公开了传播高阶模（ＨＯＭ）信号的多级光学放大器。其中一个实施例包括第一ＨＯＭ信号在其中传播的第一段光纤、第二ＨＯＭ信号在其中传播的第二段光纤、和将第一ＨＯＭ信号变换为第二ＨＯＭ信号的模变换器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光纤，并且更具体地涉及光纤中的高阶模 ("HOM")信号传输。
技术介绍
自从硅基光纤被用于高功率激光器和放大器，一直在努力增加通 过光纤传输的信号的功率。当通过光纤传输信号时，大模面积中的低 信号功率导致了低能量提取。相反，在功率极端高时出现有害效应。 由于这些和其它问题，工业上需要一种不同的在光纤中放大信号的方 法。附图说明参考下述附图，可更好地理解本专利技术的许多方面。附图中的元件 不一定按规定比例，而是在清楚地示例本专利技术的原理的同时有重点地 示出。此外，在附图中，相同的附图标记指示遍及几幅图中的相应的 部件。图l示出了多级结构的例子，其中通过已被接合在一起的不同类 型的光纤来传播基模信号；图2A至2C是示出了多级结构的示意图，其中传播的信号从一个高阶模(HOM)变换为另一个HOM;图3是示出了示例分布图的图，其中示例分布图示出了两个不同模之间的有效面积的差别；图4是示出了模稳定性和模阶数选择之间的相关性的图5 (a)是示出了具有86微米的内包层的示例性光纤的横截面的图5(b)是示出了图5(a)的光纤的折射率分布图的图； 图5(c)是示出了在图5(a)的光纤中传播的HOM信号的近 场图像的图5 (d)是将图5 (c)的实际信号分布图与理论信号分布图相 比较的图。具体实施例方式现在详细参照对如图所示的实施例的描述。尽管关于这些图描述 了几个实施例，但其目的不是将本专利技术限制为此处公开的一个或多个 实施例。相反，目的是覆盖所有的变形、修改和等同物。传统地，高功率放大器是使用多级结构构成的，与图l所示的相 似。信号115传播通过多个级，同时从相对低功率的信号(例如，毫 微瓦、微瓦或毫瓦)被放大为非常高的功率的信号(例如，千瓦)。 顺序的级中的每一个都由不同的光纤构成，并且每一个光纤都被配置 为与特定功率级的传播信号相适应，以便减小不需要的非线性效应。因此，在操作中，基模(LP01)进入信号115被注入第一增益掺 杂光纤段130，所述光纤段130与输入光纤相接合125a。因为第一增 益掺杂光纤段130由于泵浦120a而处于激活状态，所以其放大传播 的LPm信号。因为段130被具体地配置用于一个功率级，所以不同的 增益掺杂光纤段140被接合125b至第一段130以与LP(n信号在传播 时的增加的功率级相适应。对于一些实施例，第二段也被泵浦120b。 如可看到的，不同的段130、 140、 150和160中的每一个都^C配置为与不同功率级的传播的LP(h信号相匹配。仅传播LPm基模信号的一个缺点是在如何适应增加的信号方面 存在有限的灵活性。如下所示，使用高阶模(HOM)信号允许更强 的设计灵活性和其它优点。在此处公开的本专利技术的各个实施例中，高阶模(HOM)信号被 用于适应增加的功率级。换句话说，代替通过所有多个级来传播基模 的信号，此处的各个实施例教导顺序地传播不同的HOM信号，由此 使模面积与信号功率相匹配，从而增加能量提取的效率。图2A至图2C是示出了多级结构的示意图，其中传播的信号从 一个高阶模(HOM);故变换为另一个HOM。图2A示出了这样的实施例，其中进入信号115被注入第一增益 掺杂光纤段230，所述光纤段230与输入光纤相接合125a。使用长周 期光栅(LPG) 225，输入的基模信号(LPm)被变换为HOM信号 LP,(其中m>l)，并沿增益掺杂光纤段230传播。LP。d言号到HOM 信号的变换导致了增益光纤段230的有效模面积的增加，由此减小了 不需要的非线性效应。在图2A的具体实施例中，沿不同的增益掺杂 光纤段240、 250和260传播相同的LPnm信号。在图2B所示的另一个实施例中，输入光纤段被接合125至增益 掺杂光纤230a。代替与不同的光纤段接合，如图2A的实施例中的一 样，信号沿相同光纤230传播，而光纤的有效模面积被顺序地改变为 与增加的功率级相适应。