專利名稱：帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖放大器。特別應(yīng)用于光通信領(lǐng)域和大功率激光放大領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖放大器問世以來，以其優(yōu)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(shù)的發(fā)展，光纖放大器的放大倍數(shù)越來越大，高倍率光纖放大器在光纖通信、國防和傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用日益引起人們的重視，其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)采用端面泵浦的方式，這主要取決于光纖的結(jié)構(gòu)因素。 首先，光纖的光信號束縛能力很強，側(cè)面泵浦的耦合效率難以有效提高；其次，由于光纖熔接技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得端面泵浦可以大大提升激光的耦合效率。但端面泵浦方式的應(yīng)用在某些領(lǐng)域也受到限制，例如，大功率的泵浦光從端面輸入時，由于過高的光能量密度極有可能對端面造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。目前采用的光纖放大器側(cè)面泵浦技術(shù)如下多模光纖熔錐側(cè)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(qū)成為錐形過渡段，能夠?qū)⒈闷止庥啥嗄９饫w通過雙包層光纖側(cè)面導(dǎo)入內(nèi)包層，從而實現(xiàn)定向側(cè)面耦合泵浦。這種方法實現(xiàn)的放大器，由于熔融拉錐的制作過程使得在泵浦光纖與多模有源光纖的耦合處光纖結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這對于激光功率及質(zhì)量的提高不利。V槽側(cè)面泵浦耦合。該技術(shù)先將雙包層光纖外包層去除一小段，然后在裸露的內(nèi)包層刻蝕出一個V槽，槽的一個斜面用作反射面，也可將兩個面都用于反射。泵浦光由半導(dǎo)體激光器經(jīng)微透鏡耦合，使泵浦光在V槽的側(cè)面匯聚，經(jīng)過側(cè)面反射后改變方向進入雙包層光纖內(nèi)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。這種泵浦方式制得的光纖放大器，V型槽對光纖的創(chuàng)傷使得光纖的機械強度大大下降，而且由于對V型槽的制作工藝要求過高，都不利于高功率放大器的普及和應(yīng)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(cè)面開槽，其實這是V型槽的改進方法。這種方法實現(xiàn)的光纖放大器和V槽側(cè)面耦合泵浦技術(shù)一樣，嵌入反射鏡式泵浦耦合技術(shù)對于內(nèi)包層內(nèi)泵浦光的傳輸也有較大損耗，同樣不利于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(cè)面泵浦耦合。其基本原理是在雙包層光纖去一小段，剝?nèi)ネ糠髮雍屯獍鼘?，將?nèi)包層沿縱向進行磨拋，得到小段用以耦合泵浦光的平面。然后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(jīng)泵浦光纖對放大光纖側(cè)面泵浦。這種方法實現(xiàn)的光纖放大器與光纖角度磨拋側(cè)面耦合泵浦技術(shù)相類似的是微棱鏡來進行側(cè)面耦合，但是微棱鏡寬度不能大于內(nèi)包層的直徑，因此給微棱鏡的加工帶來了技術(shù)上的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的光纖放大器的側(cè)面泵浦技術(shù)對工藝要求過于復(fù)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(fā)明的技術(shù)方案帶有聚光層結(jié)構(gòu)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于所述的光纖的側(cè)面。所述的聚光層的截面是以光纖的包層外圓的內(nèi)接正N邊形或包層內(nèi)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(shù)。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(zhì)材料為塑料、純硅或石英。所述的聚光層設(shè)在包層一半的截面內(nèi)，包層另一半的外部鍍?nèi)寸R。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果采用帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)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于周圍包層折射率， 形成凸透鏡的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒐饫w側(cè)面接收到的光聚焦于纖芯，使得光能量更加集中，有利于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(jié)構(gòu)的光纖放大器主視圖。圖2為圖1的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖端面圖。圖3為N = 8的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器主視圖。圖4為圖3的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖端面圖。圖5為N = 4的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器主視圖。圖6為圖5的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖端面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施方式一帶有聚光層結(jié)構(gòu)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于所述的光纖4的側(cè)面。所述的聚光層3的截面是以光纖的包層外圓的內(nèi)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(shè)在包層2 —半的截面內(nèi)，包層2另一半的外部鍍?nèi)寸R6。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(zhì)材料為塑料。實施方式二帶有聚光層結(jié)構(gòu)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于所述的光纖4的側(cè)面。所述的聚光層3的截面是包層2內(nèi)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(zhì)材料為石英。實施方式三帶有聚光層結(jié)構(gòu)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于所述的光纖4的側(cè)面。所述的聚光層3的截面是以光纖的包層外圓的內(nèi)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(zhì)材料為純硅。
權(quán)利要求
1.帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，包括光纖(4)和泵浦源(5)，其特征在于光纖(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(nèi)接正N邊形或包層O)內(nèi)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(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，其特征在于所述的纖芯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(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，其特征在于所述的纖芯(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(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，其特征在于所述的聚光層( 設(shè)在包層( 一半的截面內(nèi)，包層O)的另一半的外部鍍?nèi)寸R(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，其特征在于 所述光纖基質(zhì)材料為塑料、純硅或石英。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，其特征在于 所述的泵浦源( 輸出的泵浦光直接照射于所述的光纖的側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有聚光層結(jié)構(gòu)的光纖放大器，涉及通信和大功率激光放大領(lǐng)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(gòu)成。聚光層(3)的截面是以光纖的包層外圓的內(nèi)接正N邊形或包層(2)內(nèi)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(shù)。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。采用側(cè)面泵浦方式。解決了光纖側(cè)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(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)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(xué)