一种大芯径有源光纤及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种大芯径有源光纤及其应用。所述光纤其玻璃部分由内而外依次包括：芯层、非圆包层；所述芯层与非圆包层之间折射率差值≥0.001，形成光波导结构；所述芯层包括圆形掺稀土的中心芯区、以及与所述中心芯区同心设置的环形芯区；所述中心芯区与所述环形芯区的折射率相当；所述中心芯区含有稀土元素掺杂；所述环形区不掺稀土元素。本发明专利技术有源光纤的纤芯由圆形的掺稀土中心芯区和同心的非掺稀土的环形芯区组成，环形非掺稀土芯区不仅可以降低纤芯能量密度，有利于改善光纤非线性效应，适合应用于制作光纤激光器增益介质，所述光纤激光器的平均功率在100W以上。光纤激光器的平均功率在100W以上。光纤激光器的平均功率在100W以上。

【技术实现步骤摘要】
一种大芯径有源光纤及其应用


[0001]本专利技术属于光纤
，更具体地，涉及一种大芯径有源光纤及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，光纤激光器取得了快速发展，应用领域越来越广泛，对增益介质有源光纤的类型需求也越来越多。脉冲激光器功率越来越高，平均达到千瓦级别，峰值功率高达GW级别。
[0003]有源光纤是目前脉冲激光器广泛使用的增益介质，目前的有源光纤为了提高可靠性，采用小芯包比的稀土掺杂光纤。然而随着脉冲激光器的功率越来越高，芯层能量密度大幅提升，拉曼效应明显，激光器的热管理性能恶化。芯层非线性效应明显，影响激光器的性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种大芯径有源光纤及其应用，其目的在于通过增加非稀土掺杂的环形芯区来提升有源光纤的纤芯直径，增大纤芯横截面面积，从而降低能量密度，抑制拉曼效应，优化激光器性能，由此解决现有的有源光纤应用于高功率激光器时能量密度大、非线性效应明显的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种大芯径有源光纤，所述光纤其玻璃部分由内而外依次包括：芯层、非圆包层；
[0006]所述芯层与非圆包层之间折射率差值≥0.001，形成光波导结构；
[0007]所述芯层包括圆形掺稀土的中心芯区、以及
[0008]与所述中心芯区同心设置的环形芯区；
[0009]所述中心芯区与所述环形芯区的折射率相当；
[0010]所述中心芯区含有稀土元素掺杂；
[0011]所述环形区不掺稀土元素。
[0012]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述中心芯区与所述环形芯区的折射率差值的绝对值≤0.005。
[0013]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述芯层与非圆包层的横截面积之比处于[0.4,6]。
[0014]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述中心芯区的直径与所述环形芯区的直径之比处于(0,2/3]，优选处于[1/4,2/3]。
[0015]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述芯层直径在≥80微米，所述非圆包层直径在≥100微米。
[0016]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述包层吸收≤5dB/m。
[0017]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述中心芯区含有镱离子浓度范围≤0.1mol％。
[0018]优选地，所述大芯径有源光纤，其所述非圆包层的横截面为D型、梅花形、或正多边
形。
[0019]优选地，所述大芯径有源光纤，其中心芯区含有稀土元素、铝元素以及磷元素掺杂，环形芯区则含有Ge元素掺杂；非圆包层优选为纯石英包层。
[0020]按照本专利技术的另一个方面，提供了所述的大芯径有源光纤的应用，其特征在于，所述大芯径有源光纤应用于制作光纤激光器增益介质，所述光纤激光器的平均功率在100W以上。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0022]本专利技术有源光纤的纤芯由圆形的掺稀土中心芯区和同心的非掺稀土的环形芯区组成，环形非掺稀土芯区不仅可以降低纤芯能量密度，有利于改善光纤非线性效应，还可以降低制棒难度，适配现有的管内沉积法较高的稀土掺杂浓度。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例提供的大芯径有源光纤横截面结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例提供的大芯径有源光纤折射率剖面示意图。
