專(zhuān)利名稱(chēng)：外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖及其涂制模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光導(dǎo)纖維，尤其涉及一種構(gòu)成高功率光纖激光器和光纖放大器的雙包層光纖及其專(zhuān)用涂制模具。
背景技術(shù)：
高功率的光纖激光器和光纖放大器普遍采用雙包層光纖，普通雙包層光纖由摻有激光激活物質(zhì)的光纖芯、內(nèi)包層、外包層和保護(hù)層四部分組成。其中光纖芯的折射率最大，內(nèi)包層的折射率大于外包層的折射率；外包層材料為聚合物光學(xué)材料，光纖外包層截面一般為圓形；光纖芯由石英、玻璃和晶體等無(wú)機(jī)光學(xué)材料摻雜激光激活物質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)包層是由與纖芯基體材料可匹配熔接的石英、玻璃和晶體等無(wú)機(jī)光學(xué)材料構(gòu)成，其截面可以為圓形。由于內(nèi)包層口徑遠(yuǎn)大于纖芯口徑，所以可匯聚較多的泵浦光進(jìn)入內(nèi)包層，并把泵浦光約束在內(nèi)包層中傳播，進(jìn)而耦合到纖芯，完成激發(fā)過(guò)程。
雖然圓形內(nèi)包層的雙包層光纖有很多優(yōu)點(diǎn)，主要是不需要對(duì)預(yù)制棒做額外的光學(xué)機(jī)械加工，而使工藝更簡(jiǎn)單，還有當(dāng)泵浦源為帶尾纖的LD時(shí)，圓形石英包層之間的尺寸匹配易于耦合連接等。但圓形內(nèi)包層的雙包層光纖存在以下缺點(diǎn)即完美的圓形對(duì)稱(chēng)性使內(nèi)包層中的大量的泵浦光成為螺旋光，在傳輸?shù)倪^(guò)程中永遠(yuǎn)也不會(huì)達(dá)到纖芯，因而不可能有高的光光轉(zhuǎn)換效率。為了克服這個(gè)缺陷，人們將內(nèi)包層截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成非圓形內(nèi)包層的雙包層光纖，如方形、矩形、D型等(見(jiàn)圖4B、圖4C和圖4D)，參見(jiàn)[United States Patent 5,533,163]，以及非同軸心內(nèi)包層的雙包層光纖；還有非圓扭轉(zhuǎn)形內(nèi)包層的雙包層光纖，參見(jiàn)[United States Patent6,157,763]。這些光纖雖然解決了端面泵浦方法有高的光光轉(zhuǎn)換效率，由于這些雙包層光纖的內(nèi)包層的數(shù)值孔徑比較小，所以以前的雙包層光纖，對(duì)端面泵浦的耦合技術(shù)要求較高價(jià)格貴，并且很難獲得高效的泵浦光側(cè)面耦合。因此，以前的雙包層光纖，不適合制作廉價(jià)的高功率雙包層光纖激光器和光纖放大器。
已知的光纖的聚合物涂敷，可以采用使用噴嘴和涂敷模具的裝置，參見(jiàn)在先技術(shù)[中國(guó)專(zhuān)利98107022.1]。但是，那些涂敷模具的模具孔都為圓形，無(wú)法涂制光纖的非圓形外包層。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的雙包層光纖在制作高功率光纖激光器和光纖放大器時(shí)存在的上述問(wèn)題，提供一種既具有較高的光光轉(zhuǎn)換效率，又具有較大的數(shù)值孔徑，同時(shí)對(duì)泵浦光的耦合技術(shù)要求比較簡(jiǎn)單，且可制作低成本的光纖激光器和光纖放大器的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，以及涂制光纖的專(zhuān)用模具。
本發(fā)明外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，只有光纖芯、內(nèi)包層和外包層三部分，沒(méi)有普通光纖的保護(hù)層，而由外包層兼做保護(hù)層的部分功能，同時(shí)外包層的外表面為泵浦光波導(dǎo)的界面。即所述的包層是指同為泵浦光通道、共同完成泵浦光的傳輸與向纖芯耦合的內(nèi)包層和外包層，光纖芯外依次為內(nèi)包層，和對(duì)內(nèi)包層的玻璃等材料有保護(hù)裂紋產(chǎn)生作用的外包層。
外包層的截面為如下任何一種非圓形矩形、圓角矩形、方形、圓角方形、D形、中部為矩形或方形一端或兩端為部分圓形的組合形、矩形銷(xiāo)去一至四個(gè)角后的剩余形、圓形銷(xiāo)去一或二個(gè)少半圓后的剩余形。
