专利名称：一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤激光器。
背景技术：
双包层掺杂稀土离子激光器在工业加工、医疗、高精度测量和精密焊接等 方面的应用有着广阔的前景。光纤激光器的输出功率受到非线性效应的限制， 如受激拉曼散射、受激布里渊散射和自相位调制等。解决这些问题的一条有效 途径是通过增大光纤纤芯直径以增大基模模场的有效面积，这样可以降低模式 的功率密度，最终达到抑制非线性效应的目的。但是增大纤芯直径会增加光纤 的模式数目，使得光纤激光器的输出光束中除了基模以外还有相当比例的高阶 模式，降低了激光器的输出光束质量。
因此，如何确保大模场面积多模光纤激光器工作在单模状态对提高光纤激 光器的性能至关重要。目前，解决此问题的主要途径如下
1.通过合理设计光纤的弯曲半径使得光纤中模式的弯曲损耗增大，其中高阶 模的弯曲损耗的增幅大于基模，从而实现高阶模式在光纤激光器中输出比例的 减少。
2.通过精确设计光纤折射率和掺杂浓度的分布面型以确保掺杂光纤中的基 模具有最大的增益，从而减小其他高阶模式的输出比例。
以上方法一的不足是，光纤必须弯曲到一定的尺寸，这对光纤的机械强度 提出比较高的要求，另外光纤弯曲会导致基模模场分布的变化，这些都会成为 导致光纤激光器工作不稳定的因素；方法二的不足是对制作光纤的工艺提出非常高的要求，同时也增大了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题要求掺杂多模光纤的机械强度比较高、生产 工艺高精度控制问题，提供了一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器。
本发明的技术方案
一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，掺杂多模光纤的一端与高反 射端的双色镜紧贴或与光纤光栅相接构成光纤激光器的信号光高反射端；输出
端双色镜倾斜45°与掺杂多模光纤的另一端对准；泵浦光从两端耦合进入光纤激
光器；其特征在于
微结构光纤的一端与掺杂多模光纤对准并相接，微结构光纤的另一端与双 色镜紧贴或与光纤光栅相接；
或微结构光纤的一端与倾斜45'的输出端双色镜对准，微结构光纤的另一 端与掺杂多模光纤相接；
所述的微结构光纤基于石英介质，包层由内至外分别是两层空气孔和一层 掺氟石英介质芯。
本发明的有益效果在于提供了一种单模工作的大模场面积多模光纤激光 器。本发明不需要对普通的掺杂多模光纤提出特殊的设计要求，而是在原来的 光纤激光器中引入一段微结构光纤，其具有滤除多模光纤中基模以外高阶模式 的作用，由此可以设计出全光纤集成的光纤激光器，大大提高了激光器的工作 稳定性、有效地抑制光纤中基模以外高阶模式的激光输出，使得光纤激光器具 有高质量的输出光束质量和较高的斜率效率。
图1为微结构光纤的截面示意图2为微结构光纤与高反射端双色镜紧贴的单模工作的大模场面积多模光 纤激光器示意图3为微结构光纤与光纤光栅相接的单模工作的大模场面积多模光纤激光 器示意图4为掺杂光纤一端与微结构光纤相接，另一端与高反射端双色镜紧贴的 单模工作的大模场面积多模光纤激光器示意图5为掺杂光纤一端与微结构光纤相接，另一端与高反射端光纤光栅相接 的单模工作的大模场面积多模光纤激光器示意图。
附图中石英介质l，空气孔2，掺氟石英介质芯3，掺杂多模光纤4，微 结构光纤5，高反射端双色镜6，输出端双色镜7，光纤光栅8。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。 实施例一
如图2所示， 一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，输出端双色镜7 倾斜45。与掺杂多模光纤4的一端对准；掺杂多模光纤4的另一端与微结构光纤 5的一端相接，微结构光纤5的另一端与高反射端双色镜6紧贴，构成一种单模 工作的大模场面积多模光纤激光器；泵浦光从该激光器两端耦合进入光纤激光
巡 益。
实施例二
