной моды.

Такой режим работы световода достигается обеспечением условия одномодовости сердцевины со стороны тонкого конца, определяемого для световода со ступенчатым профилем показателя преломления условием ,

где: D - диаметр сердцевины, Δn - разность показателей преломления сердцевины и первой отражающей оболочки, n- показатель преломления первой отражающей оболочки, либо, при невыполнении данного условия, за счет увеличения оптических потерь мод, отличных от фундаментальной моды при прохождении сигнала вдоль начальной части световода вблизи его тонкого конца (например, V. Roy et al. in “Yb-doped large mode area tapered fiber with depressed cladding and dopant confinement”, Proc. of SPIE 1008314, 2017), или выбором метода ввода сигнала в сердцевину, обеспечивающего возбуждение только фундаментальной моды.

Если изменение диаметра D сердцевины по длине световода удовлетворяет условию:

,

где и - постоянные распространения фундаментальной и первой высшей мод, z - координата вдоль оси световода, тогда излучение сигнала, введенное в сердцевину со стороны тонкого конца световода, имеющего наименьшую площадь сердцевины S_core ^min, распространяется в сторону толстого конца, имеющего большую площадь сердцевины S_core ^max, оставаясь, главным образом, в фундаментальной поперечной моде. Вследствие этого обеспечивается высокое качество усиленного сигнала на выходе из толстого конца световода при распространении усиливаемого сигнала по направлению от тонкого конца световода к толстому концу и низкие потери при обратном направлении распространения усиливаемого сигнала, то есть в направлении от толстого конца световода к тонкому концу.

Ввод излучения накачки предпочтительно осуществляется через толстый конец световода, где суммарная площадь сердцевины и первой отражающей оболочки S^max=S_core ^max+S_1clad ^max увеличена относительно суммарной площади сердцевины и первой отражающей оболочки S^min=S_core ^min+S_1clad ^min со стороны тонкого конца световода.

Использование толстого конца световода для ввода излучения накачки позволяет увеличить максимальную мощность накачки, которую возможно ввести в волоконный световод (V. Filippov et al. “600 W power scalable single transverse mode tapered double-clad fiber laser”, Opt. Express, Vol.17(3), рр. 1203-1214, 2009). Кроме того, увеличенная площадь сердцевины S_core ^max со стороны толстого конца световода, в случае, когда через него выводится усиленный сигнал, позволяет снизить плотность мощности усиленного сигнала и тем самым уменьшить влияние нелинейных эффектов, т.е. вынужденного комбинационного рассеяния, вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, четырех-волнового смешения, фазовой самомодуляции и т.д. на усиливаемый сигнал по сравнению со стандартными одномодовыми оптическими световодами (A. Fedotov et al. “Ultra-large core birefringent Yb-doped tapered double clad fiber for high power amplifiers”, Opt. Express, Vol.26(6), рр. 6581-6592, 2018; US 9158070 B2; K. Bobkov et al. “Sub-MW peak power diffraction-limited chirped-pulse monolithic Yb-doped tapered fiber amplifier”, Opt. Express, Vol.25(22), рр. 26958-26972, 2017).

Изменение в площадях сердцевины и оболочки по длине световода может быть реализовано как во время вытяжки световода из заготовки на вытяжной башне (V. Bogatyrev et al. “A Single-Mode Fiber with Chromatic Dispersion Varying Along the Length”, J. Light. Technology, Vol.9(5), рр. 561-566, 1991; V. Bogatyrjov and A. Sysoliatin “An efficient method to produce fibers with outer diameter varying along the length”, in Proc. of SPIE, Vol.4204, рр. 274-277, 2001), так и модификацией вытянутого регулярного световода с постоянной площадью поперечного сечения по длине с помощью специальных установок (см., например, US 5339374 A; Zhu Yuan et al. “Fiber for beam quality improvement using local adiabatic tapers with reduced dopant diffusion”, Opt. Express, Vol.26(13), рр. 17034-17043, 2018). Во всех указанных случаях отношение диаметра сердцевины и характерного размера смежной отражающей оболочки, например, ее диаметра, остается неизменным по длине световода.

В то же время указанная выше и известная из уровня техники конструкция световодов с изменяющейся по длине площадью сердцевины и первой отражающей оболочки имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что угловая апертура излучения накачки, введенного со стороны толстого конца световода, увеличивается по мере распространения в сторону тонкого конца световода в соответствие с законом: ,

где: NA(z) - апертура накачки в точке с координатой z вдоль оси световода, S(z) - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и первой отражающей оболочки в указанной точке, S^input - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и первой отражающей оболочки в точке ввода излучения накачки, NA_input - апертура излучения накачки, введенной в первую оболочку со стороны толстого конца.

В некоторой точке световода числовая апертура излучения накачки NA(z) может превысить максимальную угловую апертуру, удерживаемую первой отражающей оболочкой и определяемую соотношением ,

где: n_1clad - показатель преломления первой отражающей оболочки, а n_2clad - показатель преломления второй отражающей оболочки.

