專利名稱：多纖芯雙包層有源光纖、泵浦激光輸出裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光領(lǐng)域，具體涉及一種多纖芯雙包層有源光纖、采用該光纖的泵浦
激光輸出裝置及方法。
背景技術(shù)：
雙包層光纖技術(shù)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外用來(lái)制造高功率光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)。雙包層光 纖通過(guò)摻雜稀土離子實(shí)現(xiàn)巨大的容量和較高的泵浦功率，由此而制得的大功率光纖激光器 在通信、醫(yī)療、遙感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 為了提高光纖激光器的輸出功率，1961年，Snitzer等人首先提出了雙包層結(jié)構(gòu) 的光纖，即在普通單包層結(jié)構(gòu)光纖的纖芯和包層之間引入了一個(gè)內(nèi)包層，使整個(gè)光纖包括 三個(gè)部分纖芯、圓形的內(nèi)包層和外包層。包含激活離子的單模纖芯被折射率低于纖芯的多 模圓形內(nèi)包層所包圍，該內(nèi)包層又被折射率更低的外包層所包圍，泵浦激光藕合注入到圓 形內(nèi)包層中，并被內(nèi)外包層界面處的全內(nèi)反射所限制，當(dāng)在內(nèi)包層中傳輸?shù)谋闷止饨?jīng)過(guò)纖 芯時(shí)，被纖芯中的激活離子吸收，從而實(shí)現(xiàn)了包層泵浦。在制作光纖時(shí)，使內(nèi)包層的幾何尺 寸比纖芯大很多，同時(shí)使內(nèi)包層和外包層折射率函數(shù)的數(shù)值孔徑也盡量大，這樣可以更有 效地接收來(lái)自多模泵浦激光源的功率，從而提高輸出激光的功率。 激光泵浦技術(shù)作為高功率光纖激光器和光纖放大器的核心技術(shù)之一，最終目的是 要把幾百瓦甚至數(shù)千瓦的LD泵浦激光功率耦合到直徑只有數(shù)百微米的雙包層有源光纖內(nèi) 包層中。 目前的雙包層激光泵浦技術(shù)，絕大多數(shù)采用并束技術(shù)，將多個(gè)泵浦LD光通過(guò)光纖 熔融拉錐并束器匯聚得到較大功率的泵浦，而后耦合入雙包層有源光纖，從而實(shí)現(xiàn)高功率 光纖激光輸出。 在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，采用此種方式存在以下問(wèn)題 對(duì)光纖熔融拉錐并束器件要求非常嚴(yán)格。目前，市場(chǎng)上存在的光纖并束器通透效 率最高可達(dá)95%，同時(shí)插入損耗較小。然而，在更高功率光纖激光層面上，往往細(xì)微的損耗 都可能導(dǎo)致光纖局部發(fā)熱甚至燒毀。因此，高功率光纖激光器模塊中，器件應(yīng)該盡可能的減 少以避免上述情況的發(fā)生。 在采用常規(guī)的雙包層光纖(單模纖芯，內(nèi)包層，外包層以及保護(hù)層)的雙向泵浦激 光結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并束器的使用對(duì)激光輸出路徑有一定的消極影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多纖芯雙包層有源光纖、采用 該光纖的泵浦激光輸出裝置及方法，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大功率激光的輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗 小。
其技術(shù)方案如下 —種多纖芯雙包層有源光纖，包括摻稀土離子單模纖芯、多模泵浦纖芯、內(nèi)包層及
3外包層；內(nèi)包層將摻稀土離子單模纖芯包裹，外包層將內(nèi)包層包裹，多模泵浦纖芯為至少兩
根，布設(shè)于外包層內(nèi)且分布在內(nèi)包層的周圍；摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射
率依次降低，且內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯的五倍；多模泵浦纖芯的端部伸出
而形成泵浦光輸入端，摻稀土離子單模纖芯的后端為高反射端、前端為低反射端。 該有源光纖的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)是 各所述多模泵浦纖芯均布于所述內(nèi)包層的周圍。 所述內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯直徑的十倍；所述內(nèi)包層的直徑為所述多模泵浦纖芯直徑的0. 8倍至1. 2倍。 所述多模泵浦纖芯直徑為所述內(nèi)包層直徑的0. 8倍至1. 2倍。 采用前述有源光纖有泵浦激光輸出裝置結(jié)構(gòu)是其包括摻稀土離子單模纖芯、多模泵浦纖芯、內(nèi)包層、外包層及泵浦源；內(nèi)包層將摻稀土離子單模纖芯包裹，外包層將內(nèi)包層包裹，多模泵浦纖芯為至少兩根，布設(shè)于外包層內(nèi)且分布在內(nèi)包層的周圍；摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射率依次降低，且內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯的五倍；多模泵浦纖芯的端部伸出而形成泵浦光輸入端，摻稀土離子單模纖芯的后端為高反射端、前端為低反射端；泵浦光輸入端與泵浦源的多模尾纖連接。 進(jìn)一步，各所述多模泵浦纖芯的前端及后端均伸出而形成所述泵浦光輸入端，各泵浦光輸入端分別與泵浦源的多模尾纖連接而構(gòu)成雙向泵浦結(jié)構(gòu)，各泵浦源的輸出波長(zhǎng)相同。 在所述摻稀土離子單模纖芯的后端設(shè)有高反射率光柵，在所述摻稀土離子單模纖