如图3所示， 一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，输出端双色镜7 倾斜45。与掺杂多模光纤4的一端对准；掺杂多模光纤4的另一端与微结构光纤5的一端相接，微结构光纤5的另外一端与光纤光栅8相接，构成一种单模工作 的大模场面积多模光纤激光器；泵浦光从该激光器两端耦合进入光纤激光器。 实施例三
如图4所示， 一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，输出端双色镜7 倾斜45°与微结构光纤5的一端对准；微结构光纤5的另一端与掺杂多模光纤4 的一端相接；掺杂多模光纤4的另一端与高反射端双色镜6紧贴，构成一种单 模工作的大模场面积多模光纤激光器；泵浦光从该激光器两端耦合进入光纤激 光器。
实施例四
如图5所示， 一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，输出端双色镜7 倾斜45°与微结构光纤5的一端对准；微结构光纤5的另一端与掺杂多模光纤4 的一端相接；掺杂多模光纤4的另一端与光纤光栅8相接，构成一种单模工作 的大模场面积多模光纤激光器；泵浦光从该激光器从两端耦合进入光纤激光器。
本发明所使用的器件
高反射端双色镜和输出端双色镜，掺杂光纤，光纤光栅均有商用产品可以 采购。
所述的微结构光纤基于石英介质1，包层由内至外分别是两层空气孔2和一 层掺氟石英介质芯3，均呈三角周期排列。微结构光纤5的芯区由一个空气孔缺 陷构成。
微结构光纤参数的设计步骤-
第一，调整微结构光纤5的空气孔2间距和空气孔2直径来改变基模模场 分布，使其与掺杂多模光纤4的基模模场相匹配；第二，增大微结构光纤5最外层掺氟石英介质芯3的折射率以增大包层模 式的泄漏损耗。
假设掺杂多模光纤4纤芯半径为25 pm，数值孔径为0.06，则微结构光纤5 的空气孔2半径和孔间距分别取6 pm和30 pm时，掺杂多模光纤4和微结构光 纤5之间的基模耦合效率达到最大。同时，取微结构光纤5最外层掺氟石英介 质芯3半径为6pm，折射率为1.39，则微结构光纤5最低阶的四个包层模式的 泄漏损耗依次为65， 78， 112， 165dB/m，而基模的泄漏损耗仅为0.0004 dB/m， 由于基模的泄漏损耗远远小于包层模式的泄漏损耗，所以充分确保微结构光纤5 工作在单模状态，以实现滤除光纤激光器中基模以外高阶模式的目的。
权利要求
1.一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，掺杂多模光纤(4)的一端与高反射端双色镜(6)紧贴或与光纤光栅(8)相接构成光纤激光器的信号光高反射端；输出端双色镜(7)倾斜45°与掺杂多模光纤(4)的另一端对准；泵浦光从两端耦合进入光纤激光器；其特征在于微结构光纤(5)的一端与掺杂多模光纤(4)对准并相接，微结构光纤(5)的另外一端与高反射端双色镜(6)紧贴或与光纤光栅(8)相接；或微结构光纤(5)的一端与倾斜45°的输出端双色镜(7)对准，微结构光纤(5)的另一端与掺杂多模光纤(4)连接；
2. 按权利要求1所述的一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，其特 征在于微结构光纤(5)基于石英介质(1)，包层由内至外分别是两层空气孔(2)和一层掺氟石英介质芯(3)。
全文摘要
本发明公开了一种单模工作的大模场面积多模光纤激光器，涉及一种光纤激光器；解决了要求掺杂多模光纤的机械强度比较高、生产工艺高精度控制问题。该激光器的微结构光纤(5)的一端与掺杂多模光纤(4)对准并相接，微结构光纤(5)的另外一端与高反射端双色镜(6)紧贴或与光纤光栅(8)相接；掺杂多模光纤(4)的另一端与倾斜45°的输出端双色镜(7)对准。泵浦光从激光器两端耦合进入光纤激光器。微结构光纤(5)具有滤除多模光纤中基模以外高阶模式的作用，可以设计出全光纤集成的光纤激光器，大大提高了激光器的工作稳定性，使得光纤激光器具有接近衍射极限的输出光束质量。广泛用于工业加工、医疗、高精度测量和精密焊接等。
文档编号H01S3/06GK101409421SQ20081022692
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者楚 刘, 宁提纲, 帆 张, 王春灿, 简水生, 蕊 耿, 陆玉春 申请人:北京交通大学