有源光学涡旋光纤制造技术

各种示例性实施例涉及有源光纤和使用有源光纤的设备。有源光纤可以包括由环形有源芯围绕的中心部分。光纤可以具有锥形纵向轮廓，使得光纤包括单模部分和多模部分。环形芯可以具备低双折射率，例如通过在光纤制造期间旋转(快速旋转)光纤预制件来获得。环形芯的折射率可以高于中心部分和围绕环形芯的(一个或多个)包层的折射率。有源光纤能够选择性地生成或放大具有轨道角动量(OAM)的光模场。此外，光纤具有大模场直径(MFD)并且对内部变热或环境影响不敏感。影响不敏感。影响不敏感。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有源光学涡旋光纤


[0001]各种示例性实施例总体上涉及有源光纤和使用有源光纤的设备的领域。特别地，一些示例性实施例涉及具有轨道角动量(OAM)的光信号的生成和放大。

技术介绍

[0002]光纤激光器和放大器技术可用于各种应用。一些应用可以运用光信号的轨道角动量(OAM)。可以通过各种方式生成具有OAM的光信号。然而，可实现的光功率和模场对比度可能不足以满足所有应用。

技术实现思路

[0003]提供该
技术实现思路
是为了以简化形式介绍对概念的选择，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0004]示例性实施例提供了适用于使用具有OAM的光信号的应用的有源光纤段。在从属权利要求、说明书和附图中提供了进一步的实现形式。
[0005]根据第一方面，一种有源光纤段可以包括：具有第一折射率n1的中心部分，其中中心部分的直径沿着有源光纤段的长度逐渐变化，从而形成锥形纵向轮廓；径向围绕所述中心部分的环形芯，环形芯掺杂有至少一种稀土元素并且具有第二折射率n2，其中n2>n1以及其中环形芯的双折射率小于10
‑5；径向围绕所述环形芯并且具有第三折射率n3的第一包层，其中n3<n2；以及径向围绕第一包层并且具有第四折射率n4的第二包层，其中n4<n3，其中有源光纤段的第一部分被配置为支持光信号的单模操作以及有源光纤段的第二部分被配置为支持光信号的多模操作。
[0006]许多所附的特征将更容易理解，因为通过参考结合附图考虑的以下详细描述它们变得更好地理解。
附图说明
[0007]被包括以提供对示例性实施例的进一步理解并且构成本说明书的一部分的附图说明示例性实施例并且结合描述帮助理解示例性实施例。在附图中：
[0008]图1示出了根据示例性实施例的双包层有源锥形涡旋光纤段的示例。
[0009]图2示出了根据示例性实施例的双包层有源锥形涡旋光纤的第一包层的截断的示例。
[0010]图3示出了根据示例性实施例的在双包层有源锥形涡旋光纤段中传播的光信号的场分布的示例。
[0011]图4示出了根据示例性实施例的包括双包层有源涡旋光纤的主振荡器功率放大器(MOPA)的示例。
[0012]图5示出了根据示例性实施例的包括双包层有源涡旋光纤的激光器的示例。
[0013]图6示出了根据示例性实施例的包括双包层有源涡旋光纤的主振荡器功率放大器(MOPA)的另一个示例。
[0014]图7示出了根据示例性实施例的包括双包层有源涡旋光纤的激光器的另一个示例。
[0015]在附图中，相同的附图标记用于指定相同的部件。
具体实施方式
[0016]现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。下面结合附图提供的详细描述旨在作为本专利技术示例的描述，而不旨在表示本专利技术示例可以被构造或使用的唯一形式。描述阐述了示例的功能以及用于构造和操作示例的步骤顺序。然而，相同或等效的功能和顺序可以通过不同的示例来实现。
[0017]通常，光纤可以包括由至少一个包层围绕的芯，该包层具有的折射率低于芯的折射率。芯和包层材料的折射率影响光在芯中传播的全内反射的临界角。该角还定义了入射角的范围，该入射角使得在光纤的末端处发射的光能够在芯内传播。芯可以包括透明材料，诸如例如二氧化硅。
[0018]在有源光纤中，芯可以掺杂有至少一种稀土元素。稀土元素包括一组材料，该组材料包括铈(Ce)、镝(Dy)、铒(Er)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镧(La)、镥(Lu)、钕(Nd)、镨(Pr)、钷钚(Pm)、钐(Sm)、钪(Sc)、铽(Tb)、铥(Tm)、镱(Yb)和钇(Y)。有源光纤的芯可以掺杂这些元素中的一种或多种元素，例如掺杂Er或Yb，或Er和Yb的组合。在有源光纤的操作期间，除了光信号之外，稀土离子吸收在有源光纤中发射的泵浦辐射。这使得光信号能够通过受激发射的方式被放大。不同的稀土元素可以用于不同的波长。例如，Yb可用于980
‑
1100nm波长范围，以及Er可用于1535
‑
1600nm波长范围。
[0019]光纤可以被配置为支持单模或多模操作。单模光纤可以被配置为传输单模光，单模光可以被理解为通过光纤的芯传播的单光线。然而，单模光纤可以包括一个或多个单模段和多模段。例如，单模光纤可以包括锥形部分，使得有源芯的至少一个较薄部分可以被配置为支持单模操作，仅通过基本模场，而有源芯的(一个或多个)较厚部分可以被配置为支持多模操作。然而，锥形芯的单模部分还可能造成(一个或多个)较厚部分传输单模光信号。
