一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用技术方案

本发明专利技术公开了一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用，掺镱光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；第M+1段区域至第N‑M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N‑M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。该掺镱光纤可以有效地将伴随在泵浦过程中产生的热能均匀分散，改善了有源光纤中的热沉积现象，提高了激光系统的稳定性。

The application of ytterbium doped fiber, laser system and ytterbium doped fiber

The invention discloses a ytterbium doped fiber laser system, and the application of ytterbium doped fiber, Yb doped fiber length direction including the pump absorption coefficient according to set rules changes in the N region, N is positive integer greater than 2; the first section: to M section, the pump absorption coefficient were D1 D2,... Dm, M is less than N/2 a positive integer and M is not less than 2; the M+1 region to the N M region, the pump absorption coefficient from Dm growth to the set value by setting the Dmax growth rate, and then to set the decline rate decrease to less than Dmax Dm; Dm; N M+1 section to section N, the pump absorption coefficient were Dm,... D2, D1. The ytterbium doped fiber can effectively disperse the heat generated in the pumping process, improve the thermal deposition phenomenon in the active fiber, and improve the stability of the laser system.

【技术实现步骤摘要】
一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用
本专利技术涉及一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用。
技术介绍
与传统激光器相比，光纤激光器的光纤具有较大的表面积/体积比，具有良好的散热能力，但是随着市场需求日益提高，光纤激光器输出功率已达千瓦级甚至万瓦级，高强度的泵浦光进入有源光纤后只有一部分能量转化为激光输出，剩余的能量都转化为热能。目前现有掺镱光纤热效应主要集中在泵浦光入纤后的几米内，大量热沉积将会导致光纤受热膨胀引起热应力、光纤折射率改变，进而产生双折射和热透镜效应，严重影响了激光系统性能，强烈的热效应甚至直接引起光纤断裂，大大降低了激光系统稳定性。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用。第一方面，本专利技术实施例提供一种掺镱光纤，所述掺镱光纤由内到外包括折射率由高至低依次变化的掺镱纤芯、内包层、外包层、涂覆层；所述光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；第M+1段区域至第N-M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N-M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。在一个实施例中，所述D1满足在915nm波长处，D1＝0.25dB/m。在一个实施例中，所述D2满足在915nm波长处，Dm＝0.5dB/m。在一个实施例中，所述设定的增长率满足在915nm波长处为0～0.2dB/m。在一个实施例中，所述Dmax满足在915nm波长处，Dmax＝0.7dB/m。在一个实施例中，所述涂覆层为聚化合物材料。在一个实施例中，所述外包层掺有氟石英。在一个实施例中，所述内包层掺有纯石英。第二方面，本专利技术实施例提供一种激光系统，包括：至少两个泵浦源、两个合束器、一对光纤光栅、QBH和如上述实施例任一项所述的掺镱光纤；两端泵浦源发出的泵浦光通过两端合束器耦合到掺镱光纤内；通过所述掺镱光纤及一对光纤光栅构成的激光增益腔转化为激光，经第二合束器信号端传输到QBH后输出激光。第三方面，本专利技术实施例提供一种如上述实施例任一项提供的掺镱光纤在光传播中的应用。本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本专利技术实施例提供的一种掺镱光纤、激光系统及掺镱光纤的应用，所述掺镱光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；第M+1段区域至第N-M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N-M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。该掺镱光纤根据泵浦光吸收系数按设定规律变化可以分为N段区域，可以有效地将伴随在泵浦过程中量子亏损、无辐射驰豫、受激辐射冲吸收等现象产生的热能均匀分散，改善了有源光纤中的热沉积现象，提高了激光系统的稳定性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的掺镱光纤端面的构造图；图2为泵浦光在光纤内传播的示意图；图3A为本专利技术实施例提供的掺镱光纤沿光纤方向N为奇数时结构示意图；图3B为本专利技术实施例提供的掺镱光纤沿光纤方向N为偶数时结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的掺镱光纤沿光纤方向分为5段时结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的激光系统的示意图；图中1-纤芯，2-内包层，3-外包层，4-涂覆层，5-泵浦光，6-半导体泵浦源，7-合束器，8-高反光栅，9-掺镱光纤，10-低反光栅，11-QBH。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术实施例提供了一种掺镱光纤，参照图1所示，光纤端面的构造，其包括掺镱纤芯、内包层、外包层、涂覆层，折射率变化由高到低满足光纤光波导理论，参照图2所示，泵浦光在光纤内传播示意图；参照图3A、3B所示，上述光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；当N为奇数时，参照图3A所示，第N-M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N-M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1；同理，当N为偶数时，参照图3B所示，第M+1段区域至第N-M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N-M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。与传统有源光纤相比，当高强度泵浦光耦合到掺镱光纤后纤芯中掺镱离子吸收泵浦光能力随光纤长度升高，当达到镱离子浓度最高区域后吸收能力降低，此过程中产生热能的能力，即量子亏损、无辐射弛豫、受激辐射重吸收等现象产生的热能，与纤芯内镱离子吸收泵浦光趋势相同，以此达到削弱有源光纤内部热效应现象。参照图4所示，比如沿光纤长度方向光纤分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五段区域，五段区域对于泵浦光的吸收系数是变化的，变化规律为Ⅰ区由一个较低的初始值D1开始，经过一段距离后至Ⅱ区，Ⅱ区对泵浦光吸收系数变为一个相对较高的值D2，D2大于D1，经过一段距离后到达Ⅲ区吸收系数由D2开始以设定的增长率增加至D3后，再以设定的增长率递减至D2，Ⅳ区的长度及吸收系数与Ⅱ区相同，Ⅴ区的长度及吸收系数与Ⅰ区相同。在一个实施例中，上述D1满足在915nm波长处，D1＝0.25dB/m。在一个实施例中，上述Dm满足在915nm波长处，Dm＝0.5dB/m。在一个实施例中，上述设定的增长率满足在915nm波长处为0～0.2dB/m。在一个实施例中，上述Dmax满足在915nm波长处，Dmax＝0.7dB/m。Dmax为该掺镱光纤吸收系数最大值。其中，dB/m表示计量单位，掺杂光纤对915nm泵浦光每米的吸收量。本实施例中提供的掺镱光纤，比普通单模光纤增加了一个内包层，其横截面尺寸和数值孔径都远大于纤芯。内包层与掺稀土离子纤芯之间构成单模光波导，将激光限制在纤芯当中；同时它又与外包层构成了传输抽运光的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺镱光纤，其特征在于，包括：所述光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；第M+1段区域至第N‑M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N‑M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。

【技术特征摘要】
1.一种掺镱光纤，其特征在于，包括：所述光纤长度方向包括泵浦光吸收系数按设定规律变化的N段区域，N为大于2的正整数；其中：第1段区域至第M段区域，泵浦光吸收系数分别为D1、D2、…、Dm，M为小于N/2的正整数且M≥2；第M+1段区域至第N-M段区域，泵浦光吸收系数从Dm开始以设定的增长率增长到设定值Dmax后，再以设定的递减率递减到Dm；Dm小于Dmax；第N-M+1段区域至第N段区域，泵浦光吸收系数分别为Dm、…、D2、D1。2.根据权利要求1所述的掺镱光纤，其特征在于，所述D1满足在915nm波长处，D1＝0.25dB/m。3.根据权利要求1所述的掺镱光纤，其特征在于，所述Dm满足在915nm波长处，Dm＝0.5dB/m。4.根据权利要求1所述的掺镱光纤，其特征在于，所述设定的增长率满足在915nm波长处为0～0.2dB/m。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：施建宏，
申请(专利权)人：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42