一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、掺磷光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。其中三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，纤芯掺杂P

【技术实现步骤摘要】
一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器
本技术属于光纤激光器
，具体地涉及掺磷光纤以及拉曼光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器因其结构简单紧凑、工作稳定可靠、光束质量好、效率高等优点而具有极高的研究意义和应用价值，在国防工业、医疗安全和光纤通信等领域具有重要应用。基于光纤中受激拉曼散射的拉曼光纤激光器，具有波长灵活、增益谱宽等优势，可同时实现高功率与宽波段输出，自专利技术以来逐渐成为光纤激光
的研究热点。常规拉曼光纤激光器主要通过纤芯泵浦技术将泵浦光耦合到普通单模光纤的纤芯中。然而，受限于光纤的纤芯尺寸，这种泵浦方式难以耦合较高功率的泵浦光，极大地限制了输出拉曼激光的功率和亮度提升，其中普通的单模光纤如图3所示。基于单模光纤在耦合泵浦光方面的困难，以包层泵浦技术为目的的双包层甚至三包层光纤被研发出来，极大地增加了光纤截面积，提升了泵浦功率的注入能力。为了满足不同需要，常见三包层光纤靠近纤芯的两个包层中有一层的折射率较低，这种内部包层低折射率的设计使得三包层光纤的制作工艺更为复杂、拉制难度加大，极大地限制了三包层光纤在光纤激光器中的应用。常规的拉曼光纤激光器采用无掺杂的硅基光纤或者掺锗硅基光纤作为增益介质，泵浦光在无源光纤中传输时发生受激拉曼散射效应，主要利用拉曼增益谱中频移在13.2THz处的拉曼增益峰提供增益，量子亏损在5％左右，这会导致激光器的转换效率较低，产生热透镜、热致模式不稳定等效应，制约着拉曼光纤激光器的功率提升。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本技术提出了一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器。为实现上述技术目的，本技术采用的具体技术方案如下：本技术提供一种三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，纤芯为掺杂五氧化二磷的纤芯，第一包层为掺杂二氧化锗的包层，第二包层为二氧化硅包层，第三包层为涂覆层，且折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。与常见的三包层光纤相比制作难度和成本大大降低。目前尚未有纤芯掺杂磷元素的三包层光纤的报道。本技术纤芯掺杂五氧化二磷(P2O5)，利用磷元素拉曼增益谱上频移较小的拉曼增益峰(频移<4THz)提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，量子亏损减小至常规的基于13.2THz拉曼峰的拉曼激光器的1/3左右。进一步地，所述掺磷光纤的纤芯为同时掺杂三氧化二镱(Yb2O3)的纤芯。本技术还提供基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，该拉曼光纤激光器中的拉曼光纤为三包层掺磷光纤。具体地提供一种基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、掺磷光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。本技术掺磷光纤的纤芯掺杂P2O5，利用其拉曼增益谱上频移较小的拉曼增益峰(频移<4THz)提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光。进一步地，上述基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器中所采用的三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，纤芯为掺杂五氧化二磷的纤芯，第一包层为掺杂二氧化锗的包层，第二包层为二氧化硅包层，第三包层为涂覆层，且折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。进一步地，上述基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器中所述泵浦源为光纤激光器或半导体激光器，其输出端以包层泵浦的方式将泵浦光耦合到三包层掺磷光纤的第一包层或第二包层中，允许泵浦光大功率输入的同时显著提升信号光的亮度和输出功率，可极大提高光纤耦合效率。进一步地，上述基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器中所述第一光纤光栅的反射率>95％，所述第二光纤光栅的反射率在4～50％之间。进一步地，本技术提出的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，所述的由一对光纤光栅构成的振荡器结构，可根据实际需要使用多个光栅对(即高反射率光栅+低反射率光栅配合使用)。本技术所述第一光纤光栅和第二光纤光栅根据实际需要也可以用体布拉格光栅代替。即一种基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一体布拉格光栅、掺磷光纤、第二体布拉格光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一体布拉格光栅的输入端相熔接；第一体布拉格光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二体布拉格光栅的输入端相熔接；所述第二体布拉格光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。更进一步的，本技术提出的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，所述的由一对光纤光栅构成的振荡器结构，可根据实际需要简化成开腔或半开腔结构。更进一步的，本技术提出一种基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、第一光纤光栅、掺磷光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与波分复用器的泵浦端相熔接，波分复用器的公共端与第一光纤光栅的输入端相熔接。第一光纤光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。本技术的有益效果如下：1、本技术提供了一种三包层掺磷光纤，掺磷纤芯的较高折射率使得光纤折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减，与常见的三包层光纤相比，制作难度和成本大大降低。2、本技术基于三包层光纤的结构特点，使用包层泵浦方式将泵浦光耦合到增益光纤中，允许泵浦光大功率注入的同时显著提升信号光的亮度和输出功率，可极大提高光纤耦合效率；3.本技术基于掺磷光纤的拉曼增益特性，利用其拉曼增益谱上频移较小的拉曼增益峰(频移<4THz)提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，量子亏损减小至常规的基于13.2THz拉曼峰的拉曼光纤激光器的1/3左右。附图说明图1为本技术实施例1的结构示意图。图2为本技术实施例2的结构示意图。图3是普通单模光纤的结构示意图。图4是本技术所提供的三包层掺磷拉曼光纤的结构示意图。图5是本技术实施例5的结构示意图。图6是本技术实施例6的结构示意图。1：泵浦源；2：第一光纤光栅；3：掺磷光纤；4：第二光纤光栅；5：端帽；6：波分复用器。具体实施方式为了使本技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1：参照图1，本实施例提供的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源1、第一光纤光栅2、掺磷光纤3、第二光纤光栅4和端帽5。所述泵浦源1的输出端与第一光纤光栅2的输入端相熔接；所述第一光纤光栅2的输出端与掺磷光纤3的一端相熔接；所述掺磷光纤3的另一端与第二光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，其特征在于：所述纤芯为掺杂五氧化二磷的纤芯，第一包层为掺杂二氧化锗的包层，第二包层为二氧化硅包层，第三包层为涂覆层，且折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。/n

【技术特征摘要】
1.一种三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，其特征在于：所述纤芯为掺杂五氧化二磷的纤芯，第一包层为掺杂二氧化锗的包层，第二包层为二氧化硅包层，第三包层为涂覆层，且折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。


2.根据权利要求1所述的三包层掺磷光纤，其特征在于：纤芯为同时还掺杂三氧化二镱的纤芯。


3.基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，其特征在于：该拉曼光纤激光器中的拉曼光纤为权利要求1至2中任一项所述的三包层掺磷光纤。


4.根据权利要求3所述的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、第一光纤光栅、掺磷光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。


5.根据权利要求4所述的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源其输出端以包层泵浦的方式将泵浦光耦合到三包层掺磷光纤的第一包层或第二包层中。


6.根据权利要求4所述的基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源为光纤激光器或半导体激光器；所述第一光纤光栅的反射率>95％，所述第二光纤光栅的反射率在4～50％之间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：许将明，马小雅，张扬，叶俊，李阳，黄良金，刘伟，姚天甫，杨欢，李灿，马鹏飞，张汉伟，肖虎，冷进勇，潘志勇，周朴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43