一種光纖及含有該光纖的光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖及光纖激光器，光纖包括外包層、保護(hù)層和纖芯，纖芯由一根帶有純石英內(nèi)包層的稀土摻雜有源纖芯，以及n根純石英泵浦纖芯組成，n≥1；所述泵浦纖芯與所述有源纖芯相互接觸，但并不熔融在一起，接觸部位的展開長度大于等于泵浦纖芯周長的1/10，能夠使光從泵浦纖芯單向耦合到有源纖芯。光纖激光器，包括光纖、諧振腔和半導(dǎo)體激光器，在有源纖芯的兩端分別刻寫高反、低反光柵，共同作為諧振腔，泵浦纖芯與半導(dǎo)體激光器相熔接。本發(fā)明可以最大限度地減少熔接點(diǎn)的數(shù)量，并能有效地提高泵浦光吸收效率，從而解決光纖激光器中的熱問題，提高激光器輸出質(zhì)量，由于引入了鈰元素，使得光纖激光器還具有抗光子暗化和抗輻照特性。
【專利說明】一種光纖及含有該光纖的光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特種光纖制備技術(shù)和光纖激光器領(lǐng)域，具體為一種用于光纖激光器的新型結(jié)構(gòu)的光纖，以及含有該光纖的光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，光纖激光器得到了飛速發(fā)展，尤其是雙包層光纖發(fā)明以來，光纖激光器輸出功率從毫瓦級攀升至萬瓦級。而目前全光纖激光器結(jié)構(gòu)中包含很多熔接點(diǎn)，隨著功率增長，熔接點(diǎn)處聚集的熱量成為制約光纖激光器光束質(zhì)量、穩(wěn)定性及輸出功率的重要因素之
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[0003]目前常規(guī)的光纖激光器由泵浦源、一對光纖光柵和有源摻稀土光纖構(gòu)成,這些器件的連接都要依靠光纖熔接。當(dāng)兩端光纖幾何尺寸、數(shù)值孔徑等有偏差的時候，就會引起較大的熔接損耗，從而有很多的光能量在此聚集，給光纖帶來極大的熱負(fù)擔(dān)，影響激光器整體的承受功率。因此，最大限度地減少熔接點(diǎn)是提高光纖激光器可承受功率的一個途徑。
[0004]此外，目前的光纖光柵絕大部分是利用摻鍺光纖的光敏性制備的，但是在摻雜光纖中加入鍺元素會降低光纖的損傷閾值并增加數(shù)值孔徑，不利于高功率光纖激光器的搭建同時光纖光柵都是刻在摻鍺的無源光纖上，然后再熔接在摻雜光纖兩端，這樣就會增加激光器的熔接點(diǎn)，增加損耗并且降低激光器的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種光纖及含有該光纖的光纖激光器，其目的在于使光纖激光器可以最大限度地減少熔接點(diǎn)的數(shù)量，并能有效地提高泵浦光吸收效率，從而解決光纖激光器中的熱問題，提高激光器輸出質(zhì)量，由于引入了鈰元素，使得光纖激光器還具有抗光子暗化和抗輻照特性。
[0006]本發(fā)明提供的一種光纖，包括外包層、保護(hù)層和纖芯，其特征在于，所述纖芯由一根帶有純石英內(nèi)包層的稀土摻雜有源纖芯，以及η根純石英泵浦纖芯組成，η > I ;所述泵浦纖芯與所述有源纖芯相互接觸，但并不熔融在一起，接觸部位的展開長度大于等于泵浦纖芯周長的1/10，能夠使光從泵浦纖芯單向耦合到有源纖芯。
[0007]本發(fā)明提供的含有上述光纖的光纖激光器，其特征在于，它還包括諧振腔和半導(dǎo)體激光器，在所述有源纖芯的一端刻寫相應(yīng)波長的高反光柵，另一端刻寫相應(yīng)波長的低反光柵，高反光柵和低反光柵共同作為所述諧振腔，所述泵浦纖芯與所述半導(dǎo)體激光器相熔接。
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種光纖及含有該光纖的光纖激光器，具體而言，本發(fā)明的有益效果為:
[0009]1.利用摻鈰的有源光纖的光敏特性，在有源纖芯上直接刻寫光柵作為激光器的諧振腔，避免了常規(guī)結(jié)構(gòu)中光柵與有源纖芯熔接點(diǎn)對激光器性能的影響，并可以提高光纖激光器的抗輻照和抗光子暗化性能。[0010]2.本發(fā)明采用新型結(jié)構(gòu)光纖，使得在有源纖芯長度方向上一直有泵浦光耦合進(jìn)有源纖芯，不僅可以提高泵浦光吸收效率，而且降低了光纖的熱負(fù)載，保證了光纖激光器的可靠性和穩(wěn)定性。