При выполнении условия NA(x)>NA_1clad излучение накачки начинает вытекать из первой отражающей оболочки рассматриваемого световода во вторую отражающую оболочку. Данный эффект называется виньетированием (V.B. Veinberg and D.K. Sattarov, Waveguide Optics, Chap.5 (in Russian), Mashinostroenie, Leningrad, 1977; Valery Filippov et al. In “600 W power scalable single transverse mode tapered double-clad fiber laser”, Opt. Express, Vol.17(3), 1203-1214, 2009).

Излучение накачки, попавшее вследствие эффекта виньетирования во вторую отражающую оболочку световода, приводит к ее нагреву, а так же к нагреву окружающих ее материалов, например, внешней защитной оболочки, катушки, на которую намотан световод, или термопасты, используемой для отвода тепла, выделяемого световодом при усилении оптического излучения в присутствии накачки, что при превышении определенного уровня мощности вводимой накачки приводит к разрушению световода или ухудшению его усилительных свойств вследствие деградации его внешней оболочки, либо окружающих внешнюю оболочку материалов.

Поэтому именно эффект виньетирования накладывает ограничения на максимальный уровень мощности накачки, которую можно ввести в описываемый световод без риска потери его работоспособности и ограничивает максимальный уровень мощности усиленного сигнала в конструкции световода с изменяющимися по длине площадями сердцевины и первой отражающей оболочки.

Следует также отметить, что в ряде применений активных световодов с непрерывно изменяющейся площадью поперечного сечения еще одной проблемой является то, что усиление сигнала может происходить не только в толстой части световода, имеющей увеличенную площадь поперечного сечения сердцевины, но и в тонкой части световода, где площадь поперечного сечения сердцевины значительно меньше, т.е. близка или равна площади поперечного сечения сердцевины со стороны тонкого конца световода.

В таком случае влияние нелинейных эффектов на усиливаемый сигнал значительно выше, по сравнению со случаем, когда усиление фундаментальной моды происходит только в толстой части световода, то есть части, где суммарная площадь сердцевины и смежной отражающей оболочки, S>1,5×S_min.

Краткое изложение существа изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания активного световода с изменяющейся площадью поперечного сечения сердцевины и смежной отражающей оболочки, который способен работать без деградации своих характеристик, включая целостность самого световода, в течение длительного времени при высоком уровне мощности накачки, введенной в указанный активный световод со стороны его толстого конца в смежную с сердцевиной отражающую оболочку и снижение, вплоть до полного устранения, мощности накачки, достигающей тонкой части световода, то есть части световода, где суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и оболочки менее 1,5×S_min при условии ввода накачки в первую отражающую оболочку со стороны толстого конца. Под толстым концом световода в данном случае подразумевается тот из двух концов, расстояние от которого вдоль оси световода до ближайшего участка световода с максимальным значением суммарной площади сечения сердцевины и смежной оболочки, равное S_max, меньше, чем расстояние вдоль оси до ближайшего участка световода с минимальной суммарной площадью поперечного сечения сердцевины и смежной оболочки S_min.

В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания способа изготовления активного волоконного световода с изменяющейся площадью поперечного сечения, который способен функционировать в течение длительного времени при высоком уровне мощности накачки, введенной в указанный активный световод со стороны его толстого конца.

В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания оптического усилителя, содержащего активный волоконный световод с изменяющимися по длине площадями сечений сердцевины и смежной отражающей оболочки, и обеспечивающего увеличение максимально-достижимой средней мощности и увеличение максимально достижимой пиковой мощности усиленного излучения.

Возможность ввести большую мощность накачки в указанный световод позволяет увеличить максимально-достижимую среднюю мощность усиленного сигнала в оптическом усилителе на основе указанного световода. В усилителе на основе указанного световода, в котором сигнал распространяется от тонкого конца к толстому концу, уменьшение (либо полное устранение) мощности накачки, которая достигает тонкой части световода, то есть части со стороны тонкого конца, где суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и оболочки менее 1,5×S_min, приводит к снижению скорости роста мощности сигнала в тонкой части световода и основной рост мощности сигнала происходит в толстой части световода, где увеличена площадь сердцевины. За счет этого снижается влияние на усиливаемый сигнал по меньшей мере одного из нелинейных эффектов: вынужденного комбинационного рассеяния, вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, четырехволнового смешения, фазовой самомодуляции, и увеличивается максимально достижимая пиковая мощность усиленного сигнала на выходе из усилителя на основе указанного световода.

Поставленная задача решена путем создания волоконного световода, содержащего

активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним активным элементом, выбранным из группы, состоящей из следующих элементов: эрбий, иттербий, тулий, неодим, гольмий, празеодим, диспрозий, висмут; и

по меньшей мере две отражающие оболочки;

при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки;

при этом по меньшей мере одна отражающая оболочка волоконного световода содержит по меньшей мере один модифицированный участок, сконфигурированный для уменьшения мощности излучения накачки, распространяющегося вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка;

при этом указанный по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки расположен в области вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max.

