帶有增透層的光纖結構的製作方法
2023-05-12 02:54:26 1
專利名稱：帶有增透層的光纖結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖結構。特別應用於側面分布式泵浦的光纖放大器和光纖雷射器領域。
背景技術：
目前光纖雷射器和放大器多數採用端面泵浦，原因在於端面泵浦的耦合效率較高，但同時隨著泵浦功率的提升，光纖端面耦合點的光功率密度也隨之增加，極容易造成光纖端面無法修復的損傷。對於大功率光纖放大器和雷射器，端面泵浦的方法顯然無法滿足要求，側面泵浦逐步得到發展。目前側面泵浦技術分以下幾個方面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。這種方法實現的雷射器，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雷射器，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，都不利於高功率雷射器的普及和應用。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雷射器和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。然後將端面按一定角度磨拋好的泵浦光纖的纖芯相對該平面緊密貼和並固定好兩纖的相對位置。泵浦光即可由泵浦光纖側面耦合進入雙包層光纖的內包層。這種方法實現的光纖雷射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。以上所述各種側面泵浦技術均為點接入式，同樣面臨與端面泵浦相同的問題，即耦合點處光功率密度過高會使光纖損傷。雖然相比端面泵浦的最多兩個耦合點，以上側面泵浦可以將耦合點數量增加，但耦合點的增多對工藝的難度也隨之增加，而且對光纖的機械損傷也隨之加倍。因而目前大功率光纖放大器與雷射器中亟需解決的問題是現有的大功率雷射器的側面泵浦技術加工難度高，對光纖有機械損傷，使光纖的機械強度嚴重降低；光纖側面泵技術耦合點處光功率密度相比光纖其它部分要高，對光纖耦合點處產生損傷。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是目前大功率雷射器的側面泵浦技術加工難度高，對光纖有機械損傷，使光纖的機械強度嚴重降低；光纖側面泵技術耦合點處光功率密度相比光纖其它部分要高，對光纖耦合點處產生損傷。本發明的技術方案帶有增透層的光纖結構，包括纖芯和包層。在包層的外部設有增透層。增透層的結構為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質；N = 5 50。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，所述的增透層的結構為N層高低相間的石英介質，其折射率高低是指石英介質的高折射率為1. 7 1. 9，石英介質的低折射率為1. 2 1. 4。所述的纖芯的半徑為2 μ m 50 μ m，增透層的外半徑為50 μ m 1000 μ m,增透層的厚度為5μπ 50μπ 。所述的包層包括一層結構或分為內包層和外包層的雙層結構。所述的內包層和外包層的折射率均為1. 3 1. 7，且內包層折射率大於外包層折射率，內包層的形狀為D形、星形或矩形。本發明和已有技術相比所具有的有益效果由於在光纖中採用增透層，使得在大功光纖雷射器和放大器中耦合方式發生改變，在光纖中不存在功率密度的極度不均勻性，使得光纖的有效功率承載上限得到巨大提升；與目前已有側面泵浦技術相比，本發明所示光纖結構作為雷射增益介質時，無需作任何機械加工，不對光纖本身結構造成任何損傷，保證了光纖的機械強度；光纖外圍增透層的引入，使得側面泵浦效率同時得到有效提升，大大增加了大功率光纖雷射器和放大器的輸出功率；光纖製作方法簡單，以目前成熟的多層光纖製作技術或鍍膜技術完全可以勝任，無需特殊工藝。
圖1為帶有增透層的光纖結構主視圖。圖2為石英介質為五層的帶有增透層的光纖結構。圖3為石英介質為二十層的帶有增透層的光纖結構。圖4為石英介質為五十層的帶有增透層的光纖結構。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。實施方式一帶有增透層的光纖結構，如圖1，該光纖結構包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設有增透層3。增透層3為增透膜。所述的纖芯1的折射率為1. 4，包層2的折射率為1. 3。所述的纖芯1的半徑為2 μ m,增透層3的外半徑為50 μ m,增透層3的厚度為5 μ m。