專利名稱：一種具有單模輸出TM₀₁模式特性的有源光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖。
背景技術(shù)：
徑向偏振激光有別于線偏振光與圓偏振光，其電場方向沿徑向分布，并且電場矢 量和場幅都具有軸對稱性。徑向偏振激光與線(圓)偏振相比，通過高數(shù)值孔徑的透鏡聚 焦可以獲得更小的光斑，因此可以作為超分辨顯微光源，另外其在高效的金屬切割，電子加 速和生物光鑷等領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價值。獲得徑向偏振模式輸出的激光器主要分為固 態(tài)激光器、氣態(tài)激光器和光纖激光器。相比較固態(tài)和氣態(tài)激光器，光纖激光器具有體積小， 散熱好和光束質(zhì)量高等優(yōu)點，因此利用光纖激光器輸出徑向偏振模式成為近幾年的研究熱 點。目前利用光纖激光器輸出徑向偏振模式，即TMtll模式的方法主要如下一、在光纖激光器諧振腔中引入一個布儒斯特雙圓錐棱鏡，根據(jù)布儒斯特定律只 有徑向偏振的TMtll模式經(jīng)過棱鏡時的損耗最小，其他模式因具有垂直入射面的偏振分量而 發(fā)生發(fā)射，從而導(dǎo)致較大的損耗，最終光纖激光器獲得單模輸出TMtll模式的特性。二、光纖放大器利用有源保偏光纖作為增益介質(zhì)，線偏振種子信號光以恰當(dāng)?shù)慕?度注入有源保偏光纖，從而最大限度地激勵LP11模式而抑制LPtll模式，同時對有源保偏光纖 施加壓力，其方向與主軸呈45度夾角，通過精確地調(diào)節(jié)壓力大小和角度使兩個正交偏振的 LP11模式同相位合成為TMtll模式。以上兩種方法各有不足，前者需要在激光諧振腔中引入分立光學(xué)元件從而降低了 激光器的輸出效率，后者則需要利用輔助工具精確調(diào)整種子光源的入射角度，以及施加于 有源保偏光纖上壓力的大小和方向，這些既增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時也給激光器帶來不 穩(wěn)定的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題要求簡化單模輸出TMtll模式光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 提高工作穩(wěn)定性的問題，提出一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖。本發(fā)明的技術(shù)方案一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖，該有源光纖包括摻雜稀土離子纖 芯和包層；摻雜稀土離子纖芯和包層之間設(shè)置非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯。在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯中沿半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔，相臨空氣孔 之間的夾角為360/m度，12 <m< 30，m為整數(shù)。在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯中沿半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為矩形孔或 圓形孔陣列。本發(fā)明的有益結(jié)果本發(fā)明提供的一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖，是通過在摻雜稀土 離子纖芯與包層之間引入環(huán)狀非摻雜纖芯，并且引入軸對稱分布的矩形空氣孔或圓形孔陣
3列，以獲得徑向雙折射，從而導(dǎo)致TMtll模式的限制損耗遠遠小于TEtll模式和HE21模式，最終 使得光纖激光器中TMtll模式在模式競爭中占據(jù)主導(dǎo)地位。利用具有單模輸出TM01模式特 性的有源光纖可以獲得高徑向偏振純度的輸出信號光，不需要額外在諧振腔內(nèi)引入選模器 件，從而簡化了單模輸出TMtll模式光纖激光器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了工作穩(wěn)定性。


圖1矩形空氣孔夾角為30度的單模輸出TMtll模式的有源光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2矩形空氣孔夾角為20度的單模輸出TMtll模式的有源光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖3矩形空氣孔夾角為12度的單模輸出TMtll模式的有源光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖4圓形空氣孔陣列夾角為30度的單模輸出TMtll模式的有源光纖結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)號1-摻雜稀土離子纖芯，2-非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯，3-矩形空氣孔， 4-包層，5-圓形空氣孔陣列。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖，該有源光纖包括摻雜稀土離子纖 芯1和包層4。摻雜稀土離子纖芯1和包層4之間設(shè)置非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2。在所述的非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2中沿半徑方向引入軸對稱分布的矩形空氣 孔3或圓形空氣孔陣列5，相臨空氣孔之間的夾角為360/m度，12 < m < 30, m為整數(shù)。
