增益平坦光纖及增益平坦光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學領(lǐng)域，涉及一種增益平坦光纖及增益平坦光纖激光器，尤其涉及一種可用于產(chǎn)生高功率的增益平坦光纖及增益平坦光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率光纖激光器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化效率高和光束質(zhì)量好等優(yōu)點，在材料加工、激光打標、生物醫(yī)學、自由空間通信和國防安全等領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，高功率光纖激光技術(shù)已成為國內(nèi)外的研宄熱點。近年來，我國已在高功率光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)方面進行了大量研宄，也取得了一些卓有成效的研宄成果，然而，對于高功率光纖激光器的增益介質(zhì)一一增益光纖的研宄還處于起步階段，研制高性能的增益光纖還存在很多關(guān)鍵技術(shù)需要攻克。增益光纖是高功率光纖激光器的核心關(guān)鍵器件，其性能參數(shù)直接影響光纖激光器有高輸出功率工作時的可靠性和穩(wěn)定性。
[0003]高功率全光纖激光器一般包括光纖激光諧振腔(種子源)和光纖激光放大器，如圖1所示。由纖芯摻雜稀土離子的增益光纖ACREDF、泵浦耦合器C、光纖光柵FBG和尾纖輸出的高功率半導(dǎo)體泵浦模塊LD等元器件組成。目前，光纖激光器的光纖激光諧振腔和光纖激光放大器都使用摻雜稀土離子的增益光纖作為增益介質(zhì)。在傳統(tǒng)增益光纖纖芯中，稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是恒定的，增益光纖對泵浦光具有確定的吸收系數(shù)，傳統(tǒng)增益光纖結(jié)構(gòu)和纖芯中稀土離子摻雜濃度分布如圖2所示。
[0004]然而，這種基于傳統(tǒng)增益光纖的光纖激光器，單位長度的增益光纖對泵浦光的吸收速率，會隨泵浦光功率的減少而減小。由于增益離子在躍迀時存在量子虧損，這將導(dǎo)致光纖激光器在工作時，增益光纖的泵浦端溫度很高，而沿增益光纖長度方向，溫度會隨著泵浦光功率的減少而降低，如圖3(b)所示。在圖3(a)中，泵浦光功率曲線上點切線的斜率，表示增益光纖對泵浦光的吸收速率?？梢姡卦鲆婀饫w的長度方向，吸收速率是不斷變化的，隨著泵浦光的減少，吸收速率也在逐漸減小。因此，這種基于傳統(tǒng)增益光纖的光纖激光器存在的缺點是:光纖激光器在工作時，增益光纖對泵浦光的吸收速率不均勻而導(dǎo)致增益光纖中泵浦端的溫度過高，甚至會使光纖會造成熱損傷而被直接燒掉。在使用端點泵浦技術(shù)時，傳統(tǒng)增益光纖的這一缺點限制了光纖激光器輸出功率的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，克服傳統(tǒng)光纖激光器在功率提升上的不足，本發(fā)明提供了一種增益平坦光纖及增益平坦光纖激光器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:本發(fā)明提供了一種增益平坦光纖，包括纖芯，其特殊之處在于:所述纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。
[0007]一種增益平坦光纖激光器，包括增益平坦光纖，其特殊之處在于:所述增益平坦光纖包括纖芯，所述纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。
[0008]上述纖芯中靠近泵浦端處的稀土離子摻雜濃度低于遠離泵浦端處的稀土離子摻雜濃度。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0010]本發(fā)明提供了一種增益平坦光纖以及增益平坦光纖激光器，增益平坦光纖纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。該增益平坦增益光纖可用于調(diào)整光纖激光沿光纖長度方向上的增益，從而在光纖激光器工作時，達到降低增益光纖泵浦端溫度的目的，并有助于提升光纖激光器的輸出功率。該增益平坦光纖激光器使用增益平坦增益光纖替代傳統(tǒng)的增益光纖，該增益平坦增益光纖激光器的纖芯稀土離子摻雜濃度沿光纖長度方向是變化的，與傳統(tǒng)光纖激光器相比，這種增益平坦光纖激光器對泵浦光有相對恒定的吸收速率，使增益光纖具有相對較低的工作溫度。本發(fā)明解決了光纖激光器泵浦端過熱的功率限制瓶頸，從而可以極大的提升光纖激光器的輸出功率。
