專利名稱：一種光子帶隙光纖及移頻光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖技術領域，尤其涉及一種光子帶隙光纖及移頻光纖激光器。
背景技術：
基于光子帶隙效應的“移頻光纖激光器”研究是當今光纖激光器領域的前沿研究課題。通常摻鐿光纖激光器的輸出波長在1000-1120nm之間，人們難以得到976nm或者 1120-1 ISOnm的高功率“移頻”激光輸出。然而后兩個波長的光纖激光器極具吸引力，它們倍頻是產生藍光和黃光激光的一種新的技術途徑。研究中發(fā)現即使用光纖光柵對強制選頻，也難消除lOeOnm附近的寄生激光，歸根到底這由鐿離子的熒光增益譜決定。因此制作高功率的“移頻光纖激光器”，關鍵在于修正稀土離子的熒光增益譜，通過抑制增益強的波段實現弱增益波段的激光激發(fā)。其中，全固態(tài)光子帶隙光纖是近年來廣泛研究的一種新型光纖，其借助于包層中高折射率的摻鍺玻璃線陣列所形成的光子帶隙效應，(注也有論文稱之為“反共振反射波導機制”，簡寫為ARROW)，將處于帶隙內的光子限制在實芯內傳輸。在相鄰帶隙之間存在一個“損耗區(qū)”，在它內部的光子損耗極大，是因為在這些波長上纖芯內傳導模與摻鍺玻璃線中的高階模發(fā)生共振耦合。利用光子帶隙效應可改變稀土離子的熒光增益譜，原理是將 “損耗區(qū)”設計在熒光譜的強增益區(qū)，就可有效抑制寄生激光，有利于提高“移頻光纖激光器”的功率。在全固光子帶隙光纖的實芯內，可以進行稀土摻雜、光柵寫入。從技術層面上講， 即使光纖制作工藝的精度不能完全達到理想設計的頻移量，還可以通過改變光纖的纏繞半徑對鐿離子的熒光光譜范圍進行修正。因為光纖的帶隙寬度隨著纏繞半徑縮小而減小，改變光纖的纏繞半徑能“適度”改變帶隙/ “損耗區(qū)”的寬度。但是基于上述原理實現的單包層結構的光纖功率和轉換效率都很低，雙包層結構的光纖最大功率也只有30W。目前，制約此類“移頻光纖激光器”功率進一步提升的主要“瓶頸”是1)高摻鐿全固光子帶隙光纖難以實現大模場面積設計。由于激光被移頻到熒光譜的弱增益區(qū)，光纖必須高摻鐿離子才能提供激光器運轉所需的足夠增益。而高摻鐿會相應提高纖芯折射率并增強對模場的限制能力，反過來勢必需要包層中摻鍺玻璃線更靠近纖芯，以便發(fā)生更強的共振耦合形成“損耗區(qū)”來抑制強增益區(qū)，這限制了模場面積變大。2、光纖包層中含有的高折射率摻鍺玻璃線會捕獲部分泵浦光，導致降低光光轉換效率，因而在實際光纖制作中人們期望用盡量少的玻璃線提供光子帶隙效應。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種光子帶隙光纖，旨在利用光子帶隙效應來抑制強增益區(qū)的寄生激光。本發(fā)明是這樣實現的，一種光子帶隙光纖，包括外包層、由若干空氣孔形成的環(huán)狀內包層、包裹在所述內包層內的纖芯，所述內包層中包含有摻鍺玻璃線，所述纖芯中摻氟。
本發(fā)明還提供了一種移頻光纖激光器，包括順次熔接的合束器、第一光纖光柵、第一光子帶隙光纖、高摻鐿光纖、第二光子帶隙光纖、第二光纖光柵；所述第一光子帶隙光纖和所述第二光子帶隙光纖均為如上所述的光子帶隙光纖；所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長相同但反射率不同。本發(fā)明還提供了一種黃光光纖激光器，包括一如上所述的移頻光纖激光器，還包括一對所述移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理的倍頻器；其中，所述合束器的輸入端與一 976nm的泵浦源熔接，所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長范圍為1150nm-1180nm，所述第一光纖光柵對976nm的泵浦光高透過且對其反射波長范圍內的光高反，所述第二光纖光柵對其反射波長范圍內的光可反射。