[发明专利]具有不对称芯的光纤及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及构造有非圆形芯的光纤，所述非圆形芯被构造为使得沿着光纤的曲线形延伸部基模的有效面积的减少最小化。

背景技术

在不具有大模面积(LMA)有源光纤的情况下，不可能出现高功率光纤激光器系统。随着光纤激光器系统的功率级别增长，对于激光辐射的质量提出了严格的要求。如本领域普通技术人员所公知的(“posita”)，沿着芯引导的模越少，光质量越高。因此，在构造能够以支持期望波长下的基本单一的、近似折射受限的基模的MM光纤的方法做出了大量的努力。一旦MM光纤被恰当地激发，MM芯进一步沿着光路向下引导这种模，而基本不失真。在基本顺直的光纤的背景下，MM芯在很大程度上是正确的。然而，实际上，光纤通常具有弯曲或曲线形的延伸部。

通常对于标准的光纤，例如芯具有阶跃折射率轮廓的光纤，当基模沿着曲线形的延伸部传播时，其有效面积，即在横向尺寸上模有效覆盖的区域的定量测量减小。基模朝向芯的外周的位移使得重叠区域缩减，即与具有增益介质和基模的芯区域共用的区域。同时，高阶模沿着弯曲部朝向芯外周的位移不如基模的情况下那样大。高阶模(HOM)沿着弯曲部朝向芯外周的相对微小的位移可使得HOM的放大率实质上比这些模沿着芯的顺直延伸部的放大率大。HOM的放大率越大，输出束的质量越低。

随着芯面积增加，上述公开的效果变得越来越显著。这些现象看起来是限制芯面积扩大的主要因素之一，因此，也是限制具有阶跃折射率轮廓和至少等于大约30μm芯直径的有源光纤的功率级别的主要因素之一。

图1A和图1B确认了上述情况。图1A示出了沿着9cm半径延伸的32μm芯中的基模位移；图1B示出了沿着15cm半径的110μm芯的模的位移。显然，芯直径越大，模式失真越大。

使得由于弯曲引起的模式失真最小化的光纤制造方法以及光纤构造是公知的。一种已知的结构被构造为具有抛物形折射率轮廓，与阶跃折射率轮廓相比，抛物形折射率轮廓提供了模面积沿着光纤弯曲部较少的减少。还已知不通过基模但是通过一种高阶模的工作的光纤构造，每个高阶模均具有比基模高的Δneff，即相应的芯和模的折射率之间的差。因此，高阶模不像基模那样易于受到光纤弯曲的影响。

发明概述

公开教导了使得沿着MM有源和/或无源光纤的曲线形延伸部的模式失真最小化的MM芯的可选构造、并入光纤的高功率光纤激光器系统以及在激光器系统中使用所公开的光纤构造的方法。

公开的光纤基于表示模式失真的程度的参数S和芯的半径之间的关系。所述关系可近似如下：¹

(¹J.M.Fini“Design of LMA amplifier fibers resistant to bend-induced distortion”，Vol.24，No.8/Augusy/2007，Journal of Optical Society of America)

Δnbend＝ncore*Rcore/Rbend，此处，Δnbend为由于弯曲引起的芯的相应的相对外周段的折射率之间的差，Rcore为芯半径，Rbend为光纤的弯曲半径；

Δneff＝ncore-neff，此处，Δneff为相应的模和芯的折射率之间的差；

基于前面的描述，当Δneff≤Δnbend时，基模位移，这与外芯区域(即，与偏移方向相反的区域或者相对于弯曲中心的区域)的外观相关联。

失真的参数S＝Δnbend/Δneff

由于Δneff～C*(1/Rcore)²，S与R³_core成比例。因此，半径越小，失真越小。

根据公开，有源光纤或无源光纤设置有芯，所述芯具有以不同尺寸的轴为特征的非圆形构造。为了使得沿着弯曲部的模式失真最小化，光纤被定位为以使其最小的轴位于弯曲部的平面中。所公开的光纤的外包覆层被适当地标记以使短轴的取向便于恰当的缠卷以及进一步的安装。

附图说明

通过下列附图的示例进一步详细地描述本公开。

图1A和图1B示出了在沿着分别具有较小半径和较大半径的弯曲部延伸的光纤的圆形形状的芯中模式行为。

图2A和图2B分别示出了依照被公开构造的示例性的椭圆形形状的不对称芯的侧视图和剖视图。

图3示出了对带有表示图2B的不对称芯的短轴方向的识别符号的公开光纤的包覆层进行标记的技术。

图4示出了公开的光纤的不对称芯的变型例。