【附圖說明】
[0011]圖1是基于傳統(tǒng)增益光纖的全光纖激光器的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0012]圖2是傳統(tǒng)增益光纖的結(jié)構(gòu)的纖芯中稀土離子的摻雜濃度分布圖；
[0013]圖3 (a)是泵浦光Pp和激光Ps沿光纖長度方向的分布圖；
[0014]圖3(b)是溫度沿光纖長度方向的分布圖；
[0015]圖4是基于增益平坦增益光纖的全光纖激光器的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0016]圖5(a)是單端泵浦時摻雜濃度沿增益光纖長度方向的變化圖；
[0017]圖5(b)是雙端泵浦時摻雜濃度沿增益光纖長度方向的變化圖；
[0018]圖6(a)是單端泵浦時泵浦光功率沿增益光纖長度方向的變化圖；
[0019]圖6(b)是雙端泵浦時泵浦光功率沿增益光纖長度方向的變化圖；
[0020]圖7是增益光纖溫度沿光纖長度方向的變化圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明提供了一種增益平坦光纖，包括纖芯，該纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。
[0022]同時，參見圖4，本發(fā)明還提供了一種增益平坦光纖激光器，包括增益平坦光纖，該增益平坦光纖包括纖芯，所述纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。
[0023]纖芯中靠近泵浦端處的稀土離子摻雜濃度低于遠離泵浦端處的稀土離子摻雜濃度。
[0024]本發(fā)明提供了一種基于增益平坦增益光纖的光纖激光器，如圖4所示。與現(xiàn)有光纖激光器不同的是，增益平坦光纖激光器采用稀土離子摻雜濃度沿長度方向變化的增益光纖(GCREDF)作為增益介質(zhì)。
[0025]基于本發(fā)明增益光纖的光纖激光器在工作時，靠近增益光纖泵浦端的泵浦光功率較高，但較低的稀土離子摻雜濃度使增益光纖對泵浦光的吸收系數(shù)較??；反之，沿光纖長度方向泵浦光功率逐漸減小，但由于稀土離子摻雜濃度的增加使增益光纖對泵浦光的吸收系數(shù)逐漸增大。這樣，泵浦光功率和增益光纖對泵浦光的吸收系數(shù)兩者此消彼長，從而使整根增益光纖對泵浦光具有相對平坦的吸收速率。
[0026]通過控制本發(fā)明增益光纖中稀土離子摻雜濃度沿光纖長度方向的分布(例如圖5(a)以及圖5(b)所示的分布)，可以使增益光纖中的泵浦光沿光纖長度方向被均勻吸收(例如圖6(a)以及圖6(b))，實現(xiàn)整個增益光纖的工作溫度維持在一個相對較低的水平(例如圖7)，使增益光纖的泵浦光承載功率大大提升，因此，基于本發(fā)明增益平坦光纖的光纖激光器可以實現(xiàn)較大的輸出功率提升。
[0027]其中，圖2的橫坐標L為沿增益光纖的長度，縱坐標N為稀土離子的摻雜濃度；圖3(a)以及圖3(b)中的L均為沿增益光纖的長度，power為功率，Ttl為溫度，Ps表示產(chǎn)生的激光，Pp表示泵浦光；圖5(a)以及圖5(b)中的L均為沿增益光纖的長度，N為稀土離子的摻雜濃度；圖6(a)以及圖6(b)中的L均為沿增益光纖的長度，power為功率；圖7中的L為沿增益光纖的長度，Ttl為溫度。
【主權(quán)項】
1.一種增益平坦光纖，包括纖芯，其特征在于:所述纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。2.—種增益平坦光纖激光器，包括增益平坦光纖，其特征在于:所述增益平坦光纖包括纖芯，所述纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增益平坦光纖激光器，其特征在于:所述纖芯中靠近泵浦端處的稀土離子摻雜濃度低于遠離泵浦端處的稀土離子摻雜濃度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增益平坦光纖及增益平坦光纖激光器，該增益平坦光纖，包括纖芯，纖芯中稀土離子的摻雜濃度沿光纖長度方向是非恒定的。本發(fā)明克服傳統(tǒng)光纖激光器在功率提升上的不足，解決了光纖激光器泵浦端過熱的功率限制瓶頸，從而可以極大的提升光纖激光器的輸出功率。
【IPC分類】H01S3/067, G02B6/02
【公開號】CN104950381
【申請?zhí)枴緾N201510359753
【發(fā)明人】趙保銀, 朱永剛, 李剛, 高奇, 趙衛(wèi), 王屹山
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月25日