芯的前端設(shè)有低反射率光柵。所述摻稀土離子單模纖芯中摻雜離子由泵浦光泵向高能級(jí)，
經(jīng)激射光子受激輻射，再經(jīng)諧振腔振蕩，得到高功率的激光輸出。 前述泵浦激光輸出裝置采用的泵浦激光輸出方法包括如下步驟 a、泵浦源所產(chǎn)生的激光經(jīng)泵浦源的多模尾纖輸入多模泵浦纖芯； b、由于摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射率依次降低，進(jìn)入多模泵浦纖
芯的激光耦合入內(nèi)包層，不斷的穿越摻稀土離子單模纖芯，并將稀土離子泵向高能態(tài)，達(dá)到
離子數(shù)反轉(zhuǎn)，經(jīng)由激射光子激發(fā)形成受激輻射后，在諧振腔中振蕩，得到高功率的激光輸出。 綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是高功率泵浦源一般為多模尾纖輸出，各多模尾纖分別與多纖芯雙包層有源光纖中的多模泵浦纖芯纖芯直接熔接，多模泵浦纖芯纖芯直徑與多模尾纖的包層直徑想匹配，將波長(zhǎng)為Al的泵浦光無(wú)損耗的導(dǎo)入多纖芯雙包層有源光纖中，并傳入內(nèi)包層并使泵浦光束不斷穿越摻稀土離子單模纖芯，將內(nèi)包層中稀土離子不斷泵向高能級(jí)，達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；由激射光子實(shí)現(xiàn)受激輻射，通過(guò)光纖光柵諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行腔內(nèi)振蕩后，待超過(guò)出射閾值后，通過(guò)激光輸出裝置，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)為A2高功率單模激光輸出。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大功率激光的輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中，泵浦激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1中，多纖芯雙包層有源光纖的斷面 附圖標(biāo)記說(shuō)明
1、多纖芯雙包層有源光纖，2、摻稀土離子單模纖芯，3、多模泵浦纖芯，4、內(nèi)包層， 5、外包層，6、泵浦源，7、多模尾纖，8、高反射率光柵，9、低反射率光柵。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明 如圖l至圖3所示，一種泵浦激光輸出裝置，包括摻稀土離子單模纖芯2、多模泵 浦纖芯3、內(nèi)包層4、外包層5及泵浦源6 ;內(nèi)包層4將摻稀土離子單模纖芯2包裹，外包層 5將內(nèi)包層4包裹，多模泵浦纖芯3為至少兩根，布設(shè)于外包層5內(nèi)且分布在內(nèi)包層4的周 圍；摻稀土離子單模纖芯2、內(nèi)包層4、外包層5的折射率依次降低，且內(nèi)包層4的直徑大于 摻稀土離子單模纖芯2的五倍；多模泵浦纖芯3的端部伸出而形成泵浦光輸入端，摻稀土離 子單模纖芯2的后端為高反射端、前端為低反射端，泵浦光輸入端與泵浦源6的多模尾纖7 連接。 其中，前述摻稀土離子單模纖芯2、多模泵浦纖芯3、內(nèi)包層4及外包層5組成多纖 芯雙包層有源光纖1 ;各所述多模泵浦纖芯3均布于所述內(nèi)包層4的周圍，所述內(nèi)包層4的 直徑為120 ii m，摻稀土離子單模纖芯2的直徑為6 ii m，多模泵浦纖芯3直徑為120 y m，外包 層5的直徑為400iim。 各所述多模泵浦纖芯3的前端及后端均伸出而形成所述泵浦光輸入端，各泵浦光 輸入端分別與泵浦源6的多模尾纖7連接而構(gòu)成雙向泵浦結(jié)構(gòu)，各泵浦源6的輸出波長(zhǎng)相 同；在所述摻稀土離子單模纖芯2的后端設(shè)有高反射率光柵8，在所述摻稀土離子單模纖芯 2的前端設(shè)有低反射率光柵9。所述摻稀土離子單模纖芯2中的激光經(jīng)受激輻射后，再經(jīng)諧 振腔振蕩后輸出。 本實(shí)施例所述泵浦激光輸出方法包括如下步驟 a、泵浦源6所產(chǎn)生的激光經(jīng)泵浦源6的多模尾纖7輸入多模泵浦纖芯3 ;