實施方式二帶有增透層的光纖結構，如圖2，該光纖結構包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設有增透層3。增透層3的結構為五層折射率高低相間的石英介質。所述的纖芯1的折射率為1. 8。五層折射率第一層石英介質31的折射率為1. 7、第二層石英介質32的折射率為 1. 2、第三層石英介質33的折射率為1. 7、第四層石英介質34的折射率為1. 2、第五層石英介質35的折射率為1.7。所述的纖芯1的半徑為50 μ m,增透層3的外半徑為1000 μ m,增透層3的厚度為 50 μ m0所述的包層2包括內包層21和外包層22的雙層結構。所述的內包層21為折射率均為1. 5，外包層22的折射率均為1. 3，內包層21的形狀為矩形。實施方式三帶有增透層的光纖結構，如圖3，該光纖結構包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設有增透層3。增透層3的結構為二十層折射率高低相間的石英介質。所述的纖芯1的折射率為1. 6。二十層石英介質的折射率第一層石英介質31的折射率為1. 9、第二層石英介質 32的折射率為1. 4、第三層石英介質33的折射率為1. 9、第四層石英介質34的折射率為
1.4........第十九層石英介質319的折射率為1. 9、第二十層石英介質320的折射率為
1. 4。所述的纖芯1的半徑為30 μ m，增透層3的外半徑為500 μ m，增透層3的厚度為 30 μ m0所述的包層2包括內包層21和外包層22的雙層結構。所述的內包層21的折射率為1. 7和外包層22的折射率為1. 5，內包層21的形狀
為星形。實施方式四帶有增透層的光纖結構，如圖4，該光纖結構包括纖芯1和包層2。在包層2的外部設有增透層3。增透層3的結構為五十層折射率高低相間的石英介質。所述的纖芯1的折射率為1. 6。五十層石英介質的折射率第一層石英介質31的折射率為1. 8、第二層石英介質 32的折射率為1. 3、第三層石英介質33的折射率為1. 8、第四層石英介質34的折射率為 1.3........第四十九層石英介質349的折射率為1. 8、第五十層石英介質350的折射率為1. 3。所述的纖芯1的半徑為50 μ m,增透層3的外半徑為1000 μ m,增透層3的厚度為 50 μ m0所述的包層2包括內包層21和外包層22的雙層結構。所述的內包層21的折射率為1. 7和外包層22的折射率為1. 5，內包層21的形狀為D形。
權利要求
1.帶有增透層的光纖結構，包括纖芯(1)和包層0)，其特徵在於 在包層O)的外部設有增透層(3)；增透層(3)的結構為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質； N = 5 50。
2.根據權利要求1所述的帶有增透層的光纖結構，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(2)的折射率為1. 3 1. 7，所述的增透層C3)的結構為N層高低相間的石英介質，其折射率高低是指石英介質的高折射率為1. 7 1. 9，石英介質的低折射率為1. 2 1. 4。
3.根據權利要求1所述的帶有增透層的光纖結構，其特徵在於所述的纖芯(1)的半徑為2 μ m 50 μ m，增透層(3)的外半徑為50 μ m 1000 μ m，增透層⑶的厚度為5 μ m 50 μ m。
4.根據權利要求1所述的帶有增透層的光纖結構，其特徵在於所述的包層(2)包括一層結構或分為內包層和外包層02)雙層結構。
5.根據權利要求4所述的帶有增透層的光纖結構，其特徵在於所述的內包層和外包層02)的折射率均為1. 3 1. 7，且內包層折射率大於外包層0 折射率，內包層的形狀為D形、星形或矩形。
全文摘要
本發明公開了帶有增透層的光纖結構，涉及一種光纖結構，適用於光纖放大器和光纖雷射器領域。該帶有增透層的光纖結構包括纖芯(1)、包層(2)、在包層(2)的外部設有增透層(3)。增透層(3)的結構為增透膜或是N層折射率高低相間的石英介質，N＝5～50。纖芯(1)的半徑為2μm～50μm，光纖外半徑為50μm～1000μm，增透層(3)的厚度為5μm～50μm。增透層(3)中高低折射率相間的層數為5～50。光纖有雙包層結構分為內包層(21)和外包層(22)。解決了雷射器的側面泵浦技術加工難度高，對光纖有機械損傷，光纖的機械強度嚴重降低；已有的光纖側面泵浦技術耦合點處光功率密度相比光纖其它部分要高，對光纖耦合點處產生損傷。
文檔編號G02B6/036GK102162875SQ20111013518
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者寧提綱, 張嬋, 李晶, 油海東, 溫曉東, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學