所述的摻雜稀土離子纖芯1，非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2和包層4的折射率分別表 不為 Ii1, n2 禾口 n4。實施例一一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖，如圖1所示，由摻雜稀土離子纖芯1， 非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2和包層4組成。摻雜稀土離子纖芯1的直徑8 μ m，折射率Ii1 = 1. 4573。摻雜稀土離子纖芯1中的稀土離子分布為中間半徑為2. 35μπι的圓形區(qū)域中稀 土離子濃度為0，其余區(qū)域稀土離子濃度為1. 8 X IO2V30非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的外徑=20 μ m，在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2中沿 半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為矩形空氣孔3，矩形空氣孔3的尺寸寬和長分別為 0. Ιμπι和6μπι，相鄰矩形空氣孔3的夾角為360/12度=30度，矩形空氣孔3的折射率η3 =1 ；非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2的折射率Ii2 = 1. 449。包層4的折射率η4 = 1. 4508。實施例二實施例二，如圖2所示，與實施例一區(qū)別摻雜稀土離子纖芯1的折射率Ii1 = 1. 464。 非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的外徑=20 μ m,在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2中沿半 徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為矩形空氣孔3，相鄰矩形空氣孔3的夾角為360/18度= 20度，矩形空氣孔3的折射率Ii3 = 1 ；非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2的折射率Ii2 = 1. 46。
包層4的折射率n4 = 1. 4573。
實施例三實施例三，如圖3所示，與實施例一區(qū)別摻雜稀土離子纖芯1的折射率Ii1 = 1. 4415。非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的外徑=16 μ m,非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的折射率 n2 = 1. 421。在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2中沿半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為矩形空 氣孔3，矩形空氣孔3的尺寸寬和長分別為0. 1 μ m和4 μ m，相鄰矩形空氣孔3的夾角為 360/30度=12度，矩形空氣孔3的折射率Ii3 = 1。包層4的折射率n4 = 1. 43385。實施例四實施例四，如圖4所示，與實施例一區(qū)別摻雜稀土離子纖芯1的折射率Ii1 = 1. 4573。非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的外徑20 μ m,非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯2中沿半 徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為圓形空氣孔陣列5，圓形空氣孔直徑為0. 1微米，圓形 空氣孔陣列5的尺寸寬和長分別為0. 1 μ m和6 μ m，相臨圓形空氣孔陣列5之間的夾角為 360/12度=30度30度，圓形空氣孔的折射率=1。非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的折射率Ii2 = 1. 4515。包層4的折射率n4 = 1. 451。具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖參數(shù)的設(shè)計步驟1.設(shè)定有源光纖的基本參數(shù)，即摻雜稀土離子纖芯1的直徑和折射率；非摻雜稀 土離子環(huán)狀纖芯2的外徑和矩形空氣孔的尺寸，相鄰空氣孔的夾角；包層折射率。2.設(shè)定調(diào)整非摻雜稀土離子環(huán)狀纖芯2的折射率，使得TMtll模式的限制損耗遠遠 小于TEtll模式和HE21模式。3.優(yōu)化摻雜稀土離子纖芯1中的稀土離子分布，使得TMtll和基模HE11的模場分布 與增益區(qū)域的積分值分別達到最大和最小值，從而導(dǎo)致TMtll模式在光纖激光器的模式競爭 中占據(jù)主導(dǎo)地位。
權(quán)利要求
一種具有單模輸出TM01模式特性的有源光纖，該有源光纖包括摻雜稀土離子纖芯(1)和包層(4)；其特征在于摻雜稀土離子纖芯(1)和包層(4)之間設(shè)置非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯(2)；在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯(2)中沿半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔，相臨空氣孔之間的夾角為360/m度，12＜m＜30，m為整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有單模輸出TMtll模式特性的有源光纖，其特征在于 在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯(2)中沿半徑方向引入軸對稱分布的空氣孔為矩形空氣孔(3) 或圓形空氣孔陣列(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有單模輸出TM01模式特性的有源光纖，涉及一種具有源光纖。該有源光纖包括摻雜稀土離子纖芯(1)和包層(4)。摻雜稀土離子纖芯(1)和包層(4)之間設(shè)置非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯(2)。在非摻雜稀土離子環(huán)形纖芯(2)中沿半徑方向引入軸對稱分布矩形空氣孔(3)或圓形空氣孔陣列(5)，相臨空氣孔之間的夾角為360/m度，12＜m＜30，m為整數(shù)。解決了要求簡化單模輸出TM01模式光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高工作穩(wěn)定性的問題。最終使得光纖激光器中TM01模式在模式競爭中占據(jù)主導(dǎo)地位。利用該有源光纖可以獲得高徑向偏振純度的輸出信號光，不需要額外在諧振腔內(nèi)引入選模器件。
文檔編號G02B6/036GK101938080SQ20101021862
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者溫曉東, 王春燦 申請人:北京交通大學(xué)