專利名稱：帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。特別應(yīng)用于側(cè)面泵浦的光纖激光器和放大器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前無論光纖激光器還是光纖放大器多數(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極有可能對端面造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，而當(dāng)前光纖激光器側(cè)面泵浦技術(shù)也多為點接入式，同樣在接入點會面臨光纖損傷的問題。目前采用的光纖側(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)的激光器，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激光器，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，都不利于高功率激光器的普及和應(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)的光纖激光器和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并固定好兩纖的相對位置。泵浦光即可由泵浦光纖側(cè)面耦合進入雙包層光纖的內(nèi)包層。這種方法實現(xiàn)的光纖激光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)問題是光纖激光器和放大器的側(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)方案帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯、包層和聚光層。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)與光纖同心正N邊形的邊長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，包層的折射率為1.3 1.7，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，光纖外半徑為62. 5 μ m 100 μ m。所述的聚光層設(shè)在包層一半的截面內(nèi)，包層的另一半的外部鍍?nèi)寸R。所述光纖基質(zhì)材料為塑料、純硅或石英。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果目前已有光纖激光器和放大器的側(cè)面泵浦技術(shù)操作過于復(fù)雜，且對光纖有機械損傷，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，有利于增大光纖激光器或放大器的耦合效率和輸出功率。


圖1為N = 4的聚光層的截面為橢圓的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。圖2為N = 4的聚光層的截面為半橢圓的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。圖3為N = 6的聚光層的截面為半橢圓的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。圖4為在包層內(nèi)部N = 8的聚光層的截面為橢圓的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。圖5為聚光層設(shè)在包層一半的截面內(nèi)包層的另一半的外部鍍?nèi)寸R的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)。
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的光纖結(jié)構(gòu)，如圖1，該光纖結(jié)構(gòu)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)接正四邊形的邊長為長軸的橢圓。所述的纖芯1的折射率為1. 4，包層2的折射率為1. 3，聚光層3的折射率為1. 5。所述的纖芯1的直徑為5 μ m,光纖外半徑為62. 5 μ m。所述光纖基質(zhì)材料為石英。
實施方式二帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖2，該光纖結(jié)構(gòu)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)接正四邊形的邊長為長軸的橢圓的一半。所述的纖芯1的折射率為1. 8，包層2的折射率為1. 7，聚光層3的折射率為1. 9。所述的纖芯1的直徑為8 μ m，光纖外半徑為100 μ m。所述光纖基質(zhì)材料為塑料。實施方式三帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖3，該光纖結(jié)構(gòu)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)接正六邊形的邊長為長軸的橢圓的一半。所述的纖芯1的折射率為1. 6，包層2的折射率為1. 5，聚光層3的折射率為1. 7。所述的纖芯1的直徑為7 μ m,光纖外半徑為80 μ m。所述光纖基質(zhì)材料為純硅。實施方式四帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，如圖4，該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯1、包層2和聚光層3。所述的聚光層3的截面是在包層2內(nèi)與光纖同心正八邊形的邊長為長軸的橢圓。所述的纖芯1的折射率為1. 6，包層2的折射率為1. 5，聚光層3的折射率為1. 7。所述的纖芯1的直徑為5 μ m,光纖外半徑為90 μ m。所述光纖基質(zhì)材料為石英。實施方式五帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，該光纖結(jié)構(gòu)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)接正六邊形的相鄰的三個邊長為長軸的橢圓，在光纖的另一半的外部鍍?nèi)寸R4。所述的纖芯1的折射率為1. 7，包層2的折射率為1. 6，聚光層3的折射率為1. 8。所述的纖芯1的直徑為6 μ m，光纖外半徑為70 μ m。所述的聚光層3設(shè)在包層2 —半的截面內(nèi)，包層2的另一半外部鍍?nèi)寸R4。所述光纖基質(zhì)材料為塑料。
權(quán)利要求
1.帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于該光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯(1)、包層(2)和聚光層⑶；所述的聚光層C3)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)與光纖同心正N邊形的邊長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所述的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的纖芯(1)的折射率為1. 4 1. 8，包層O)的折射率為1. 3 1. 7，聚光層(3) 的折射率為1.5 1.9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的纖芯(1)的直徑為5 μ m 8 μ m，光纖外半徑為62. 5 μ m 100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，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R⑷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述光纖的基質(zhì)材料為塑料、純硅或石英。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有聚光層的光纖結(jié)構(gòu)，涉及光纖放大器和光纖激光器領(lǐng)域。該光纖結(jié)構(gòu)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(2)內(nèi)與光纖同心正N邊形的邊長為長軸的橢圓或橢圓的一半；N為4～8的整數(shù)。纖芯(1)的折射率范圍為1.4～1.8，包層(2)的折射率范圍為1.3～1.7，聚光層(3)的折射率范圍為1.5～1.9。所述的纖芯(1)的直徑為5μm～8μm，光纖外半徑為62.5μm～100μm。解決了大功率光纖激光器和放大器中光纖側(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G02B6/02GK102183813SQ201110118580
公開日2011年9月14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)明者劉艷, 寧提綱, 李晶, 溫曉東, 裴麗, 鄭晶晶 申請人:北京交通大學(xué)