[发明专利]渐变吸收系数增益光纤及光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体而言，涉及一种渐变吸收系数增益光纤及光学系统。

背景技术

在高功率光纤激光研究中，增益光纤的性能对激光系统的激光性能有显著影响，增益光纤的共掺元素(如Al、P、Ge、B、Ce、F等元素)及其分布、折射率分布、稀土元素(Yb、Er、Tm、Ho等)掺杂以及光纤制备工艺(如MCVD、OVD、PCVD、气相掺杂法、溶液掺杂法等)等，决定了增益光纤的波导结构、吸收系数、损耗特性，进而对激光系统的激光效率、输出光谱、光束质量、非线性特性等产生显著影响。可见，增益光纤的研制是高功率光纤激光研究的重要方面。

然而，目前的光纤激光系统广泛使用的是基于主振荡放大结构(MOPA)和端面泵浦技术。数千瓦的泵浦光从增益光纤的一端注入增益光纤，泵浦光在光纤注入端迅速吸收并转换为激光，造成了激光增益的不均匀；由于量子亏损，光纤的热分布也很不均匀。这种不均匀导致了一系列的负面效应，导致非线性效应、模式不稳定性等的阈值降低，研制限制了激光器的功率提升。

另外，大功率的端面泵浦注入也会对注入点的熔接和涂覆造成很大困难。在高功率光纤激光实验中，熔接点常会因为圆形传能光纤到八角形增益光纤的不匹配、高增益导致的高热量等因素导致的熔接点过热而烧毁。

目前使用高功率激光增益光纤主要采用正八边形抛光，以避免涡旋光的产生并增大包层吸收系数，而传输信号光和输出激光的传能纤均为圆形，全光纤结构的光纤激光系统需要将圆形的传能光纤和正八边形的增益光纤熔接在一起，这种熔接不可避免的会造成包层的不匹配，给熔接和涂覆造成困难。另外，增益光纤的吸收系数可用下面公式进行描述：

其中，α为吸收系数，P_in为注入泵浦光，P_out为输出泵浦光。对于目前广泛使用的商用Nufern 20/400LMA YDF光纤，其吸收系数通常为0.4dB/m@976nm，线性吸收系数意味着泵浦光在增益光纤中是指数衰减的，即泵浦光吸收很不均匀。

因此，研究人员一直希望获得吸收较为均匀的增益光纤，以抑制增益不均造成的很多问题，但是要在增益光纤中实现梯度掺杂极其困难，也会造成很多其他问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渐变吸收系数增益光纤及光学系统，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种渐变吸收系数增益光纤，其包括包层，所述包层沿轴向具有逐渐变化的截面形状，所述包层沿轴向具有和所述逐渐变化的截面形状对应的逐渐变化的吸收系数，其中，所述包层的泵浦注入端截面形状和用于输入泵浦光的传能光纤包层的输出端截面形状匹配。

在本发明较佳的实施例中，所述包层的泵浦注入端截面为圆形，输出端截面为正八边形。

在本发明较佳的实施例中，所述包层沿轴向分为多段，所述包层的多段中相邻两段的截面形状互不相同。

在本发明较佳的实施例中，所述包层的多段沿轴向的长度不全相同。

在本发明较佳的实施例中，所述包层沿轴向分为四段，所述包层从泵浦注入端到输出端的四段依次经过未抛光、双面抛光、四面抛光和八面抛光处理。

在本发明较佳的实施例中，所述双面抛光为相对的两面抛光，相对的两个抛光面之间为相对的两个弧面。

在本发明较佳的实施例中，所述四面抛光为两对中心连线互相垂直的面抛光，靠近的两个抛光面之间为未抛光的圆弧面。

在本发明较佳的实施例中，所述包层从泵浦注入端到输出端的吸收系数逐渐增大。

在本发明较佳的实施例中，所述渐变吸收系数增益光纤还包括纤芯和涂覆层，所述纤芯设置于所述包层中，所述涂覆层涂覆于所述包层的外表面。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光学系统，其包括如上所述的渐变吸收系数增益光纤、激光器和传能光纤，所述激光器和所述传能光纤连接，所述传能光纤的输出端和所述渐变吸收系数增益光纤的泵浦注入端熔接，所述传能光纤包层的输出端截面形状和所述渐变吸收系数增益光纤包层的泵浦注入端截面形状相同。