一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，该光纤由中心包层、含镱离子的环芯层和包层组成。该光纤的环芯层由连接的内测低浓度镱掺杂层和外侧高浓度镱掺杂层组成。通过环芯层的结构以及两层镱离子浓度分布的调整，使得该光纤在1064nm波段实现多阶轨道角动量模式的放大，并且改善了高阶轨道角动量模式的增益性能，达到各阶模式具有相似增益的效果。本发明专利技术解决了在掺镱光纤中高阶轨道角动量放大的问题，在轨道角动量光纤放大器，激光器，生物成像等领域具有应用前景。生物成像等领域具有应用前景。生物成像等领域具有应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤


[0001]本专利技术属于光纤技术，光纤放大领域，具体涉及放大多阶轨道角动量模式的环芯掺镱光纤。

技术介绍

[0002]与高斯光束不同，角向高阶模式，由于独特的偏振、相位和强度分布，受到了广泛关注。其中轨道角动量(OAM)模式是角向高阶模式中的一种，携带着相位因子l称为拓扑荷数，称为空间方位角坐标，具有环形的强度分布，并且在光束中心处具有相位奇点且强度为零。由于其独特的物理特性，OAM模式在数据存储，光通信，粒子捕获和操纵，非线性光学，原子光学，高分辨成像以及量子光学等领域均具有广泛的应用。为了满足这些应用的需求，需要获得合适的OAM模式。
[0003]目前获得OAM的方法一般分为两大类：自由空间法和光纤法。其中自由空间法包括空间光调制器、螺旋相位片等。但这种方法由于受到器件性能的制约，往往导致较低的转换效率，为了得到合适功率的OAM模式，一种放大方法是必要的，基于光纤放大的办法具有结构灵活，损耗小，效率高，散热性好等优点。光纤法，例如可以直接从激光器中实现OAM模式的产生。而在光纤激光器能使高阶模式直接振荡，则会改善激光器的性能。因此在有源光纤中实现高阶OAM模式的放大对于光纤激光器效率的性能有着很重要的意义。
[0004]掺镱光纤在1.0μm波段有着宽的增益带宽和高的效率，很适合用来放大1.0μm波段的OAM模式，满足在该波段的应用。然而目前在掺镱光纤放大的OAM模式主要集中在三阶以下，并不能满足许多应用的需求，如何在掺镱光纤中实现所期望的OAM模式的放大是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服目前技术在掺镱光纤中放大高阶OAM模式的技术缺陷，提供一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，能够使得各阶OAM具有相似的增益。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]2、一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，包括中心包层、环芯层和包层，所述的环芯层具有两层不同的镱离子掺杂分布。
[0008]在上述的方案中，环芯层可以使得各OAM模场的分布集中在环芯层中，将镱离子掺杂层位于环芯中，并且呈现出内低外高的两层结构，通过调整不同层的镱离子浓度分布来实现OAM模式相似的增益。
[0009]优选的，所述环芯掺镱光纤支持模组角向阶数从1到n,n不小于2，并且通过调整折射率分布达到至少5。
[0010]优选的，所述中心包层的折射率低于环芯层的折射率。
[0011]优选的，所述包层的折射率低于环芯层的折射率。
[0012]优选的，所述中心包层的折射率与包层的折射率相同，所述环芯层和包层在
1064nm处的折射率之差为0.018％到3.5％，所述中心包层的半径为r1＝2μm
‑
17μm,所述中心包层半径r1和环芯层的外径r2的比值为1:(1.75
±
0.02)。
[0013]优选的，所述包层为高纯度的石英玻璃材质,其外半径r3＝40
‑
62.5μm。
[0014]优选的，所述的环芯层分为两层，由内到外分别为低掺杂层和高掺杂层，所述低掺杂层与高掺杂层的镱离子掺杂浓度比为(0.75
±
0.05):1,高掺杂层的外半径为环芯层的外径r2。通过调整环芯层中的两层掺杂离子的边界和浓度分布来调整镱离子和各个模式模场分布的交叠积分，来控制各阶模式的增益。
