[发明专利]旋转的非圆形且非椭圆形的纤芯光纤以及使用其的设备

说明书

提供了用于模式辨别的光纤，所述光纤包括中央纤芯以及布置在所述中央纤芯的周围的包层。所述中央纤芯具有非圆形且非椭圆形的截面，并且其以选定的节距围绕沿光纤的长度的所述光纤的一条中心轴线旋转，导致对于大纤芯尺寸具有基础模式光束输出的能力。光学系统包括被配置为提供种子光束的种子光源以及被配置为接收并放大所述种子光束的光学放大器。所述光学放大器还包括有源光纤，所述有源光纤具有围绕所述有源光纤的中心轴线旋转的大模场面积的非圆形且非椭圆形的纤芯，以提供模式辨别和基础模式输出。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2013年3月15日提交的美国临时专利申请US 61/800970的优先权，该申请的全部内容通过引用方式被整体纳入本文中。

背景技术

1.技术领域

总体来说，本发明的技术领域为光纤。更具体地，本发明涉及大模场面积光纤及其单模操作。

2.背景技术

日益重要的是使得产业跟上小尺度技术的发展。由于具有处理各种材料并且是在小尺度上处理的能力，激光系统非常适于相应技术中的精确处理应用。特别地，由于其除了其它优点之外的紧凑、高效、成本可取性以及潜在的单模性能，高功率光纤激光器非常适于这种精确应用。然而，为了增加利用光纤的这种系统的功率能力，存在各种障碍。例如，在一些方法中，光纤激光器的功率扩展需要大模场面积光纤来提供单模性能，即使这种光纤的纤芯尺寸增加至实际的单模范围之外的直径，诸如约25μm或更小。高阶模式的启用往往使来自光纤的输出束的束质量严重恶化，这导致低于最佳性能并限制输出功率扩展。已研发的用于使功率壁垒符合混合结果的各种方法要么仍在研发要么非常昂贵。因此，仍需要能够扩展至更高功率的光纤激光器系统。

发明内容

为了将光纤激光器系统扩展至更高的功率，设计并在本文公开了新型的光纤，其允许在能够保持单模操作或另外地对高阶模式提供相当大抑制的光纤激光器系统中使用大纤芯大模场面积光纤。具体地，新型光纤包括围绕其轴线旋转的非圆形且非椭圆形的中央纤芯结构。非圆形且非椭圆形的纤芯结构打破了传统光纤的旋转对称，并且提供了模式辨别的可能性，而纤芯围绕光纤的轴线的旋转提供了模式加扰和耦合。上述二者的结合产生了模式辨别，即使纤芯尺寸以及对应的光束功率被扩展至单模体制之外。对于本文中具有不同大纤芯尺寸的光纤，可以改变并选择特定的旋转周期，对于该特定的旋转周期，光纤的基础模式在工作波段内具有低传输损耗，而光纤的高阶模式具有高传输损耗。以此方式，可以在沿光纤传播时有效地抑制高阶模式，而基础模式将保持不变或基本上不受影响。因此，这种光纤将具有大模场面积，并且同时继续提供稳定的单模操作。本文中的光纤可以通过如下方式制造，即，通过提供具有非圆形且非椭圆形的纤芯截面的预成型件，然后以对应于期望的模式辨别性能的预定旋转速率拉动该预成型件。

根据本发明的其它方面，提供了光纤激光器和光纤放大器，其能够被扩展至极高的功率同时保持单模操作。根据另外的其它方面，提供了光谱过滤器，其能够使得进一步扩展光纤激光器和光纤放大器的功率并且能够对级联拉曼放大器提供额外的益处。

根据以下参照附图进行的详细说明，将明了前述以及其它目标、特征和优点，其中附图不必是按比例的。

附图说明

图1是根据本发明的一个方面的光纤的截面的透视图。

图2A是图1所示的光纤的截面视图。

图2B至图2F示出根据本发明的其它方面的光纤的另外的截面视图。

图3A是光传输损耗谱的图表。

图3B是示出根据图3A所示的光传输损耗谱的光纤的截面视图。

图4A是光传输损耗谱的图表。

图4B是示出根据图4A所示的光传输损耗谱的光纤的截面视图。