Предпочтительно отражающая оболочка на модифицированном участке имеет показатель преломления, больший, чем показатель преломления остальной части отражающей оболочки.

Предпочтительно по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки содержит оптическую неоднородность, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке.

Предпочтительно модифицированный участок проходит вдоль оси волоконного световода и в поперечном сечении расположен вдоль по меньшей мере части периметра отражающей оболочки и занимает по крайней мере часть сечения отражающей оболочки по меньшей мере в одной локальной области.

Предпочтительно указанный по меньшей мере один модифицированный участок находится от каждого из концов волоконного световода на расстоянии более 3 см.

Предпочтительно сердцевина сконфигурирована для обеспечения распространения одной оптической моды с одного из концов.

Предпочтительно волоконный световод дополнительно содержит внешнюю защитную оболочку, выполненную из материала, в качестве которого использован полимер, металл, углерод или их любая комбинация.

Предпочтительно в области отражающей оболочки, содержащей модифицированный участок, с наружной стороны размещен защитный элемент, сконфигурированный для защиты модифицированного участка от механических повреждений и/или от перегрева, путем отвода тепла, выделяемого при поглощении излучения накачки модифицированным участком и внешней защитной оболочкой.

Предпочтительно по меньшей мере одна отражающая оболочка в поперечном сечении, перпендикулярном оси волоконного световода, радиально несимметрична.

Предпочтительно одна из отражающих оболочек, содержит элементы, имеющие коэффициент термического расширения (КТР), отличный от КТР материала отражающей оболочки, смежной с сердцевиной.

Предпочтительно по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки из упомянутых модифицированных участков расположен у тонкого конца волоконного световода, на участке где суммарная площадь S^int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию: S_int≤1,5×S_min.

Поставленная задача решена также путем создания способа изготовления волоконного световода по п.1, содержащего этапы, на которых:

- используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину и по меньшей мере две отражающие оболочки, при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки, причем указанный способ содержит этапы, на которых

- выбирают область вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max,

- модифицируют в указанной области по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки волоконного световода для обеспечения уменьшения мощности излучения накачки, распространяющейся вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка,

- выполняют защитную оболочку для по меньшей мере одного модифицированного участка, сконфигурированную для защиты упомянутого модифицированного участка от механических повреждений и от перегрева путем отвода тепла, выделяемого при поглощении оптического излучения в области указанного по меньшей мере одного модифицированного участка и в области защитной оболочки упомянутого по меньшей мере одного модифицированного участка.

Предпочтительно указанную модификацию осуществляют посредством одного из:

- создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, поглощающего излучения накачки.

Поставленная задача решена также путем создания способа изготовления волоконного световода по п.1, содержащего этапы, на которых:

- используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину и по меньшей мере две отражающие оболочки,

- выбирают область по длине световода между концами световода,

- предпочтительно удаляют в указанной области одно из: защитного покрытия или одну из по меньшей мере двух отражающих оболочек,

- модифицируют в указанной области световода по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки по меньшей мере одним из: создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения накачки; удаления отражающей оболочки и нанесения на ее место материала имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки; удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, поглощающего излучения накачки,

- разогревают световод с одной стороны указанной области, где осуществлена модификация, до состояния размягчения,

- прикладывают механическое усилие к участкам световода с разных сторон от области разогрева и формируют участок с изменяющимся диаметром, так что диаметр сердцевины и диаметр отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине указанного участка так, что площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки смежной с сердцевиной, с одного конца указанного участка по меньшей мере в два раза превышает площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, с другого конца указанного участка,

- выполняют защитное покрытие в указанной области световода.

Поставленная задача решена также путем создания оптического усилителя, содержащего

волоконный световод по п. 1,

источник передаваемого усиливаемого сигнала,

источник излучения накачки,

средства ввода/вывода излучения усиливаемого сигнала в сердцевину, расположенные с обоих сторон световода,

средство ввода излучения накачки в сердцевину и/или отражающую оболочку, примыкающую к сердцевине волоконного световода, расположенное по меньшей мере с одного конца волоконного световода.

Технический эффект достигаемый заявленным изобретением состоит в том, что по меньшей мере один модифицированный участок, сформированный в по меньшей мере одной отражающей оболочке позволит уменьшить мощность излучения накачки, распространяющегося вдоль световода от толстого конца к тонкому в по меньшей мере одной отражающей оболочке после прохождения модифицированного участка, что в свою очередь позволит снизить или полностью исключить перегрев и сгорание волоконного световода вследствие эффекта виньетирования, а также обеспечить контроль профиля усиления, что в свою очередь обеспечит возможность повышения средней и пиковой мощности при сохранении одномодового режима.