b、由于摻稀土離子單模纖芯2、內(nèi)包層4、外包層5的折射率依次降低，進(jìn)入多模泵 浦纖芯3的激光耦合入內(nèi)包層4，不斷的穿越摻稀土離子單模纖芯2，并將稀土離子泵向高 能態(tài)，達(dá)到離子數(shù)反轉(zhuǎn)，經(jīng)激射光子激發(fā)而形成受激輻射后，在諧振腔中振蕩，得到高功率 的激光輸出。 高功率泵浦源6均帶有多模尾纖7，各多模尾纖7分別與多纖芯雙包層有源光纖1 中的多模泵浦纖芯3直接熔接，將泵浦光無(wú)損耗的導(dǎo)入多纖芯雙包層有源光纖1中，并傳入 內(nèi)包層4并使泵浦光束不斷穿越摻稀土離子單模纖芯2，將內(nèi)包層4中稀土離子不斷泵向高 能級(jí)，達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；而后，通過(guò)形成的光纖光柵諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行腔內(nèi)振蕩后，待超過(guò)出 射閾值后，實(shí)現(xiàn)高功率單模激光輸出。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大功率激光的輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗 小。 以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；在不違反本發(fā) 明構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何替換與改進(jìn)，均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種多纖芯雙包層有源光纖，其特征在于，包括摻稀土離子單模纖芯、多模泵浦纖芯、內(nèi)包層及外包層；內(nèi)包層將摻稀土離子包裹，外包層將內(nèi)包層包裹，多模泵浦纖芯為至少兩根，布設(shè)于外包層內(nèi)且分布在內(nèi)包層的周圍；摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射率依次降低，且內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯的五倍；多模泵浦纖芯的端部伸出而形成泵浦光輸入端，摻稀土離子單模纖芯的后端為高反射端、前端為低反射端。
2. 如權(quán)利要求1所述多纖芯雙包層有源光纖，其特征在于，各所述多模泵浦纖芯均布 于所述內(nèi)包層的周圍。
3. 如權(quán)利要求1所述多纖芯雙包層有源光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層的直徑大于摻 稀土離子單模纖芯直徑的十倍；所述內(nèi)包層的直徑為所述多模泵浦纖芯直徑的0. 8倍至 1.2倍。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述泵浦激光輸出裝置，其特征在于，在所述摻稀土離子單模 纖芯的后端設(shè)有高反射率光柵，在所述摻稀土離子單模纖芯的前端設(shè)有低反射率光柵。
5. —種泵浦激光輸出裝置，其特征在于，包括摻稀土離子單模纖芯、多模泵浦纖芯、內(nèi) 包層、外包層及泵浦源；內(nèi)包層將摻稀土離子單模纖芯包裹，外包層將內(nèi)包層包裹，多模泵 浦纖芯為至少兩根，布設(shè)于外包層內(nèi)且分布在內(nèi)包層的周圍；摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包 層、外包層的折射率依次降低，且內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯的五倍；多模泵浦 纖芯的端部伸出而形成泵浦光輸入端，摻稀土離子單模纖芯的后端為高反射端、前端為低 反射端；泵浦光輸入端與泵浦源的多模尾纖連接。
6. 如權(quán)利要求5所述泵浦激光輸出裝置，其特征在于，各所述多模泵浦纖芯的前端及 后端均伸出而形成所述泵浦光輸入端，各泵浦光輸入端分別與泵浦源的多模尾纖連接而構(gòu) 成雙向泵浦結(jié)構(gòu)，各泵浦源的輸出波長(zhǎng)相同。
7. 如權(quán)利要求5或6所述泵浦激光輸出裝置，其特征在于，在所述摻稀土離子單模纖芯 的后端設(shè)有高反射率光柵，在所述摻稀土離子單模纖芯的前端設(shè)有低反射率光柵。
8. —種泵浦激光輸出方法，其特征在于，該方法包括如下步驟a、 泵浦源所產(chǎn)生的激光經(jīng)泵浦源的多模尾纖輸入多模泵浦纖芯；b、 由于摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射率依次降低，進(jìn)入多模泵浦纖芯的 激光耦合入內(nèi)包層，不斷的穿越摻稀土離子單模纖芯，并將稀土離子泵向高能態(tài)，達(dá)到離子 數(shù)反轉(zhuǎn)，經(jīng)由激射光子激發(fā)形成受激輻射后，在諧振腔中振蕩，得到高功率的激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多纖芯雙包層有源光纖、采用該光纖的泵浦激光輸出裝置及方法，該多纖芯雙包層有源光纖包括摻稀土離子單模纖芯、多模泵浦纖芯、內(nèi)包層及外包層；內(nèi)包層將摻稀土離子單模纖芯包裹，外包層將內(nèi)包層包裹，多模泵浦纖芯為至少兩根，布設(shè)于外包層內(nèi)且分布在內(nèi)包層的周圍；摻稀土離子單模纖芯、內(nèi)包層、外包層的折射率依次降低，且內(nèi)包層的直徑大于摻稀土離子單模纖芯的五倍；多模泵浦纖芯的端部伸出而形成泵浦光輸入端，摻稀土離子單模纖芯的后端為高反射端、前端為低反射端。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大功率激光的輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小。
文檔編號(hào)H01S3/094GK101764342SQ20101001953
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者任紀(jì)康, 冉洋, 劉偉平, 杜衛(wèi)沖 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院