[0025]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为中心芯区，2为环形芯区，3为非圆包层，4为低折射率涂层，5为高折射率涂层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]如无特殊说明，本专利技术所涉及折射率皆指绝对折射率，在633nm波长下测试所得，例如真空的折射率为1，纯石英的折射率为1.4574。
[0028]本专利技术提供的大芯径有源光纤，其玻璃部分由内而外依次包括：芯层、非圆包层；所述芯层与非圆包层之间折射率差值≥0.001，形成光波导结构，优选所述芯层与非圆包层之间折射率差值≤0.015，过大的折射率差值会导致光束质量下降；芯层折射率在1.4584至1.4724之间，非圆包层优选为纯石英层；所述芯层与非圆包层的横截面积之比处于[0.4,6]；玻璃部分外侧涂覆有低折射率涂层和高折射率涂层。所述低折射率涂层是由折射率比内包层小的聚合物材料构成，
[0029]所述芯层包括圆形掺稀土的中心芯区、以及与所述中心芯区同心设置的环形芯区；
[0030]所述中心芯区与所述环形芯区的折射率相当，所述中心芯区与所述环形芯区的折射率差值的绝对值≤0.005。所述中心芯区的直径与所述环形芯区的直径之比处于(0,2/3]，优选处于[1/4,2/3]；所述芯层直径在≥80微米，所述非圆包层直径在≥100微米，包层吸收≤5dB/m。非圆包层的横截面为D型、梅花形、或正多边形，典型如正八边形。非圆包层的直径，一般指其横截面内存在的最大圆形的直径，对于D型由前体圆形经弦切分形成，指前体圆的直径。
[0031]由于中心芯区与所述环形芯区的折射率相当，中心芯区与环形芯区不构成光波导结构，信号光的光能量分布在中心芯区和环形芯区。芯层和非圆包层之间形成一个大截面、大数值孔径的光波导，它可以允许大数值孔径、大截面和多模的高功率泵光耦合到光纤中。
[0032]所述中心芯区含有稀土元素掺杂，优选含有镱离子和/或铥离子掺杂，优选为镱离子掺杂，镱离子浓度≤0.1mol％；所述环形区不掺稀土元素。
[0033]普通的稀土掺杂芯层，受到工艺和成本的限制，芯径较小，一般在10
‑
50μm之间，而包芯比较大，一般在5
‑
20之间。这种结构的有源光纤，包层泵浦光被芯层吸收后，光能量被约束在稀土芯层中。由于稀土掺杂芯层的损耗相对较高，而能量大部分被约束在其中，因此芯层的发热明显，温升较大。
[0034]尤其是在高能激光应用中，典型如1000W以上光纤激光器的设计中，过高的芯层能量密度和温度，导致拉曼效应明显，芯层非线性效应明显，激光器的热管理性能恶化，影响激光器的性能，限制了设计制造能量更高的激光器。
[0035]而本专利技术环形芯区不掺杂稀土元素，非圆包层的泵浦光经过环形芯区，进入掺杂稀土元素的中心芯区，吸收后的光能量不仅分布在中心芯区，而是分布在中心芯区和环形芯区组成的芯层，整体能量密度下降，而环形芯区损耗较低，一方面降低发热量，另一方面由于环形芯区的热量缓冲，芯层温度相对降低，从而抑制拉曼效应，改善激光器性能。同时由于芯层整体能量密度降低，泄漏到包层的能量减小，延长了光纤的使用寿命。
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大芯径有源光纤，其特征在于，所述光纤其玻璃部分由内而外依次包括：芯层、非圆包层；所述芯层与非圆包层之间折射率差值≥0.001，形成光波导结构；所述芯层包括圆形掺稀土的中心芯区、以及与所述中心芯区同心设置的环形芯区；所述中心芯区与所述环形芯区的折射率相当；所述中心芯区含有稀土元素掺杂；所述环形区不掺稀土元素。2.如权利要求1所述的大芯径有源光纤，其特征在于，所述中心芯区与所述环形芯区的折射率差值的绝对值≤0.005。3.如权利要求1所述的大芯径有源光纤，其特征在于，所述芯层与非圆包层的横截面积之比处于[0.4,6]。4.如权利要求1所述的大芯径有源光纤，其特征在于，所述中心芯区的直径与所述环形芯区的直径之比处于(0,2/3]，优选处于[1/4,2/3]。5.如权利要求1所述的大芯径有源光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：石旭东，
申请(专利权)人：长飞光坊武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：