一种具有单模输出TM₀₁模式特性的有源光纤的制作方法

专利名称：一种具有单模输出TM₀₁模式特性的有源光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤。
背景技术：
径向偏振激光有别于线偏振光与圆偏振光，其电场方向沿径向分布，并且电场矢 量和场幅都具有轴对称性。径向偏振激光与线(圆)偏振相比，通过高数值孔径的透镜聚 焦可以获得更小的光斑，因此可以作为超分辨显微光源，另外其在高效的金属切割，电子加 速和生物光镊等领域也具有重要的应用价值。获得径向偏振模式输出的激光器主要分为固 态激光器、气态激光器和光纤激光器。相比较固态和气态激光器，光纤激光器具有体积小， 散热好和光束质量高等优点，因此利用光纤激光器输出径向偏振模式成为近几年的研究热 点。目前利用光纤激光器输出径向偏振模式，即TMtll模式的方法主要如下一、在光纤激光器谐振腔中引入一个布儒斯特双圆锥棱镜，根据布儒斯特定律只 有径向偏振的TMtll模式经过棱镜时的损耗最小，其他模式因具有垂直入射面的偏振分量而 发生发射，从而导致较大的损耗，最终光纤激光器获得单模输出TMtll模式的特性。二、光纤放大器利用有源保偏光纤作为增益介质，线偏振种子信号光以恰当的角 度注入有源保偏光纤，从而最大限度地激励LP11模式而抑制LPtll模式，同时对有源保偏光纤 施加压力，其方向与主轴呈45度夹角，通过精确地调节压力大小和角度使两个正交偏振的 LP11模式同相位合成为TMtll模式。以上两种方法各有不足，前者需要在激光谐振腔中引入分立光学元件从而降低了 激光器的输出效率，后者则需要利用辅助工具精确调整种子光源的入射角度，以及施加于 有源保偏光纤上压力的大小和方向，这些既增加了系统的复杂度，同时也给激光器带来不 稳定的因素。

发明内容
本发明所要解决的技术问题要求简化单模输出TMtll模式光纤激光器系统结构， 提高工作稳定性的问题，提出一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤。本发明的技术方案一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤，该有源光纤包括掺杂稀土离子纤 芯和包层；掺杂稀土离子纤芯和包层之间设置非掺杂稀土离子环形纤芯。在非掺杂稀土离子环形纤芯中沿半径方向引入轴对称分布的空气孔，相临空气孔 之间的夹角为360/m度，12 <m< 30，m为整数。在非掺杂稀土离子环形纤芯中沿半径方向引入轴对称分布的空气孔为矩形孔或 圆形孔阵列。本发明的有益结果本发明提供的一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤，是通过在掺杂稀土 离子纤芯与包层之间引入环状非掺杂纤芯，并且引入轴对称分布的矩形空气孔或圆形孔阵
3列，以获得径向双折射，从而导致TMtll模式的限制损耗远远小于TEtll模式和HE21模式，最终 使得光纤激光器中TMtll模式在模式竞争中占据主导地位。利用具有单模输出TM01模式特 性的有源光纤可以获得高径向偏振纯度的输出信号光，不需要额外在谐振腔内引入选模器 件，从而简化了单模输出TMtll模式光纤激光器的系统结构，提高了工作稳定性。


