本发明专利技术提供一种展宽器光纤和模块。该展宽器光纤包括芯区域、内沟槽区域、环形区域、外沟槽区域和外包层区域。芯区域具有半径ｒ↓［１］、折射率ｎ↓［１］和相对于外包层区域的正有效折射率Δｎ↓［１］，所述外包层区域具有外半径ｒ↓［０］和折射率ｎ↓［０］，其中Δｎ↓［１］等于ｎ↓［１］－ｎ↓［０］。内沟槽区域围绕芯区域并且具有外半径ｒ↓［２］、小于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［２］和等于ｎ↓［２］－ｎ↓［０］的负有效折射率Δｎ↓［２］。环形区域围绕该沟槽区域并且具有外半径ｒ↓［３］、大于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［３］和等于ｎ↓［３］－ｎ↓［０］的正有效折射率Δｎ↓［３］。外沟槽区域围绕环形区域并具有外半径ｒ↓［４］、小于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［４］、和等于ｎ↓［４］－ｎ↓［０］的负有效折射率Δｎ↓［４］。外包层区域围绕外沟槽区域。ｒ↓［０］、ｒ↓［１］、ｒ↓［２］、ｒ↓［３］、ｒ↓［４］、Δｎ↓［１］、Δｎ↓［２］、Δｎ↓［３］和Δｎ↓［４］的值使得光纤具有负色散，并在所选择的工作波带内的具体波长处具有大于０．００５ｎｍ↑［－１］的相对色散斜率。此外，展宽器可以与第二光纤组合使用，以与所选择的光栅压缩器的色散和ＲＤＳ相匹配。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体地涉及光纤装置和方法，具体地涉及用于在啁啾脉沖 放大系统中的改进的展宽器光纤和模块。
技术介绍
啁啾脉冲放大(CPA)是一种用于将超短激光脉冲放大至拍瓦 (petawatt) ( 101S瓦)级的技术。激光器产生包括一系列相对较低 功率的超短脉冲的输出。然后，这些脉冲被馈送入具有使脉沖展宽的 色散的展宽器模块。然后，被展宽的脉冲输出被馈送入高功率放大 器。然后，被展宽的、放大的脉沖被馈送入具有与展宽器模块的色散 相反的色散的压缩器模块，以产生被再压缩的放大的脉冲输出。通过 在放大之前展宽脉沖，可以减小脉冲的峰值功率，并避免不需要的非 线性。当前，使用自由空间衍射光栅制造展宽器模块。然而，由于诸多 原因，可能期望使用基于全光纤的方案。尽管人们已努力生产基于光 纤的展宽器，但是这些尝试都达不到目标。在一种情况下，使用400 米的标准低截止单模光纤作为展宽器。然而，因为压缩器通常具有正 的RDS,而标准低截止单^t光纤通常具有负的RDS,所以不可容易 地获得色散斜率匹配。为了克服该问题，要求放大器光纤中的斜率不 匹配和非线性的复杂平衡。在另一种情况下，描述了在1050 nm处具有0.0053nm"的RDS的光纤。该光纤与在1050 nm处具有|52 =画 1.6ps2(D=2.7ps/nm)的色散的光栅压缩器相匹配，并且具有有限的实 用性。
技术实现思路
本专利技术解决本领域的这些和其它问题，本专利技术的一个方面提供了 一种新型展宽器光纤。该光纤包括芯区域、内沟槽区域(inner trench region)、环形区域、外沟槽区域和外包层区域。芯区域具有 半径n、折射率w和相对于外包层区域的正有效折射率Aiu，所述外 包层区域具有外半径r。和折射率n。。芯区域有效折射率Am等于ih-ii^ 内沟槽区域围绕芯区域，并具有外半径r2、小于n。的折射率n2 和等于nrn。的负有效折射率An2。环形区域围绕该沟槽区域，并且 具有外半径r3、大于ii。的折射率n3和等于n3-n。的正有效折射率 An3。外沟槽区域围绕环形区域，并具有外半径r4、小于n。的折射率 n4、和等于n4-n0的负有效折射率An4。外包层区域围绕外沟槽区 域。r0、 iv r2、 r3、 r4、 Aiu、 An2、 An3和An4的值使得光纤具有负 色散，并在所选择的工作波带内的具体波长处具有大于0.005nm"的 相对色散斜率。根据本专利技术的其它方面，与第二光纤或光纤装置相结合地使用该 新型展宽器光纤，以与所选择的光栅压缩器的色散和RDS相匹配。附图说明图l是啁嗽脉沖放大系统的图2是1200条线/mm的光栅压缩器的色散与波长之间的关系的 曲线图，其中光栅压缩器的光栅间隔为0.1米，入射角为18。；图3和图4是示出1200条线/mm的光栅在1030nm处计算的色 散和RDS作为入射角的函数的曲线图，其中光栅间隔为0.1米；图5示出根据本专利技术的一个方面的展宽器光纤的横截面；图6示出图5所示的光纤的设计的折射率分布；图7示出根据图6所示的折射率分布图制造的光纤的测量的折射率分布；图8和9示出列出图5-7所示的光纤的具体设计和性能详情的表格；图10和11示出显示图5-7所示的光纤的色散、RDS和衰减的曲线图12-14是使用图5-7所示的展宽器光纤的展宽器单元的可供替 换的配置的图15-18是显示与第二光纤相组合地使用图5-7所示的展宽器光 纤，以匹配光栅压缩器单元的色散和RDS的曲线图19是用于构建根据本专利技术的另一方面的展宽器模块的方法的 流程图。具体实施例方式本专利技术的各方面涉及为展宽器模块提供基于全光纤的方案的系统 和技术，该展宽器模块用于在例如1000-1100nm的具体波带内工作 的短脉沖光纤激光器中进行啁湫放大。