[0020]双折射率(B)是材料(例如光纤的有源芯)的光学性质。如果一种材料在不同方向上具有不同的折射率，那么它就是双折射的。此外，例如弯曲光纤可能造成X方向和Y方向上的折射率变得略有不同。双折射材料具有的折射率对于光信号的不同偏振是不同的。可以基于不同偏振的折射率之间的最大差异来定义双折射率：B＝2πΔn，其中是Δn不同偏振(例如“快”和“慢”模场)的折射率之间的最大差异。
[0021]具有轨道角动量(OAM)的光束可应用于各种应用，诸如例如光通信、光镊、原子操纵以及材料处理。具有OAM的光束可以例如由体积光学设备产生，诸如柱面透镜模场转换器、空间光调制器或集成硅设备。此外，可直接在单模光纤中生成OAM光束，例如基于长周期光纤光栅，以及通过受控模场耦合在低模光纤(2
‑
4模场)中生成OAM光束。然而，通过这些方法获得的光束的光功率可能相当小，例如在几mW的量级。
[0022]为了获得更强大的具有OAM的光束，可以使用具有足够大模场光斑尺寸(例如25μm)的大模场面积(LMA)有源光纤的主振荡器功率放大器(MOPA)系统。这种系统可以对所需
的OAM模场施加选择性激励，同时适当弯曲有源光纤。另一种方法可以包括使用MOPA系统，MOPA系统包含与光纤放大级相结合的主体OAM转换器，例如S板或Q板。然而，这些方法可能导致在有源光纤处的模场直径的有限大小，这还可能限制可实现的光功率。此外，可能需要使用在最后增益级联中不保持偏振的低模光纤。这种光纤中的固有残余随机双折射率的存在可能导致模场对比度的恶化、输出光束的部分去偏振，以及最终OAM光束质量的恶化。模场对比度可以指不同模场之间的功率分布，例如具有OAM的模场和不具有OAM模场。
[0023]此外，使用低孔径有源少模LMA光纤可以为所有支持的光纤模场(例如，环形模场(由于OAM)以及其他模场)带来类似的增益。因此，这种系统可能不能提供对模场放大的选择性。这不仅可能导致产生所需的具有OAM的光束，而且还可能导致将泵浦辐射功率传输到其他(不期望的)模场。这最终可能导致模场内容的对比度的恶化。
[0024]因此，本公开的示例性实施例可用于增加具有OAM的光模场的可实现的平均功率和峰值功率，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种有源光纤段，所述有源光纤段包括：中心部分，具有第一折射率n1，其中所述中心部分的直径沿着有源光纤段的长度逐渐变化，从而形成锥形纵向轮廓；环形芯，径向围绕所述中心部分，所述环形芯掺杂有至少一种稀土元素并且具有第二折射率n2，其中n2>n1以及其中环形芯的双折射率小于10
‑5.第一包层，径向围绕所述环形芯并且具有第三折射率n3，其中n3<n2；以及第二包层，径向围绕第一包层并且具有第四折射率n4，其中n4<n3，其中有源光纤段的第一部分被配置为支持光信号的单模操作，以及有源光纤段的第二部分被配置为支持光信号的多模操作。2.根据权利要求2所述的有源光纤段，其中有源光纤段的第一部分被配置为满足以下条件：2a<λ
s
，以及2πbNA/λ
s
<2.405，其中a是环形芯的内半径，b是环形芯的外半径，λ
s
是光信号的波长，以及NA是环形芯的数值孔径，其中3.根据权利要求1或权利要求2所述的有源光纤段，其中环形芯、第一包层，或第二包层中的至少一个的厚度沿着锥形纵向轮廓逐渐变化。4.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，其中锥形纵向轮廓包括抛物线凸轮廓。5.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，其中所述中心部分基本上径向对称。6.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，所述有源光纤段是能通过在拉伸有源光纤段期间旋转光纤预制件来获得的。7.根据权利要求6所述的有源光纤段，其中在有源光纤段的第二部分处，有源光纤段的节距在2
‑
15mm的范围内。8.根据权利要求6或权利要求7所述的有源光纤段，其中在拉伸有源光纤段期间的旋转角速度在300
‑
1000rpm的范围内。9.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，其中环形芯被配置为在有源光纤段的第一部分处接收光信号。10.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，其中第一包层被配置为在有源光纤段的第一部分处和/或在有源光纤段的第二部分处接收泵浦辐射。11.根据任何前述权利要求所述的有源光纤段，其中泵浦辐射的波长λ
p
短于光信号的波长λ
s
。12.一种包括根据权利要求10或权利要求11所述的有源光纤段的装置，所述装置还包括：光源，被配置为生成光...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：阿姆普利康伊克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：