內(nèi)包層為石英、玻璃和晶體等無(wú)機(jī)光學(xué)材料制成，其截面為圓形。光纖芯為石英、玻璃和晶體等無(wú)機(jī)光學(xué)材料摻雜激光激活物質(zhì)制成。其中，外包層折射率最小，內(nèi)包層的折射率等于或稍微大于外包層的折射率，光纖芯的折射率最大。
一種專(zhuān)門(mén)用于制作外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖的涂制模具，該模具包括中間帶有一個(gè)涂敷孔的模具基體，該涂敷孔為漏斗形，即上半部為倒錐形，下半部為等截面孔，其截面可以是如下任何一種非圓形矩形、圓角矩形、方形、圓角方形、D形、中部為矩形或方形一端或兩端為部分圓形的組合形、矩形削去一至四個(gè)角后的剩余形、圓形削去一或二個(gè)少半圓后的剩余形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明雙包層光纖不需要涂普通光纖都有的最外保護(hù)層，其外包層采用聚合物光學(xué)材料，外包層也是雙包層光纖的最外層，對(duì)內(nèi)包層玻璃等材料有保護(hù)裂紋產(chǎn)生的作用。使用時(shí)，其外包層和內(nèi)包層同為泵浦光通道，外包層和其外面的低折射率介質(zhì)(如空氣、水等)構(gòu)成泵浦光波導(dǎo)，因此其數(shù)值孔徑極大，特別適用于高功率泵浦光的側(cè)面耦合。其中雙包層光纖的光纖芯由石英、玻璃和晶體等無(wú)機(jī)光學(xué)材料摻雜激光激活物質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)包層是由與纖芯基體材料可匹配熔接的無(wú)機(jī)光學(xué)材料構(gòu)成，內(nèi)包層截面為圓形。其中光纖芯的折射率最大，內(nèi)包層的折射率等于或稍微大于外包層的折射率。當(dāng)內(nèi)包層的折射率稍大于外包層的折射率時(shí)，內(nèi)包層還有會(huì)聚作用，使泵浦光更易到達(dá)光纖芯部，激發(fā)激活介質(zhì)。產(chǎn)生的激發(fā)光被約束在光纖芯內(nèi)傳播。因此，用本發(fā)明的光纖，緊密排列時(shí)，采用高功率的LD陣列直接側(cè)面泵浦，可以獲得高的光光轉(zhuǎn)換效率。所以，用本發(fā)明的光纖，特別適合于制作經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)的高功率側(cè)面泵浦的光纖激光器和光纖放大器。

圖1A至F、是本發(fā)明實(shí)施例1的系列雙包層光纖橫截面示意圖，這個(gè)系列雙包層光纖的內(nèi)包層與纖芯為同心圓形狀；圖2A至C、本發(fā)明專(zhuān)用涂制模具截面示意圖；圖3、雙包層光纖外包層涂制示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1A至F所示，本發(fā)明的雙包層光纖包括光纖芯10、內(nèi)包層12、外包層14。光纖芯10由玻璃等無(wú)機(jī)材料摻雜激光激活物質(zhì)構(gòu)成，其折射率最大，為圓形截面，直徑為6-70微米。內(nèi)包層12是由與纖芯基體材料可匹配熔接的無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，為圓形截面，直徑為60-600微米，內(nèi)包層的折射率等于或稍微大于外包層的折射率。外包層14截面可以是矩形(圖1A)、圓角矩形(圖1B)、八邊形即由矩形削去四個(gè)角后的剩余形(圖1C)、圓餅形即中部為矩形或方形兩端為部分圓形的組合形(圖1D)、D形(圖1E)、圓形削去二個(gè)少半圓后的剩余形(圖1F)等非圓形。外包層和內(nèi)包層同為泵浦光通道，外包層采用聚合物光學(xué)材料，外包層也是雙包層光纖的最外層，對(duì)內(nèi)包層玻璃等材料有保護(hù)裂紋產(chǎn)生的作用。在使用時(shí)，外包層和其外面的低折射率介質(zhì)(如氣體、水等)構(gòu)成泵浦光波導(dǎo)，因此其數(shù)值孔徑極大，特別適用于高功率泵浦光的側(cè)面耦合。
實(shí)施例2如圖2A至C所示，一種專(zhuān)門(mén)用于制作外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖的涂制模具，該模具包括中間帶有一個(gè)涂敷孔的模具基體，該涂敷孔為漏斗形(見(jiàn)圖3中的標(biāo)號(hào)13)，即上半部為倒錐形，下半部為等截面孔，上、下兩部分孔的截面可以是如下任何一種非圓形矩形、圓角矩形、方形、圓角方形、D形、中部為矩形或方形一端或兩端為部分圓形的組合形、矩形削去一至四個(gè)角后的剩余形、圓形削去一或二個(gè)少半圓后的剩余形。本例只給出八邊形即由矩形削去四個(gè)角后的剩余形(圖2A、圓餅形即中部為矩形或方形兩端為部分圓形的組合形(圖2B)、圓角矩形(圖2C)三種實(shí)施例圖形，其余圖形省略。
