帶有聚光層結構的光纖放大器的製作方法

2023-08-07 06:19:11

專利名稱：帶有聚光層結構的光纖放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖放大器。特別應用於光通信領域和大功率雷射放大領域。
背景技術：
光纖放大器問世以來，以其優異的信號放大以及光路的透明性得到了廣泛的認同，隨著技術的發展，光纖放大器的放大倍數越來越大，高倍率光纖放大器在光纖通信、國防和傳感等領域的應用日益引起人們的重視，其廣泛的應用領域使得人們對光纖放大器的投入越來越大。目前光纖放大器多數採用端面泵浦的方式，這主要取決於光纖的結構因素。 首先，光纖的光信號束縛能力很強，側面泵浦的耦合效率難以有效提高；其次，由於光纖熔接技術的成熟應用，使得端面泵浦可以大大提升雷射的耦合效率。但端面泵浦方式的應用在某些領域也受到限制，例如，大功率的泵浦光從端面輸入時，由於過高的光能量密度極有可能對端面造成不可逆轉的損傷。目前採用的光纖放大器側面泵浦技術如下多模光纖熔錐側面泵浦耦合方式。多模光纖熔融拉錐定向耦合是將多根裸光纖和去掉外包層的雙包層光纖纏繞在一起，在高溫火焰中加熱使之熔化，同時在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區成為錐形過渡段，能夠將泵浦光由多模光纖通過雙包層光纖側面導入內包層，從而實現定向側面耦合泵浦。這種方法實現的放大器，由於熔融拉錐的製作過程使得在泵浦光纖與多模有源光纖的耦合處光纖結構發生了變化，這對於雷射功率及質量的提高不利。V槽側面泵浦耦合。該技術先將雙包層光纖外包層去除一小段，然後在裸露的內包層刻蝕出一個V槽，槽的一個斜面用作反射面，也可將兩個面都用於反射。泵浦光由半導體雷射器經微透鏡耦合，使泵浦光在V槽的側面匯聚，經過側面反射後改變方向進入雙包層光纖內包層，從而沿著光纖的軸向傳輸。為了提高耦合效率，該方法要求V型反射槽對泵光全反射。這種泵浦方式製得的光纖放大器，V型槽對光纖的創傷使得光纖的機械強度大大下降，而且由於對V型槽的製作工藝要求過高，都不利於高功率放大器的普及和應用。嵌入反射鏡式泵浦耦合。與V型槽方法類似，嵌入反射鏡式泵浦耦合也需要在光纖側面開槽，其實這是V型槽的改進方法。這種方法實現的光纖放大器和V槽側面耦合泵浦技術一樣，嵌入反射鏡式泵浦耦合技術對於內包層內泵浦光的傳輸也有較大損耗，同樣不利於多點耦合注入泵浦功率的擴展，而且機械強度同樣大大下降。角度磨拋側面泵浦耦合。其基本原理是在雙包層光纖去一小段，剝去塗敷層和外包層，將內包層沿縱向進行磨拋，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然後將泵浦光纖的纖芯的端面按一定角度磨拋好，與放大光纖緊密貼合固定。泵浦光經泵浦光纖對放大光纖側面泵浦。這種方法實現的光纖放大器與光纖角度磨拋側面耦合泵浦技術相類似的是微稜鏡來進行側面耦合，但是微稜鏡寬度不能大於內包層的直徑，因此給微稜鏡的加工帶來了技術上的困難。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有的光纖放大器的側面泵浦技術對工藝要求過於複雜且對光纖有機械損傷，使得光纖的機械強度大大降低；耦合點處的光功率密度過高， 極易引起光纖損傷。本發明的技術方案帶有聚光層結構的光纖放大器，該光纖放大器的光纖包括纖芯、包層和聚光層，泵浦源輸出的泵浦光直接照射於所述的光纖的側面。所述的聚光層的截面是以光纖的包層外圓的內接正N邊形或包層內與光纖同心的正N邊形的邊長作為長軸的橢圓或橢圓的一半；N為4 8的整數。所述的纖芯的折射率為1. 4 1. 8，所述的包層的折射率為1. 3 1. 7，所述的聚光層的折射率為1.5 1.9。所述的纖芯的直徑為5 μ m 8 μ m，所述的光纖的外半徑為62. 5 μ m 100 μ m。所述光纖基質材料為塑料、純矽或石英。所述的聚光層設在包層一半的截面內，包層另一半的外部鍍全反鏡。本發明和已有技術相比所具有的有益效果採用帶有聚光層的光纖結構無需對拉制好的光纖做任何額外的機械加工，在簡化工藝的同時也使光纖的機械強度不受影響。其中的聚光層的折射率高於周圍包層折射率， 形成凸透鏡的結構，能夠將光纖側面接收到的光聚焦於纖芯，使得光能量更加集中，有利於增大光纖放大器的耦合效率和輸出功率。