图1矩形空气孔夹角为30度的单模输出TMtll模式的有源光纤结构示意图；图2矩形空气孔夹角为20度的单模输出TMtll模式的有源光纤结构示意图；图3矩形空气孔夹角为12度的单模输出TMtll模式的有源光纤结构示意图；图4圆形空气孔阵列夹角为30度的单模输出TMtll模式的有源光纤结构示意图；附图标号1-掺杂稀土离子纤芯，2-非掺杂稀土离子环形纤芯，3-矩形空气孔， 4-包层，5-圆形空气孔阵列。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤，该有源光纤包括掺杂稀土离子纤 芯1和包层4。掺杂稀土离子纤芯1和包层4之间设置非掺杂稀土离子环形纤芯2。在所述的非掺杂稀土离子环形纤芯2中沿半径方向引入轴对称分布的矩形空气 孔3或圆形空气孔阵列5，相临空气孔之间的夹角为360/m度，12 < m < 30, m为整数。
所述的掺杂稀土离子纤芯1，非掺杂稀土离子环形纤芯2和包层4的折射率分别表 不为 Ii1, n2 禾口 n4。实施例一一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤，如图1所示，由掺杂稀土离子纤芯1， 非掺杂稀土离子环形纤芯2和包层4组成。掺杂稀土离子纤芯1的直径8 μ m，折射率Ii1 = 1. 4573。掺杂稀土离子纤芯1中的稀土离子分布为中间半径为2. 35μπι的圆形区域中稀 土离子浓度为0，其余区域稀土离子浓度为1. 8 X IO2V30非掺杂稀土离子环状纤芯2的外径=20 μ m，在非掺杂稀土离子环形纤芯2中沿 半径方向引入轴对称分布的空气孔为矩形空气孔3，矩形空气孔3的尺寸宽和长分别为 0. Ιμπι和6μπι，相邻矩形空气孔3的夹角为360/12度=30度，矩形空气孔3的折射率η3 =1 ；非掺杂稀土离子环形纤芯2的折射率Ii2 = 1. 449。包层4的折射率η4 = 1. 4508。实施例二实施例二，如图2所示，与实施例一区别掺杂稀土离子纤芯1的折射率Ii1 = 1. 464。 非掺杂稀土离子环状纤芯2的外径=20 μ m,在非掺杂稀土离子环形纤芯2中沿半 径方向引入轴对称分布的空气孔为矩形空气孔3，相邻矩形空气孔3的夹角为360/18度= 20度，矩形空气孔3的折射率Ii3 = 1 ；非掺杂稀土离子环形纤芯2的折射率Ii2 = 1. 46。
包层4的折射率n4 = 1. 4573。
实施例三实施例三，如图3所示，与实施例一区别掺杂稀土离子纤芯1的折射率Ii1 = 1. 4415。非掺杂稀土离子环状纤芯2的外径=16 μ m,非掺杂稀土离子环状纤芯2的折射率 n2 = 1. 421。在非掺杂稀土离子环形纤芯2中沿半径方向引入轴对称分布的空气孔为矩形空 气孔3，矩形空气孔3的尺寸宽和长分别为0. 1 μ m和4 μ m，相邻矩形空气孔3的夹角为 360/30度=12度，矩形空气孔3的折射率Ii3 = 1。包层4的折射率n4 = 1. 43385。实施例四实施例四，如图4所示，与实施例一区别掺杂稀土离子纤芯1的折射率Ii1 = 1. 4573。非掺杂稀土离子环状纤芯2的外径20 μ m,非掺杂稀土离子环形纤芯2中沿半 径方向引入轴对称分布的空气孔为圆形空气孔阵列5，圆形空气孔直径为0. 1微米，圆形 空气孔阵列5的尺寸宽和长分别为0. 1 μ m和6 μ m，相临圆形空气孔阵列5之间的夹角为 360/12度=30度30度，圆形空气孔的折射率=1。非掺杂稀土离子环状纤芯2的折射率Ii2 = 1. 4515。包层4的折射率n4 = 1. 451。具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤参数的设计步骤1.设定有源光纤的基本参数，即掺杂稀土离子纤芯1的直径和折射率；非掺杂稀 土离子环状纤芯2的外径和矩形空气孔的尺寸，相邻空气孔的夹角；包层折射率。2.设定调整非掺杂稀土离子环状纤芯2的折射率，使得TMtll模式的限制损耗远远 小于TEtll模式和HE21模式。3.优化掺杂稀土离子纤芯1中的稀土离子分布，使得TMtll和基模HE11的模场分布 与增益区域的积分值分别达到最大和最小值，从而导致TMtll模式在光纤激光器的模式竞争 中占据主导地位。
权利要求
一种具有单模输出TM01模式特性的有源光纤，该有源光纤包括掺杂稀土离子纤芯(1)和包层(4)；其特征在于掺杂稀土离子纤芯(1)和包层(4)之间设置非掺杂稀土离子环形纤芯(2)；在非掺杂稀土离子环形纤芯(2)中沿半径方向引入轴对称分布的空气孔，相临空气孔之间的夹角为360/m度，12＜m＜30，m为整数。
2.根据权利要求1所述的一种具有单模输出TMtll模式特性的有源光纤，其特征在于 在非掺杂稀土离子环形纤芯(2)中沿半径方向引入轴对称分布的空气孔为矩形空气孔(3) 或圆形空气孔阵列(5)。
全文摘要
本发明公开了一种具有单模输出TM01模式特性的有源光纤，涉及一种具有源光纤。该有源光纤包括掺杂稀土离子纤芯(1)和包层(4)。掺杂稀土离子纤芯(1)和包层(4)之间设置非掺杂稀土离子环形纤芯(2)。在非掺杂稀土离子环形纤芯(2)中沿半径方向引入轴对称分布矩形空气孔(3)或圆形空气孔阵列(5)，相临空气孔之间的夹角为360/m度，12＜m＜30，m为整数。解决了要求简化单模输出TM01模式光纤激光器系统结构，提高工作稳定性的问题。最终使得光纤激光器中TM01模式在模式竞争中占据主导地位。利用该有源光纤可以获得高径向偏振纯度的输出信号光，不需要额外在谐振腔内引入选模器件。
文档编号G02B6/036GK101938080SQ20101021862
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者温晓东, 王春灿 申请人:北京交通大学