При использовании активного световода в составе волоконного усилителя становится возможным увеличение предельно достижимой выходной средней и пиковой мощности усиленного излучения при сохранении его характеристик, т.е. параметра качества выходного пучка, ширины спектра излучения и т.п., по сравнению с использованием световодов, известных из предыдущего уровня техники.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает активный световод (осевой разрез) с изменяющейся площадью поперечного сечения сердцевины и первой отражающей оболочки, содержащий модифицированный участок (показано черным цветом), согласно изобретению;

Фиг. 2 изображает различные зависимости средних диаметров сердцевины (нижняя кривая) и смежной отражающей оболочки световода (верхняя кривая) от координаты z вдоль оси световода: линейная (а), кусочно-линейная (b), монотонная (c), экспоненциальная (d), немонотонная (e), немонотонная кусочно-линейная (f), монотонная с модифицированной областью (g);

Фиг. 3 а,b, c, d, e, f изображают варианты профиля показателя преломления активного световода в областях S_min, S_max, S_int в сечении А-А световода, согласно изобретению;

Фиг. 4 изображает возможные варианты реализации модифицированного участка в отражающей оболочке на части активного световода, согласно изобретению;

Фиг. 5 a, b, c, d, e, f - изображает возможные варианты поперечного сечения одной из отражающих оболочек;

Фиг. 6 изображает схему усилителя оптического излучения на основе активного световода с модифицированным участком в отражающей оболочке;

Фиг. 7 изображает схему прохождения сигнала и излучения накачки в известном световоде (фиг. 7а) и в световоде, содержащем модифицированный участок (фиг. 7b), поясняющую принципы работы световода;

Фиг. 8 изображает профиль усиления сигнала в световоде, когда оптические потери для излучения накачки, распространяющейся в смежной с сердцевиной отражающей оболочке на модифицированным участке превышают 0,5 дБ (нижняя кривая), и когда равны нулю (верхняя кривая), согласно изобретению;

Фиг. 9 изображает зависимость предельно достижимой пиковой мощности в световоде (при фиксированном входном уровне и форме сигнала) в зависимости от величины оптических потерь, вносимых модифицированным участком;

Фиг. 10 a, b изображают блок-схемы последовательности этапов выполнения двух вариантов способа изготовления волоконного световода.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Волоконный световод 1 (фиг. 1) содержит активную сердцевину 2, легированную по меньшей мере одним активным элементом, выбранным из группы, состоящей из следующих элементов: эрбий, иттербий, тулий, неодим, гольмий, празеодим, диспрозий, висмут. Световод 1 содержит по меньшей мере две отражающие оболочки 3, 4. На фиг. 1 показаны две отражающие оболочки 3 и 4.

Площадь поперечного сечения сердцевины 2 и площадь поперечного сечения отражающей оболочки 3, смежной с сердцевиной, изменяются по длине волоконного световода 1 так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины 2 и указанной отражающей оболочки 3.

На Фиг. 2 a, b, c, d, e, f, g показаны возможные зависимости среднего диаметра сердцевины Dcore(z) (нижняя кривая) и среднего диаметра D1st(z) смежной отражающей оболочки 3 от координаты z вдоль оси световода, определяемых условиями:

,

,

где: Score(z) - площадь поперечного сечения сердцевины 2, S(z) - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины 2 и смежной отражающей оболочки 3.

При этом скорость изменения среднего диаметра сердцевины 2 удовлетворяет условию:

,

где и - постоянные распространения фундаментальной и первой высшей мод, z - координата вдоль оси световода

а изменение среднего диаметра смежной с сердцевиной оболочки 3 является плавным по меньшей мере вне модифицированной области.

При этом на фиг. 2а показана линейная зависимость, на фиг. 2b показана кусочно-линейная зависимость, на фиг. 2 с показана монотонная зависимость, на фиг. 2d показана экспоненциальная зависимость, на фиг. 2е показана немонотонная зависимость, на фиг. 2f показана немонотонно-кусочно-линейная зависимость, на фиг. 2g показана монотонная зависимость с модифицированной областью.

По меньшей мере одна отражающая оболочка 3 или 4 (фиг. 1) волоконного световода 1 содержит по меньшей мере один модифицированный участок 5, сконфигурированный для уменьшения мощности излучения накачки, распространяющегося вдоль световода 1 по меньшей мере в одной отражающей оболочке 3 или 4 после прохождения указанного модифицированного участка 5.

Указанный модифицированный участок 5 отражающей оболочки 3 или 4 расположен в области вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины 2 и отражающей оболочки 3, смежной с сердцевиной 1, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max.

Предпочтительно модифицированный участок 5 световода 1 обеспечивает суммарные вносимые оптические потери от всех модифицированных участков световода (на фиг. 1 не показаны), превышающие 0,5 дБ при распространении излучения накачки вдоль световода по ближайшей к сердцевине отражающей оболочке 3.