本發(fā)明還提供了一種藍光光纖激光器，包括一如上所述的移頻光纖激光器，還包括一對所述移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理的倍頻器；其中，所述合束器的輸入端與一 915nm的泵浦源熔接，所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長為976nm，所述第一光纖光柵對976nm的光高反，所述第二光纖光柵對976nm的光可反射。本發(fā)明提供的第一種光子帶隙光纖通過在全固態(tài)光子帶隙光纖的纖芯內施加一個輕微的折射率下陷，有效增強“損耗區(qū)”內模場與摻鍺玻璃線的共振耦合，進而減少包層中摻鍺玻璃線的數目，減小了包層中玻璃線對泵浦光的吸收，上述光子帶隙光纖可應用于移頻光纖激光器，能有效杜絕包層中摻鍺玻璃線對泵浦光的吸收浪費。利用光纖光柵對的選頻作用和光子帶隙光纖的“抑制寄生激光振蕩”的作用，實現全光纖化大功率“移頻光纖激光器”。


圖1是本發(fā)明實施例提供的光子帶隙光纖的端截面結構圖；圖2是圖1所示結構光子帶隙光纖加入下陷后模場的演化示意圖；圖3是采用圖1所示光子帶隙光纖實現的移頻光纖激光器的結構圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明從光子帶隙效應對鐿離子熒光增益譜的修正理論，在減少包層中摻鍺玻璃棒數目的前提下，實現大模場光子帶隙光纖的設計。本發(fā)明實施例提供的光子帶隙光纖包括外包層、內包層和纖芯，其中內包層由若干空氣孔形成且含有摻鍺玻璃線，纖芯包裹在內包層內部并摻氟，圖1示出了本發(fā)明實施例提供的光子帶隙光纖的端截面結構，其中區(qū)域A代表纖芯，區(qū)域B代表內包層中摻鍺玻璃線的部分。通過在纖芯中適當摻氟，形成折射率“下陷區(qū)”，通過優(yōu)化下陷區(qū)的半徑和“下陷度”，可將模場形狀由高斯形變成類似平頂形，能量被“下陷區(qū)”推向外側，模場形狀如圖2所示。此纖芯摻氟的光子帶隙光纖更易和摻鍺玻璃線共振耦合實現大模面積設計。同時該設計能顯著減少包層中摻鍺玻璃線的數目，降低其對泵浦光的吸收。包層中僅用6根鍺玻璃線，如圖1中的區(qū)域B所示，同時為增強對帶隙內光子的限制，鍺玻璃線外加一層摻氟玻璃。 結構圖中包層內的其它小圓可為空氣孔，也可為低折射率摻氟玻璃。圖3為采用圖1所示光子帶隙光纖實現的移頻光纖激光器，輸出端光纖光柵的反射率、光子帶隙光纖和普通摻鐿光纖的長度通過理論設計和實驗實現最優(yōu)化。輸出光譜、光束質量以及功率特性分別用0SA、光束質量分析儀和功率計測量。圖3所示的移頻光纖激光器包括順次熔接的合束器41、第一光纖光柵42、第一光子帶隙光纖43、高摻鐿光纖44、第二光子帶隙光纖45、第二光纖光柵46，其中，合束器41與泵浦源熔接，如采用LD (半導體激光器)類型的泵浦源，而第一光子帶隙光纖43和第二光子帶隙光纖45均為上文所述的光子帶隙光纖。上述移頻光纖激光器可用于不同顏色的光，具體可通過選用圖3中各器件合適的參數實現。對于通過上述光纖激光器實現的黃光光纖激光器，需在圖3的基礎上增加一倍頻器，此倍頻器用于對移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理，具體可在圖3中的第二光纖光柵46處直接熔接該倍頻器，并且要求與合束器41的輸入端熔接的泵浦源的泵浦光為 976nm，第一光纖光柵42和所述第二光纖光柵46的反射波長范圍為1150nm-1180nm，第一光纖光柵42對976nm的泵浦光高透過且對其反射波長范圍內的光高反，第二光纖光柵46 對其反射波長范圍內的光可反射，例如以IlSOnm的光為例，第一光纖光柵42對976nm的泵浦光高透過而對IlSOnm是高反的；第二光纖光柵46則對IlSOnm可反射，比如反射率為20%，這樣即可實現IlSOnm的光纖激光器。其中，光子帶隙光纖的作用是用來抑制在 1. 03um-l. 15um之間的熒光輻射，它對此范圍的光波長是高損耗的，而對于1. 15um之后的波長是高透過的，因而能夠實現將光纖激光器的頻率移到長波長一端。再進一步利用倍頻器(如倍頻晶體LB0)則以將光倍頻實現590nm的黃光輸出。