圖1為帶有全反鏡的帶有聚光層結構的光纖放大器主視圖。圖2為圖1的帶有聚光層結構的光纖端面圖。圖3為N = 8的帶有聚光層結構的光纖放大器主視圖。圖4為圖3的帶有聚光層結構的光纖端面圖。圖5為N = 4的帶有聚光層結構的光纖放大器主視圖。圖6為圖5的帶有聚光層結構的光纖端面圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。實施方式一帶有聚光層結構的光纖放大器，如圖1、2，該光纖放大器的光纖4包括纖芯1、包層 2和聚光層3，泵浦源5輸出的泵浦光直接照射於所述的光纖4的側面。所述的聚光層3的截面是以光纖的包層外圓的內接正六邊形的邊長作為長軸的橢圓，取相鄰三個橢圓；所述的聚光層3設在包層2 —半的截面內，包層2另一半的外部鍍全反鏡6。所述的纖芯1的折射率為1. 4，所述的包層2的折射率為1. 3，所述的聚光層3的折射率為1.5。所述的纖芯1的直徑為5 μ m,所述的光纖4的外半徑為62. 5 μ m。
所述光纖基質材料為塑料。實施方式二帶有聚光層結構的光纖放大器，如圖3、4，該光纖放大器的光纖4包括纖芯1、包層 2和聚光層3，泵浦源5輸出的泵浦光直接照射於所述的光纖4的側面。所述的聚光層3的截面是包層2內與光纖同心的正八邊形的邊長作為長軸的橢圓。所述的纖芯1的折射率為1. 8，所述的包層2的折射率為1. 7，所述的聚光層3的折射率為1.9。所述的纖芯1的直徑為8 μ m，所述的光纖4的外半徑為100 μ m。所述光纖基質材料為石英。實施方式三帶有聚光層結構的光纖放大器，如圖5、6，該光纖放大器的光纖4包括纖芯1、包層 2和聚光層3，泵浦源5輸出的泵浦光直接照射於所述的光纖4的側面。所述的聚光層3的截面是以光纖的包層外圓的內接正四邊形的邊長作為長軸的橢圓。所述的纖芯1的折射率為1. 7，所述的包層2的折射率為1. 6，所述的聚光層3的折射率為1.8。所述的纖芯1的直徑為6 μ m，所述的光纖4的外半徑為80 μ m。所述光纖基質材料為純矽。
權利要求
1.帶有聚光層結構的光纖放大器，包括光纖(4)和泵浦源(5)，其特徵在於光纖(4) 包括纖芯(1)、包層(2)和聚光層(3)；所述的聚光層(3)的截面是以光纖的包層外圓的內接正N邊形或包層O)內與光纖同心的正N邊形的邊長作為長軸的橢圓或橢圓的一半；N為4 8的整數。
2.根據權利要求1所述的帶有聚光層結構的光纖放大器，其特徵在於所述的纖芯⑴的折射率為1.4 1.8，所述的包層⑵的折射率為1.3 1.7，所述的聚光層(3)的折射率為1. 5 1. 9。
3.根據權利要求1所述的帶有聚光層結構的光纖放大器，其特徵在於所述的纖芯(1)的直徑為5μπι 8μπι，所述的光纖(4)的外半徑為62.5μπι 100 μ m0
4.根據權利要求1所述的帶有聚光層結構的光纖放大器，其特徵在於所述的聚光層( 設在包層( 一半的截面內，包層O)的另一半的外部鍍全反鏡(6)。
5.根據權利要求1所述的帶有聚光層結構的光纖放大器，其特徵在於 所述光纖基質材料為塑料、純矽或石英。
6.根據權利要求1所述的帶有聚光層結構的光纖放大器，其特徵在於 所述的泵浦源( 輸出的泵浦光直接照射於所述的光纖的側面。
全文摘要
本發明公開了帶有聚光層結構的光纖放大器，涉及通信和大功率雷射放大領域。該光纖放大器包括光纖(4)和泵浦源(5)，其中光纖(4)由纖芯(1)、包層(2)和聚光層(3)構成。聚光層(3)的截面是以光纖的包層外圓的內接正N邊形或包層(2)內與光纖同心正N邊形的邊長為長軸的橢圓；N為4～8的整數。纖芯(1)的折射率為1.4～1.8，包層(2)的折射率為1.3～1.7，聚光層(3)的折射率為1.5～1.9。纖芯(1)的直徑為5μm～8μm，光纖外半徑為62.5μm～100μm。採用側面泵浦方式。解決了光纖側面泵浦的點接入方法存在的機械加工帶來的機械損傷問題和高光功率密度帶來的光損傷問題。
文檔編號H01S3/067GK102255228SQ20111011859
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者寧提綱, 李晶, 溫曉東, 王春燦, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學