[0011]3.應(yīng)用本發(fā)明的光纖激光器，利用直接刻寫在有源纖芯上的一對光纖光柵作為諧振腔，減少了激光器內(nèi)部的熔接點(diǎn)，避免了有源纖芯與光柵數(shù)值孔徑不匹配而引入的插入損耗和熱負(fù)載，提高了光纖激光器的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的光纖的第一種【具體實(shí)施方式】的截面結(jié)構(gòu)示意圖(η = 6，纖芯均為圓形)；
[0013]圖2為本發(fā)明提供的光纖的第二種【具體實(shí)施方式】的截面結(jié)構(gòu)示意圖(η= 1，纖芯均為圓形)；
[0014]圖3為本發(fā)明提供的光纖的第三種【具體實(shí)施方式】的截面結(jié)構(gòu)示意圖(η = 2，光纖纖芯均為圓形)；
[0015]圖4為本發(fā)明提供的光纖的第四種【具體實(shí)施方式】的截面結(jié)構(gòu)示意圖(η= 1，纖芯均為八邊形)；
[0016]圖5為利用所發(fā)明的新型光纖而搭建的光纖激光器示意圖；
[0017]圖6為利用所發(fā)明的新型光纖而搭建的激光器示意圖；
[0018]圖中，保護(hù)層101，外包層102，泵浦纖芯103，有源纖芯104，摻雜區(qū)域105，輸出端口 301，半導(dǎo)體激光器302，低反光柵303，高反光柵304。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0020]如圖1至圖4所示，本發(fā)明實(shí)例提供的新型結(jié)構(gòu)的光纖，它包括保護(hù)層101，外包層102，一根帶有純石英內(nèi)包層的稀土摻雜有源纖芯104，以及η根純石英泵浦纖芯103，有源纖芯104內(nèi)設(shè)有摻入了鈰元素的摻雜區(qū)域105。η根泵浦纖芯之間可接觸也可以不接觸，泵浦纖芯103與有源纖芯104相互接觸，但并不熔融在一起，外面涂覆比純石英折射率低的材料作為外包層102，以保證光可以被束縛在纖芯中。當(dāng)外包層剝除掉，泵浦纖芯和由有源纖芯可以完整的分開。
[0021]在外包層102外設(shè)有高折射率涂覆層作為保護(hù)層101。當(dāng)泵浦光入射進(jìn)泵浦纖芯103后，會向有源纖芯104耦合，由于有源纖芯中摻雜區(qū)域?qū)Ρ闷止膺M(jìn)行吸收，耦合的過程幾乎是單向的。這樣，在整個光纖長度范圍內(nèi)，泵浦光源源不斷地耦合進(jìn)有源纖芯，有效地提高了泵浦光的耦合效率和利用效率。
[0022]圖1至圖3中，η分別為6，2和1，泵浦纖芯和有源纖芯均為圓形，圖4中，η為2，η+1根纖芯均為八邊形。
[0023]如圖5、圖6所示，本發(fā)明實(shí)例提供了一種利用此種特種光纖的光纖激光器，它包括半導(dǎo)體激光器302、諧振腔和本發(fā)明提供的新型結(jié)構(gòu)光纖，其中的有源纖芯104摻入了鈰元素，在有源纖芯104的兩端刻寫有光柵(其中，一端為相應(yīng)波長的高反光柵304，另一端為相應(yīng)波長的低反光柵303)作為諧振腔，泵浦纖芯103與半導(dǎo)體激光器相熔接。其制備方法為:首先取一定長度(隨光纖對泵浦光的吸收系數(shù)而調(diào)整)的新型結(jié)構(gòu)光纖，將兩端的涂覆層剝除掉，光纖內(nèi)的多個纖芯會自然分開，然后分別在有源纖芯的兩端刻寫相應(yīng)波長的高反和低反光柵，作為諧振腔，再將泵浦纖芯與半導(dǎo)體激光器相熔接，就搭建完成了一臺光纖激光器。
[0024]其中鈰元素的摻雜量根據(jù)對光敏性、抗光子暗化及抗輻照性能的要求不同而變化，一般與稀土離子的摻雜量的濃度比在1: 10到10: I之間。
[0025]所述的有源纖芯和泵浦纖芯可以是圓形、八邊形等其他形狀。有源纖芯和泵浦纖芯的直徑可以相同，也可以不相同。
[0026]所述的高反光柵是指對相應(yīng)波長反射率大于90%的光柵，所述的低反光柵是指對相應(yīng)波長反射率小于50%的光柵，其中的相應(yīng)波長是指激光器所需輸出的波長。
[0027]實(shí)例一:
[0028]本發(fā)明較佳實(shí)例一，結(jié)構(gòu)如圖5所示，首先取20m結(jié)構(gòu)如圖2所示的新型結(jié)構(gòu)光纖，其中有源纖芯的增益介質(zhì)為Yb3+，泵浦纖芯103直徑為400 μ m,有源纖芯104直徑400 μ m,摻雜區(qū)域105直徑20 μ m,將兩端20cm的涂覆層剝除掉，光纖內(nèi)的兩個纖芯103和104會自然分開，然后分別在有源纖芯104的一端刻寫1080nm的高反光柵304，另一端刻寫1080nm的低反光柵303，其中高反光柵304對1080反射率為98%，低反光柵303對1080nm反射率為20%，再將泵浦纖芯的兩端與975nm的半導(dǎo)體激光器302相熔接。當(dāng)泵浦功率為40W時，從輸出端口 301得到1080nm激光輸出28.8W。