本专利技术的第一方面涉及一种新 型展宽器光纤，该展宽器光纤可以直接在展宽器模块中单独使用。根 据本专利技术的另一方面，、通过将该新型展宽器光纤和所选择的至少一个 其它光纤的组合拼接在一起来构建展宽器模块，使得展宽器模块具有 期望的总色散和总RDS。在讨论在设计展宽器模块时出现的问题之后，提供了对新型展宽 器光纤、以及用于构建展宽器模块的该光纤与其它光纤的示例性组合 的详细描述。请注意，所描述的系统和技术可用于构建全光纤展宽器 模块，该全光纤展宽器模块的RDS足够高以与当前使用的光栅压缩 器一起使用。期望具有高脉冲能量的短脉冲光纤激光器用于许多应用，诸如微 加工等。啁湫脉沖放大已被示出为用于产生少豆脉冲的持久方案，即， 该短脉沖的持续时间小于l皮秒，并且脉冲能量在微焦耳级别上或甚至在毫焦耳级别上。图1示出了典型的啁啾脉冲放大系统20的图。低功率毫微微秒 (飞秒)振荡器21提供被馈送至展宽器模块23的脉冲输出22，所 述展宽器模块通常以大于103的因子展宽脉冲输出。展宽器模块23 是高度色散的，以便减小脉冲的峰值功率。然后，被展宽的脉冲输出 24可以在高功率放大器25中被线性放大。然后，被放大的、展宽的 脉沖输出26被压缩器单元27再压缩，从而得到放大的、再压缩的脉 冲输出28，所迷压缩器单元27是具有与展宽器单元的色散相反的色 散的色散元件。为了表征群速度色散，使用不同的参数及其导数。在光纤的领域 内，通常使用D-参数。D-参数被定义为其中，Tg是群延迟，X是波长。在激光的领域内，更通常使用p2， 即，传播常数(p)的二阶导数其中，co是角频率。这两个参数如下唯一地相关其中，c是光在真空中的速度。在本说明书的剩余部分中将使用D-参 数。在当前的啁啾脉沖放大系统中，使用自由空间衍射光栅对来制造 展宽器单元和压缩器单元。然而， 一般地说，由于诸多原因，基于光 纤的方法优选于使用自由空间光学的方法。与对应的自由空间部件相 比，基于光纤的部件通常具有更小的尺寸、更好的稳定性、更长的寿 命和更低的成本。使用全光纤方法制造压缩器单元在目前是不可行的。对于高于几 毫微焦耳的脉沖能量，由于压缩器光纤中的非线性，压缩之后的高峰 值强度将引起显著的脉冲变形。然而，由于在^t大和压缩之前的相对 较低功率的激光器输出，这些高峰值强度相对于展宽器单元不是一个问题。因此，如果可使用全光纤方案构建展宽器单元，则可由光纤制 造整个激光放大系统，直到压缩器单元，而无需任何自由空间光学。然而，在设计用作展宽器的光纤中存在许多问题。 一个问题是展 宽器应完美地与压缩器光栅的色散相匹配，不仅在单个波长处，而且 在脉冲的整个光镨范围中，根据脉冲持续时间，该光镨范围通常为5-20nm。图2示出了曲线图40，其中，在入射角为18。并且光栅距 离为0.1米的情况下，1200条线/mm的光栅压缩器的色散(D-参 数)42已被绘制为波长的函数。如图2所示，光栅压缩器通常具有 相对较大的色散斜率。当为色散和色散斜率补偿两者设计光纤时， 一个有用的数值是相 对色散斜率(RDS)，其被定义为当光纤应补偿色散元件的色散和色散斜率两者时，光纤应具有与 色散元件相同的RDS。 RDS通过下式与传播常数的三阶和二阶导数 的比率相关设计展宽器光纤的普遍问题是要获得足够高的RDS。这是由于 压缩器光栅的普遍特性的缘故。^了获得足够的展宽率，通常需要从 5 ps/nm到几百ps/nm的色散D。《为了获得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种展宽器光纤，其特征在于： 芯区域，具有半径ｒ↓［１］、折射率ｎ↓［１］和相对于外包层区域的正有效折射率Δｎ↓［１］，所述外包层区域具有外半径ｒ↓［０］和折射率ｎ↓［０］，其中Δｎ↓［１］等于ｎ↓［１］－ｎ↓［０］； 围绕芯区 域的内沟槽区域，所述沟槽区域具有外半径ｒ↓［２］、小于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［２］和等于ｎ↓［２］－ｎ↓［０］的负有效折射率Δｎ↓［２］； 围绕所述沟槽区域的环形区域，所述环形区域具有外半径ｒ↓［３］、大于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［３］ 和等于ｎ↓［３］－ｎ↓［０］的正有效折射率Δｎ↓［３］； 围绕环形区域的外沟槽区域，所述外沟槽区域具有外半径ｒ↓［４］、小于ｎ↓［０］的折射率ｎ↓［４］、和等于ｎ↓［４］－ｎ↓［０］的负有效折射率Δｎ↓［４］； 围绕所述外沟槽区 域的外包层区域； ｒ↓［０］、ｒ↓［１］、ｒ↓［２］、ｒ↓［３］、ｒ↓［４］、Δｎ↓［１］、Δｎ↓［２］、Δｎ↓［３］和Δｎ↓［４］的值使得光纤具有负色散，并在所选择的工作波带内的具体波长处的相对色散斜率大于０．００５ｎｍ↑［－１］。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯格兰纳尼尔森，
申请(专利权)人：OFS菲特尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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