雙包層光纖的涂制過(guò)程見(jiàn)圖3，在普通拉絲機(jī)中，使用含有上述模具的新的涂敷聚合物組件，主要包括杯形部件16，噴嘴11，和涂敷模具13，在制造光纖時(shí)，將帶包層的預(yù)制棒加熱并拉絲，然后，裸纖由上向下通過(guò)本涂敷組件，涂敷組件中的聚合物15便通過(guò)涂敷模具13的非圓形孔涂敷到裸纖12上，形成外包層14。
權(quán)利要求
1.一種外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，包括光纖芯、包層組成，其特征是所述的包層指同為泵浦光通道、共同完成泵浦光的傳輸與向纖芯耦合的內(nèi)包層和外包層，即光纖芯外依次為內(nèi)包層，和對(duì)內(nèi)包層的玻璃等材料有保護(hù)裂紋產(chǎn)生作用、兼做最外保護(hù)層的外包層，外包層的外表面為泵浦光波導(dǎo)的界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，其特征是外包層的截面為如下任何一種非圓形矩形、圓角矩形、方形、圓角方形、D形、中部為矩形或方形一端或兩端為部分圓形的組合形、矩形削去一至四個(gè)角后的剩余形、圓形削去一或二個(gè)少半圓后的剩余形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，其特征是外包層為適用于高功率泵浦光側(cè)面耦合的、廉價(jià)高功率光纖激光器和光纖放大器的聚合物光學(xué)材料外包層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，其特征是光纖芯為晶體或石英、玻璃材料摻雜激光激活物質(zhì)制成的光纖芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，其特征是內(nèi)包層由與纖芯基體材料可匹配熔接的晶體或石英、玻璃等無(wú)機(jī)光學(xué)材料構(gòu)成的內(nèi)包層，其截面為圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖，其特征是外包層折射率最小，內(nèi)包層的折射率等于或稍微大于外包層的折射率，光纖芯的折射率最大。
7.一種專(zhuān)門(mén)用于制作權(quán)利要求1所述的外包層為泵浦光波導(dǎo)的雙包層光纖的涂制模具，該模具包括中間帶有一個(gè)涂敷孔的模具基體，其特征是該涂敷孔為漏斗形，即上半部為倒錐形，下半部為等截面孔，其截面可以是如下任何一種非圓形矩形、圓角矩形、方形、圓角方形、D形、中部為矩形或方形一端或兩端為部分圓形的組合形、矩形削去一至四個(gè)角后的剩余形、圓形削去一或二個(gè)少半圓后的剩余形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光導(dǎo)纖維及涂制模具。解決數(shù)值孔徑小，對(duì)泵浦光的耦合技術(shù)要求高，成本大的問(wèn)題。本發(fā)明外包層兼做光纖保護(hù)層的部分作用。內(nèi)、外包層同為泵浦光通道、共同完成泵浦光的傳輸與向纖芯耦合。內(nèi)包層由與纖芯基體材料可匹配熔接的無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，截面為圓形，內(nèi)包層的折射率等于或稍微大于外包層的折射率。外包層采用聚合物光學(xué)材料，其截面可以是矩形、圓角矩形、八邊形、圓餅形、D形等非圓形。其模具中間的涂敷孔為漏斗形，即上半部為倒錐形，下半部為與外包層形狀相同的等截面孔。使用時(shí)，外包層的外側(cè)環(huán)繞著低折射率介質(zhì)如氣體、水等，使其外表面變成泵浦光波導(dǎo)界面，該波導(dǎo)的數(shù)值孔徑較大，適于高功率泵浦光側(cè)邊耦合的廉價(jià)高功率光纖激光器和光纖放大器。
文檔編號(hào)B05C3/02GK1564032SQ20041001875
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者張帆, 姚建銓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)