因此，在操作中，具有相对低的有效面积(例 如，55平方微米)的LP^信号沿第一段230a传播。当信号功率已增 加至某一点时，LPG 245将基模信号(LP。J变换为HOM ( LP010) 信号，该信号具有较大的有效模面积(例如，1677平方微米)。增加 的横截面面积增加了饱和能量，并相应地增加了能量提取的效率。简 而言之，第二段230b的模面积与第二段230b的信号功率相匹配。随着信号的功率级随信号的传播而增加，LP譜信号被另一个 LPG255变换为一个不同的HOM信号(LP。9)，该信号具有更大的 有效模面积(例如，1915平方微米)。同样，该光纤段230c中的增 加的有效面积与在该光纤段230c内的信号功率相匹配。如图2B所示，光纤在信号发射端110处的模面积可以相对小(例如，55平方微米)， 并沿使用级联模的光纤增加。因此，被发射进入光纤的IJV信号被变 换为HOM信号，其中在某一点处具有中间有效模面积。级联继续增 加有效模面积，由此减轻了通常与高强度或高功率相关联的有害效 应。图3示出了尽管LP"(基模)信号320的有效面积基本上对 应于光纤的纤芯(如分布图310所示)，但高阶模LP的信号330驻留 在纤芯和周围的包层中。可见，LP。9HOM表现出了比LPw基模更大 的有效才莫面积。如图2C所示，可组合图2A和图2B的实施例。换句话说，代替 通过不同光纤段传播一个HOM信号(如图2A)或通过相同的光纤 传播不同的HOM信号(如图2B)，可将多个光纤段232、 242、 252、 262接合在一起，并在信号通过其对应的光纤段传播时将信号变换为 不同的模(例如，LPfllfl、 LPG9、 LP。8等)。通过示例，如下面的表格 l所示，可顺序地将信号变换为越来越大的有效模面积。表格l模有效面积(平方微米)模阶数55LP011677.79LPoio1915.272117.262994.1LPo33451.72LP02如可想象的，对于级联HOM信号通过多个光纤级，存在许多排列。可平衡每一段的光纤的长度和接下来的级中的有效面积的增加。 例如，如果增益部分在下一段之前提供3dB的增益，则面积可在该下一段相应地增加3dB。在一些情况下，非线性损害不与不同的有效面 积直接成比例，所以可选择其它面积增量。通过示例，激发的布里渊 散射基于光纤的声学特性。在一些情况下，非线性阈值与有效面积次 线性地成比例。在阈值取决于模之间的交叉耦合的其它情况下，阈值 超线性地缩放。对于这些类型的情况，简单的线性缩放将是次最佳的。A-B模变换器的级联可具有低通过量损失(throughput loss) 和高消光性，如果A和B模的空间重叠足够高，并且共振耦合足够强。 因为有效的LPcn至LP。9模耦合被预期用于在光纤中紫外(UV)写入 光栅，其折射率分布图在图3中被示出，这表现了总体来讲，空间 重叠不需要很大。并且，在此处示出的一些例子中，即使仅中央纤芯可以是感光的， 也存在足够的系数(折射率)调制来提供共振耦合。在一些情况下， 可在纤芯和/或包层内控制感光性的空间范围(extent)以控制模耦合。 不同的感光材料可用于进一步增加模耦合器灵活性。例如，光纤的一 个区域可掺杂锗(Ge)而光纤的另一个区域掺杂磷(P)。可使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备，包括： 第一段光纤，用于传播第一高阶模（ＨＯＭ）信号； 模变换器，光学地耦合至所述第一段光纤，所述模变换器用于将所述第一ＨＯＭ信号变换为第二ＨＯＭ信号；以及 第二段光纤，光学地耦合至所述模变换器，所述第二段光纤用于传播所述第 二ＨＯＭ信号。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：西达尔斯拉马钱德兰，戴维J迪乔瓦尼，
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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