На Фиг. 3 a, b, c, d, e, f показаны примеры распределения показателя преломления по радиусу световода 1 в различных поперечных сечениях для случая, когда отражающая оболочка 4 на модифицированном участке 5 имеет показатель преломления, больший, чем показатель преломления остальной части отражающей оболочки 4: со стороны тонкого конца (фиг. 3а и фиг.3d), со стороны толстого конца (фиг. 3b и фиг. 3e), в сечении, где присутствует модифицированный участок (фиг. 3c и фиг. 3f). Позиции 2, 3, 4, 5 и 11 на фиг.3 соответствуют элементам 2, 3, 4, 5, 11 на фиг. 1.

На фиг. 4 a, b, c, d, e, f, g, h показаны возможные варианты реализации модифицированного участка.

На фиг. 4а модифицированный участок 5 имеет в сечении B-B форму, идентичную сечению C-C отражающей оболочки 4, расположен вдоль оси световода и выполнен из материала, имеющего показатель преломления выше, чем показатель преломления отражающей оболочки 4.

На фиг. 4b модифицированный участок 5 занимает часть поперечного сечения указанной оболочки 4, расположен вдоль световода и выполнен из материала, имеющего показатель преломления выше, чем показатель преломления отражающей оболочки 4.

На фиг. 4 с площадь поперечного сечения модифицированного участка 5a превышает площадь поперечного сечения отражающей оболочки 4, выполнен из материала, имеющего показатель преломления выше, чем показатель преломления отражающей оболочки и, предпочтительно, окружен снаружи защитным элементом 12, обеспечивающим защиту от механических повреждений и отвод тепла.

На фиг. 4d модифицированный участок 5b выполнен из поглощающего оптическое излучение материала и окружен снаружи защитным элементом 12, обеспечивающим защиту от механических повреждений и отвод тепла.

На фиг. 4е модифицированный участок 5 отражающей оболочки 3 содержит оптическую неоднородность 6 в виде шероховатости поверхности, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке 3. Предпочтительно, снаружи модифицированный участок 5 контактирует с воздухом.

На фиг. 4f модифицированный участок 5 отражающей оболочки 3 содержит оптическую неоднородность 7 в виде одной или нескольких выемок, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке 3 и, предпочтительно, снаружи модифицированный участок 5 контактирует с воздухом.

На фиг. 4g модифицированный участок 5 отражающей оболочки содержит оптическую неоднородность 7 в виде одной или нескольких выемок, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке 3, которые расположены вдоль сегмента периметра отражающей оболочки 3. Предпочтительно, снаружи модифицированный участок 5 контактирует с воздухом.

На фиг. 4h модифицированный участок 5 отражающей оболочки содержит оптическую неоднородность в виде канавки 8, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке 3. Предпочтительно, снаружи модифицированный участок 5 контактирует с воздухом.

Предпочтительно модифицированный участок 5 (фиг. 1) находится от каждого из концов 9 и 10 волоконного световода 1 на расстоянии более 3 см.

Предпочтительно сердцевина 2 волоконного световода сконфигурирована для обеспечения распространения одной оптической моды с одного из концов (10) световода 1. Предпочтительно для увеличения диаметра сердцевины, при котором достигается одномодовый режим распространения на конце 10, сердцевина 2 выполнена из нескольких слоев с разным показателем преломления каждого слоя, при этом внешний слой сердцевины имеет показатель преломления меньший показателя смежной отражающей оболочки 3 (фиг. 3 d, e и f).

Предпочтительно волоконный световод 1 (фиг. 1) дополнительно содержит внешнюю защитную оболочку 11, выполненную из материала, в качестве которого использован полимер, металл или углерод.

Как указано выше, предпочтительно в области отражающей оболочки 4, содержащей модифицированный участок 5, с наружной стороны размещен защитный элемент 12, сконфигурированный для защиты модифицированного участка 5 от механических повреждений и/или от перегрева путем отвода тепла, выделяемого при поглощении излучения накачки модифицированным участком 5 и внешней защитной оболочкой 11 и защитным элементом 12. Защитный элемент 12 в описываемом варианте выполнен в виде коробочки.

На фиг. 5а изображена радиально симметричная форма одной из оболочек 13 световода 1. Предпочтительно такую форму имеет внешняя отражающая оболочка, например, оболочка 4 в случае световода, изображенного на фиг. 1, и/или защитная оболочка 11.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна отражающая оболочка в поперечном сечении, перпендикулярном оси волоконного световода 1, была радиально несимметрична. На фиг. 5 b, c, d, e, g показаны возможные варианты выполнения радиально несимметричной отражающей оболочки 14: усеченное кольцо (фиг. 5b), квадрат (фиг. 5c), круг со вставками 15 из материала, имеющего по меньшей мере одно из: коэффициент термического расширения, отличный от коэффициента термического расширения материала оболочки; показатель преломления, отличный от показателя преломления оболочки (фиг. 5d), восьмиугольник (фиг. 5е), круг с выемками (фиг. 5f). Предпочтительно, чтобы такую форму имела по меньшей мере одна из внутренних отражающих оболочек световода, например, оболочка 3 световода 1.