[0029]實(shí)例二:
[0030]本發(fā)明較佳實(shí)例二，結(jié)構(gòu)如圖6所示，首先取20m結(jié)構(gòu)如圖3所示的新型結(jié)構(gòu)光纖(其中，η = 2)，其中有源纖芯的增益介質(zhì)為Yb3+，泵浦纖芯103的直徑為200 μ m，有源纖芯104直徑600 μ m,摻雜區(qū)域105的直徑60 μ m,將兩端20cm的涂覆層剝除掉，光纖內(nèi)的三個纖芯會自然分開，然后分別在有源纖芯104的一端刻寫1080nm的高反光柵304，另一端刻寫1018nm的低反光柵303，其中高反光柵304對1080反射率為98%，低反光柵303對1080nm反射率為20%，再將泵浦纖芯與915nm的半導(dǎo)體激光器302相熔接。當(dāng)泵浦功率為80W時，從輸出端口 301得到1080nm激光輸出60.8W。
[0031]實(shí)例三:
[0032]本發(fā)明較佳實(shí)例三，結(jié)構(gòu)如圖5所示，首先取7m結(jié)構(gòu)如圖4所示的新型結(jié)構(gòu)光纖，其中有源纖芯的增益介質(zhì)為Tm3+，泵浦纖芯103直徑為130 μ m,有源纖芯104直徑130 μ m，摻雜區(qū)域105直徑10 μ m,將兩端20cm的涂覆層剝除掉，光纖內(nèi)的兩個纖芯103和104會自然分開，然后分別在有源纖芯104的一端刻寫1950nm的高反光柵304，另一端刻寫1950nm的低反光柵303，其中高反光柵304對1950反射率為98%，低反光柵303對1950nm反射率為20%，再將泵浦纖芯與793nm的半導(dǎo)體激光器302相熔接。當(dāng)泵浦功率為40W時，從輸出端口 301得到1950nm激光輸出27.4W。
[0033]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖，包括外包層、保護(hù)層和纖芯，其特征在于，所述纖芯由一根帶有純石英內(nèi)包層的稀土摻雜有源纖芯，以及η根純石英泵浦纖芯組成，η > I ;所述泵浦纖芯與所述有源纖芯相互接觸，但并不熔融在一起，接觸部位的展開長度大于等于泵浦纖芯周長的1/10，能夠使光從泵浦纖芯單向耦合到有源纖芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述泵浦纖芯與所述有源纖芯是圓形或八邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述有源纖芯和所述泵浦纖芯的直徑相同或不相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述η根泵浦纖芯之間接觸或不接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的光纖，其特征在于，所述有源纖芯內(nèi)的摻雜區(qū)域中摻有鋪元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖，其特征在于，所述摻雜區(qū)域中，鈰元素的摻雜量與稀土離子的摻雜量的摩爾濃度比為1:10到10:1。
7.一種含有權(quán)利要求1所述光纖的光纖激光器，其特征在于，它還包括諧振腔和半導(dǎo)體激光器，在所述有源纖芯的一端刻寫相應(yīng)波長的高反光柵，另一端刻寫相應(yīng)波長的低反光柵，高反光柵和低反光柵共同作為所述諧振腔，所述泵浦纖芯與所述半導(dǎo)體激光器相熔接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7述的光纖激光器，其特征在于，所述泵浦纖芯在泵浦光入射時向所述有源纖芯耦合，所述有源纖芯中摻雜區(qū)域?qū)Ρ闷止膺M(jìn)行吸收，耦合的過程幾乎是單向的，使得在整個光纖長度范圍內(nèi)，泵浦光源源不斷地耦合進(jìn)有源纖芯，以提高泵浦光的耦合效率和利用效率。
【文檔編號】G02B6/02GK103490271SQ201310396509
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】李進(jìn)延, 王一礴, 蔣作文, 彭景剛, 戴能利, 李海清, 楊旅云, 陳瑰, 謝璐 申請人:華中科技大學(xué)