對于通過上述光纖激光器實現的藍光光纖激光器，同樣需在圖3的基礎上增加一用于對移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理的倍頻器，該倍頻器也可以與圖3中的第二光纖光柵46直接熔接，此時要求與合束器的輸入端熔接的泵浦源的光915nm，第一光纖光柵42和第二光纖光柵46的反射波長為976nm，第一光纖光柵42對976nm的光高反，第二光纖光柵46對976nm的光可反射。此時第一光纖光柵42對976nm的光高反射，第二光纖光柵46則對976nm的光是可反射，比如反射率為20%。同樣可以利用光子帶隙光纖的作用， 使發(fā)射的激光在976nm。而976nm的光纖激光器最終又可以通過倍頻晶體如LBO將光倍頻到488nm，實現藍光輸出。針對目前移頻光纖激光器功率難以提升的“瓶頸”問題，本發(fā)明提供的激光器的方案可從原理上杜絕包層中摻鍺玻璃線對泵浦光的吸收。而本移頻光纖激光器將光子帶隙光纖和鐿光纖分開，摻鍺玻璃線在包層中不連通，在鐿光纖前的帶隙光纖中，摻鍺玻璃線對泵浦光無論怎樣吸收都無所謂，因為最終還注入到鐿光纖的內包層中，而在后端的光子帶隙光纖，由于泵浦光已經大部分被摻鐿光纖的纖芯吸收，它的吸收被大大弱化。綜上所述，本發(fā)明利用所述光子帶隙光纖的光子帶隙效應，實現對普通摻鐿光纖的自發(fā)輻射熒光增益譜的修正，并以所述光子帶隙光纖和普通摻鐿光纖構建移頻光纖激光器，以此方案所制作的光纖激光器能改變激射波長，具有低成本的優(yōu)勢。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種光子帶隙光纖，其特征在于，包括外包層、由若干空氣孔形成的環(huán)狀內包層、包裹在所述內包層內的纖芯，所述內包層中包含有摻鍺玻璃線，所述纖芯中摻氟。
2.—種移頻光纖激光器，其特征在于，包括順次熔接的合束器、第一光纖光柵、第一光子帶隙光纖、高摻鐿光纖、第二光子帶隙光纖、第二光纖光柵；所述第一光子帶隙光纖和所述第二光子帶隙光纖均為權利要求1所述的光子帶隙光纖；所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長相同但反射率不同。
3.一種黃光光纖激光器，其特征在于，包括一如權利要求2所述的移頻光纖激光器，還包括一對所述移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理的倍頻器；其中，所述合束器的輸入端與一 976nm的泵浦源熔接，所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長范圍為1150nm-1180nm，所述第一光纖光柵對976nm的泵浦光高透過且對其反射波長范圍內的光高反，所述第二光纖光柵對其反射波長范圍內的光可反射。
4.一種藍光光纖激光器，其特征在于，包括一如權利要求2所述的移頻光纖激光器，還包括一對所述移頻光纖激光器產生的激光進行倍頻處理的倍頻器；其中，所述合束器的輸入端與一 915nm的泵浦源熔接，所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵的反射波長為976nm，所述第一光纖光柵對976nm的光高反，所述第二光纖光柵對 976nm的光可反射。
全文摘要
本發(fā)明適用于光纖技術領域和光纖激光器領域，提供了一種光子帶隙光纖，包括包層和包裹在所述包層內的纖芯。由大空氣孔組成的環(huán)來形成內包層，在所述內包層中包含有摻鍺玻璃線，所述纖芯中含有摻氟低折射率區(qū)域。本發(fā)明通過在全固態(tài)光子帶隙光纖的纖芯內施加一個輕微的折射率下陷，有效增強“損耗區(qū)”內模場與摻鍺玻璃線的共振耦合，進而減少包層中摻鍺玻璃線的數目，減小了包層中玻璃線對泵浦光的吸收。
文檔編號G02B6/02GK102385104SQ20111030870
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者杜戈果, 邢鳳飛, 郭春雨, 閆培光, 阮雙琛 申請人:深圳大學