Предпочтительно, одна из отражающих оболочек 14 волоконного световода содержит элементы, имеющие коэффициент термического расширения (КТР), отличный от КТР материала отражающей оболочки 14 (фиг. 5d).

Согласно изобретению, предложен оптический усилитель (фиг. 6), содержащий волоконный световод 1, источник 16 передаваемого усиливаемого сигнала, источник 17 излучения накачки, устройство 18 ввода/вывода излучения усиливаемого сигнала в сердцевину, которое расположено с тонкого конца 10 световода 1, устройство 19 для вывода усиленного сигнала и ввода излучения накачки со стороны толстого конца 9 световода 1 в сердцевину 2 и в примыкающую к сердцевине отражающую оболочку 3.

В некоторых исполнениях устройство 18 может также использоваться для ввода излучения дополнительного источника накачки (не показан) в сердцевину 2 и отражающую оболочку 3 световода со стороны тонкого конца световода.

В некоторых исполнениях световод может иметь более двух отражающих оболочек (не показано), в этом случае устройство 19 может использоваться для ввода излучения накачки во вторую и любую другую отражающую оболочку кроме внешней.

Устройство 19 может быть реализовано либо с использованием линз и зеркал, либо с помощью волоконно-оптических элементов, например, волоконного объединителя накачки и сигнала, причем объединитель приварен к выходному торцу световода 1, либо сформирован вблизи выходного торца световода 1 на его боковой поверхности.

Функционирование волоконного световода, известного из предыдущего уровня техники, показано на фиг. 7a. Излучение сигнала вводится со стороны тонкого конца 10 и распространяется в сторону толстого конца 9. Излучение накачки вводится со стороны толстого конца 9, и по мере распространения накачки в сторону тонкого конца 10, апертура излучения накачки увеличивается по закону ,

где: NA(z) - апертура накачки в точке c координатой z вдоль оси световода; S(z) - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины 2 и смежной отражающей оболочки 3 в указанной точке; S^input - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и смежной отражающей оболочки в точке ввода излучения накачки; NA_input - апертура излучения накачки введенной со стороны толстого конца. Излучение накачки достигает области световода, где возникает эффект виньетирования, наличие которого определяется условием: ,

где Z - положение вдоль оси световода области, где возникает эффект виньетирования, n_1clad-показатель преломления первой отражающей оболочки, а n_2clad - показатель преломления второй отражающей оболочки.

Как указано в описании предшествующего уровня техники, эффект виньетирования в указанной области известного световода заключается в том, что излучение накачки начинает вытекать во вторую отражающую оболочку и во внешнюю защитную оболочку вследствие нарушения условия полного внутреннего отражения для части излучения накачки имеющего максимальную апертуру.

В случае, если конструкция известного световода содержит количество отражающих оболочек большее двух (не показано), то условием появления эффекта виньетирование становится:

,

где Spenult(Z) - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и всех отражающих оболочек кроме внешней отражающей оболочки в области с координатой Z вдоль оси световода, где имеет место эффект виньетирования, Spenult^input - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и всех отражающих оболочек кроме последней в месте ввода излучения накачки, n_last - показатель преломления внешней отражающей оболочки, n_penult - минимальный из показателей преломления отражающих оболочек в которые вводится накачка, например, в случае, если накачка вводится во все отражающие оболочки кроме внешней, то n_penult - это показатель преломления отражающей оболочки, прилегающей с внутренней стороны к внешней отражающей оболочке.

Излучение накачки, вышедшее во внешнюю отражающую оболочку, в описываемом варианте в оболочку 4, поглощается в ней, а также в защитной оболочке 11, а кроме того, в материалах, окружающих световод, например, в катушке, на которую намотан световод (не показана), что приводит к нагреву как самого световода, так и окружающих его материалов. При увеличении мощности излучения накачки нагрев увеличивается и при достижении критической температуры происходит деградация свойств световода и через некоторое время его разрушение в указанной области.

В конструкции световода 1 согласно настоящему изобретению (фиг. 7b) присутствует модифицированный участок 5 в одной из отражающих оболочек, который позволяет осуществить контролируемое и не приводящее к ухудшению свойств световода уменьшение мощности излучения накачки, распространяющееся в отражающей оболочке 3. Положение по меньшей мере одного модифицированного участка 5 выбирается таким образом, чтобы он находился между толстым концом световода 9, через который вводится излучение накачки, и местом где имеет место эффект виньетирования. Таким образом снижается мощность излучения накачки, достигающая области, где имеет место эффект виньетирования, что обеспечивает существенно меньший нагрев световода в этой области и благодаря этому не происходит разрушения световода 1 вследствие перегрева в области виньетирования.

Необходимо отметить, что точное положение вдоль оси световода области, где имеет место эффект виньетирования, зависит от начальной апертуры излучения накачки, введенной в световод, а значит зависит от конструкции усилителя, поэтому в общем случае, безотносительно конструкции усилителя, положение вдоль оси световода, где должна располагаться модифицированная область, определяется условием:

1,5×S_min<S_int≤S_max.

