[发明专利]采用径向不对称光纤的光学模过滤器

说明书

光纤放大器和/或模过滤器，包括在弯曲长度上以曲率半径卷绕的线性双折射LMA光纤以通过弯曲损耗从支持的高阶模中区分基光学模。LMA光纤可以是具有各种几何芯形状和包层配置的偏振保持(PM)光纤。在一些实施例中，双折射LMA光纤包括径向不对称芯，该径向不对称芯在卷绕的光纤的长度上角度旋转以确保在与相对于芯取向的一些取向关联的正交取向的高阶模中经历弯曲损耗。在一些实施例中，光纤卷绕是二维的，弯曲仅绕一个轴发生。在一些实施例中，将不对称芯预绕转至预定的轴绕转分布。在一些实施例中，通过在卷绕的长度上机械缠绕未绕转光纤来实现芯的角度旋转。

本申请要求2015年12月4日提交的且名称为“采用径向不对称光纤的光学模过滤器(OPTICAL MODE FILTER EMPLOYING RADIALLY ASYMMETRIC FIBER)”的美国临时专利申请系列号为62/263526的优先权，于此通过引用其全部将其并入。

背景技术

光纤激光器工业继续提高激光性能指标(metrics)，诸如平均功率、脉冲能量和峰值功率。提高光纤激光器的平均功率主要由激光二极管泵的亮度和将功率耦合到光纤中的能力所驱动。另一方面，脉冲能量和峰值功率分别由减轻对输出脉冲的时间和谱成分具有不利影响的非线性过程时在光纤中储存和提取能量的能力所驱动。通过使用具有大的芯大小的光纤能够有效地处理这两个问题。

光纤的基横模LP₀₁就束形状、传播通过自由空间期间的最小束扩展(通常称为“受衍射限制的”)、以及最佳聚焦能力来说具有期望的特性。因此，基模LP₀₁传播在光纤激光器工业中通常是优选的。参照示例常规光纤101的横截面视图的图1A，随着芯105的直径的增大，光纤101开始支持一个以上的横光学模的传播。光纤中支持的模的数量随着V数而缩放。V数与光纤的芯直径d_core和芯数值孔径NA_core成正比，而与光纤中传播的光的波长λ成反比：

在一些操作领域中，光纤支持的模的数量大致由V数的平方的一半给出。

能够示出V数小于约2.4的光纤仅支持基模的传播。在具有2.4以上的V数的大模面积(LMA)光纤中，可以传播数个光学模。在LMA光纤中，可以将高阶模(例如，为相邻的最高模的LP₁₁)剥离出光纤的芯，有利于LP₀₁模传播。因此能够强有力地将LMA与支持数百个模的多模光纤区别开，对于该多模光纤，光不是主要以基模被引导的。辨别高阶模的一种常规技术是以某一弯曲半径卷绕LMA光纤，因为高阶模比基模典型地经历更多的弯曲损耗。图1B示例了具有25μm直径的芯、0.07的数值孔径、对波长约1μm的光支持5个模的示范性LMA光纤101的弯曲损耗的图示。

于此为所有目的通过引用其全部而被并入的美国专利8711471号公开了采用三维(3D)芯轴(mandrel)的光学模过滤器，可以在该三维(3D)芯轴上绕两个正交的弯曲轴卷绕诸如LMA光纤101的多模光纤以使得能够剥离具有正交取向的高阶模。提供类似的高阶模剥离功效，但是具有简化的机械设计的LMA光纤光学模过滤器可以提供许多商业益处，包括较小的形状因子(form factor)和/或较低的成本。

附图说明

于此描述的材料是作为范例而示例，而不是要限制附图。为示例的简化和清楚，图中示例的元件不必然按照比例绘制。例如，为清楚，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被夸大。此外，在认为合适的地方，在图中重复了参考标记以指示对应或类似的元件。图中：

图1A是常规LMA光纤的横截面视图；

图1B是示例图1A中示例的常规LMA光纤中的基模和高阶模的弯曲损耗的图示；

图2A、2B、2C、2D、2E以及2F是根据一些实施例的光纤轴垂直于页平面的偏振保持LMA光纤的横截面视图；