[0015]与现有的方法相比，本专利技术的效果是，将镱离子设计在环芯层中，同时在光纤中实现了环形的本征模和环形的镱离子掺杂层，实现了掺杂离子和各阶OAM模式的高度重叠，并且环芯层拥有2层不同浓度的镱离子掺杂层，通过调整环芯层的结构以及镱离子的掺杂分布，可以细微调整不同模式的增益，以实现对多阶OAM模式的放大，同时使它们具有相似的增益。
附图说明
[0016]图1是一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤的实施例的示意图；
[0017]图2是本专利技术的实施例的环芯层的结构示意图；
[0018]图3是本专利技术的实施例在1064nm波段下1
‑
5阶OAM模组之间的有效折射率差；
[0019]图4是本专利技术实施例的各阶OAM模式的增益情况。
具体实施方式
[0020]附图仅用于示例说明，不能当成本专利的限制，附图某些部分会有适当的放缩，并不代表实际产品的尺寸。附图中描述位置关系只是用于示例说明，不能当成本专利的限制。
[0021]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，应当理解，本专利技术不局限于此处描述的具体实施例子：
[0022]实施例
[0023]如图1所示，一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤的实施例，包括中心包层1、环芯层2，和包层3；环芯层2中掺杂镱离子，分为2层且具有不同的掺杂浓度。
[0024]在本实施例中，环芯层2由两层组成，由内到外依次为低掺杂层201和高掺杂层202。环芯层2和包层3在1064nm处的折射率之差为0.018％到3.5％，中心包层的半径为r1＝2μm
‑
17μm,所述中心包层半径和环芯层的外径r2的比值为1:(1.75
±
0.02)。低掺杂层201与高掺杂层202的镱离子掺杂浓度比为(0.75
±
0.05):1，高掺杂层的外半径r6为环芯层2的外半径r2。
[0025]具体地，本实施例中的r1＝r4＝7.5μm，r5＝9.5μm，r2＝r6＝13μm，r3＝62.5μm，中心包层1和包层3的折射率相同，环芯层2和包层3在1064nm处的折射率之差为0.305％，同时两层镱离子掺杂浓度对0.75：1。
[0026]本实施例的工作原理：环芯层2可以实现各阶OAM模式的模场集中在纤芯中，镱离子掺杂在环芯层2中，并且有着两层不同的掺杂浓度分布，通过调整两层掺杂的情况可以调整各阶OAM模式的增益。
[0027]本实施例的有益效果：如图3所示，2层掺杂环芯掺镱光纤OAM模组间最小的有效折
射率差Δn
eff
>10
‑4，这满足弱耦合条件，说明OAM模式能稳定放大。在采用波长976nm前向纤芯泵浦方式可以对OAM模式，其中(l＝1,2,3,4,5)实现相似增益的放大，如图4所示。
[0028]上述的实施例仅仅是为了阐述本专利技术的举例，并不限定本专利技术的实际方式，对于所属的普通
人员来说，可以采用多种具体实施方式来实施本专利技术，因此，在上述专利技术的设计结构和基础进行简单的修改和更替，均应纳入本专利技术权利要求的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，其特征在于，光纤包括中心包层(1)、环芯层(2)和包层(3)，所述的环芯层(2)具有两层不同的镱离子掺杂分布。2.根据权利要求1所述的支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，其特征在于，所述环芯掺镱光纤支持模组角向阶数从1到n，n不小于2，并且通过调整折射率分布达到至少5。3.根据权利要求1所述的支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，其特征在于，所述中心包层(1)的折射率低于环芯层(2)的折射率。4.根据权利要求1所述的支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，其特征在于，所述包层(3)的折射率低于环芯层(2)的折射率。5.根据权利要求2所述的支持多阶轨道角动量模式放大的环芯掺镱光纤，其特征在于，所述中心包层(1)的折射率与包层(3)的折射率相同，所述环芯层(2)和包层(3)在1064nm处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高社成，欧南纤，涂佳静，邱润洲，刘伟平，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：