где S_min - минимальная суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, S_max - максимальная суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, а S_int - суммарная площадь поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной в части световода, где находится модифицированная область.

В применениях, требующих высокой пиковой мощности, наличие модифицированного участка позволяет уменьшить мощность накачки, распространяющуюся в части световода, имеющей наименьшую площадь поперечного сечения сердцевины и, тем самым, снизить величину усиления сигнала в этой части световода.

На фиг. 8 показано распределение средней мощности усиливаемого сигнала по длине для световода, известного из предыдущего уровня техники (верхняя кривая) и для световода согласно настоящему изобретению, когда в световоде имеется модифицированная область, обеспечивающая потери для излучения накачки, превышающие 0,5 дБ (нижняя кривая). В этом последнем случае усиление сигнала преимущественно происходит в части световода с увеличенной площадью поперечного сечения сердцевины, что позволяет снизить влияние нелинейных эффектов на усиливаемый сигнал.

Как следствие порог нелинейных эффектов достигается при более высокой средней (в случае усиления непрерывного сигнала) или пиковой (в случае усиления импульсного сигнала) выходной мощности излучения, что позволяет увеличить предельно достижимую среднюю или пиковую мощность на выходе из световода при сохранении качества выходного излучения, например, ширины спектра усиленного излучения.

На фиг. 9 показана зависимость предельно достижимой пиковой мощности излучения от величины вносимых оптических потерь для излучения накачки в модифицированной области.

Предпочтительно по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки (не показано на чертежах) из упомянутых модифицированных участков расположен у тонкого конца волоконного световода, на участке где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию: S_int≤1,5×S_min.

Способ изготовления волоконного световода согласно первому варианту воплощения (фиг. 10а) осуществляют следующим образом.

Используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину 2 и по меньшей мере две отражающие оболочки 3 и 4, при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки 3, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки.

Указанный способ содержит следующие этапы.

Выбирают область вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max.

При наличии защитного покрытия удаляют его в выбранной области световода.

Модифицируют в указанной области по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки волоконного световода для обеспечения уменьшения мощности излучения накачки, распространяющейся вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка.

Указанную модификацию осуществляют посредством одного из:

- создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, поглощающего излучения накачки.

Выполняют защитную оболочку для по меньшей мере одного модифицированного участка, сконфигурированную для защиты упомянутого модифицированного участка от механических повреждений и от перегрева путем отвода тепла, выделяемого при поглощении оптического излучения в области указанного по меньшей мере одного модифицированного участка и в области защитной оболочки упомянутого по меньшей мере одного модифицированного участка.

Способ изготовления волоконного световода согласно второму варианту воплощения (фиг. 10b) осуществляют следующим образом.

Используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину и по меньшей мере две отражающие оболочки.

Выбирают область по длине световода между концами световода и удаляют в указанной области по меньше мере одно из: защитное покрытие, одну из по меньшей мере двух отражающих оболочек.

Модифицируют в указанной области световода по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки одним из:

создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения накачки;

удаления отражающей оболочки и нанесения на ее место материала, имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки; удаления отражающей оболочки и нанесения на место удаления материала, поглощающего излучения накачки.

Разогревают световод с одной стороны указанной области, где осуществлена модификация, до состояния размягчения.

Прикладывают механическое усилие к концам световода и формируют участок с изменяющимся диаметром, так что диаметр сердцевины и диаметр отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине указанного участка так, что площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки смежной с сердцевиной, с одного конца указанного участка по меньшей мере в два раза превышает площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, с другого конца указанного участка.

Выполняют по меньшей мере одно из: восстанавливают защитное покрытие в указанной области световода; создают защитный элемент в указанной области световода для защиты от механических повреждений и для отвода тепла.

Промышленная применимость

Активный волоконный световод с непрерывно изменяющейся площадью поперечного сечения может быть использован в усилителях оптического сигнала, в волоконных лазерах, которые находят применение в промышленности, медицине и фундаментальных исследованиях благодаря высокому качеству выходного излучения, компактному размеру, отсутствию юстируемых деталей и относительно низкой цене.

Claims (42)

1. Волоконный световод, содержащий

активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним активным элементом, выбранным из группы, состоящей из следующих элементов: эрбий, иттербий, тулий, неодим, гольмий, празеодим, диспрозий, висмут; и

по меньшей мере две отражающие оболочки;

при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки;

при этом по меньшей мере одна отражающая оболочка волоконного световода содержит по меньшей мере один модифицированный участок, сконфигурированный для уменьшения мощности излучения накачки, распространяющегося вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка;

при этом указанный по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки расположен в области вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max.

2. Волоконный световод по п. 1, в котором отражающая оболочка на модифицированном участке имеет показатель преломления, больший, чем показатель преломления остальной части отражающей оболочки.

3. Волоконный световод по п.1, в котором по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки содержит оптическую неоднородность, обеспечивающую рассеяние излучения, распространяющегося по указанной оболочке.

4. Волоконный световод по п. 1, в котором модифицированный участок проходит вдоль оси волоконного световода и в поперечном сечении расположен вдоль по меньшей мере части периметра отражающей оболочки и занимает по крайней мере часть сечения отражающей оболочки по меньшей мере в одной локальной области.

5. Волоконный световод по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один модифицированный участок находится от каждого из концов волоконного световода на расстоянии более 3 см.

6. Волоконный световод по п. 1, в котором сердцевина сконфигурирована для обеспечения распространения одной оптической моды с одного из концов.

7. Волоконный световод по п. 1, дополнительно содержащий внешнюю защитную оболочку, выполненную из материала, в качестве которого использован полимер, металл или углерод.

8. Волоконный световод по п. 1, в котором в области отражающей оболочки, содержащей модифицированный участок, с наружной стороны размещен защитный элемент, сконфигурированный для защиты модифицированного участка от механических повреждений и/или от перегрева путем отвода тепла, выделяемого при поглощении излучения накачки модифицированным участком и внешней защитной оболочкой.

9. Волоконный световод по п. 1, в котором по меньшей мере одна отражающая оболочка в поперечном сечении, перпендикулярном оси волоконного световода, радиально несимметрична.

10. Волоконный световод по п. 1, в котором одна из отражающих оболочек, содержит элементы, имеющие коэффициент термического расширения (КТР), отличный от КТР материала отражающей оболочки, смежной с сердцевиной.

11. Волоконный световод по п. 1, в котором по меньшей мере один модифицированный участок отражающей оболочки из упомянутых модифицированных участков расположен у тонкого конца волоконного световода, на участке где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию: S_int≤1,5×S_min.

12. Способ изготовления волоконного световода по п. 1, содержащий этапы, на которых:

- используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину и по меньшей мере две отражающие оболочки, при этом площадь поперечного сечения сердцевины и площадь поперечного сечения отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине волоконного световода так, что максимальная суммарная площадь S_max поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки по меньшей мере в два раза превышает минимальную суммарную площадь S_min поперечного сечения сердцевины и указанной отражающей оболочки, причем указанный способ содержит этапы, на которых

- выбирают область вдоль оси световода, где суммарная площадь S_int поперечного сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, удовлетворяет следующему условию:

1,5×S_min<S_int≤S_max,

- модифицируют в указанной области по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки волоконного световода для обеспечения уменьшения мощности излучения накачки, распространяющейся вдоль световода по меньшей мере в одной отражающей оболочке после прохождения указанного модифицированного участка,

- выполняют защитную оболочку для по меньшей мере одного модифицированного участка, сконфигурированную для защиты упомянутого модифицированного участка от механических повреждений и от перегрева путем отвода тепла, выделяемого при поглощении оптического излучения в области указанного по меньшей мере одного модифицированного участка и в области защитной оболочки упомянутого по меньшей мере одного модифицированного участка.

13. Способ по п. 12, в котором

- указанную модификацию осуществляют посредством одного из:

- создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки;

- удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, поглощающего излучения накачки.

14. Способ изготовления волоконного световода по п. 1, содержащий этапы, на которых:

- используют волоконный световод, содержащий активную сердцевину и по меньшей мере две отражающие оболочки,

- выбирают область по длине световода между концами световода,

- удаляют в указанной области одно из защитного покрытия или одну из по меньшей мере двух отражающих оболочек,

- модифицируют в указанной области световода по меньшей мере один участок по меньшей мере одной отражающей оболочки одним из: создания в указанной отражающей оболочке оптических дефектов, обеспечивающих рассеяние распространяющегося излучения накачки; удаления отражающей оболочки и нанесения на ее место материала имеющего показатель преломления больший, чем показатель преломления указанной отражающей оболочки; удаления отражающей оболочки и нанесения материала на место удаления, поглощающего излучения накачки,

- разогревают световод с одной стороны указанной области, где осуществлена модификация, до состояния размягчения,

- прикладывают механическое усилие к концам световода и формируют участок с изменяющимся диаметром, так что диаметр сердцевины и диаметр отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, непрерывно изменяются по длине указанного участка так, что площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки смежной с сердцевиной, с одного конца указанного участка по меньшей мере в два раза превышает площадь сечения сердцевины и отражающей оболочки, смежной с сердцевиной, с другого конца указанного участка,

- выполняют по меньшей мере одно из: восстанавливают защитное покрытие в указанной области световода; создают защитный элемент в указанной области световода для защиты от механических повреждений и для отвода тепла.

15. Оптический усилитель, содержащий

волоконный световод, выполненный по п. 1,

источник передаваемого усиливаемого сигнала,

источник излучения накачки,

средства ввода/вывода излучения усиливаемого сигнала в сердцевину, расположенные с обоих сторон световода,

средство ввода излучения накачки в сердцевину и/или отражающую оболочку, примыкающую к сердцевине волоконного световода, расположенное по меньшей мере с одного конца волоконного световода.

Images