[发明专利]一种双包层掺镱光纤

说明书

本发明公开了一种双包层掺镱光纤，涉及光纤技术领域，所述光纤由内到外依次包括纤芯、内包层和外包层，所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少四个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，所述中心芯区和四个所述环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加，且所述内包层和外包层均为石英包层。本发明提供的双包层掺镱光纤，优化了掺镱光纤的功率分布，提高其在高功率光纤激光输出条件下的稳定工作能力。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种双包层掺镱光纤。

背景技术

半导体激光器和光纤材料是二十世纪的两大发明，两者的结合直接推动了光纤通信和光纤激光器的发展与产业应用。光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术，早在1961年，美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。而80年代低损耗的掺铒光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。

近年来，随着双包层掺镱光纤的研制成功，以掺镱光纤为核心元件的光纤激光器开始快速发展。随着半导体激光器抽运技术和光纤光栅技术的不断成熟，光纤激光器的输出功率也在不断提升，光纤激光器单纤单模最高输出已可达10kw，在工业、国防、医疗、航天等领域的应用潜力也越来越大。

在高功率光纤激光器中，热效应管理和抽运功率提升是限制其激光输出功率提升的两个关键因素。为了提升抽运功率，目前高功率光纤激光器采取包层泵浦模式，即将半导体激光形成的抽运光泵浦进入双包层掺镱光纤的石英包层，再经由石英包层的全反射，来回穿梭，反复经过纤芯，从而将纤芯的镱离子由基态泵浦进入高能态。因此，对于高功率光纤激光器，普遍使用大直径的双包层掺镱光纤，并且为了打破螺旋光，提高抽运光来回穿梭纤芯的比例，采取非圆形的石英包层结构。另外，为降低石英材料的光吸收，减少长时间高功率激光工作条件下，石英包层的热量提升带来的后续掺镱光纤稳定工作问题，石英包层普遍采取纯石英材料模式。

但是，由于掺镱纤芯会发生激光跃迁产生的量子亏损，这一比例约在抽运光能量的10％以内，此外能级间的无辐射跃迁和光纤的背景损耗使热负荷会进一步增加。纤芯内的热量沉积将使光纤温度随着抽运功率的增加而不断升高，这将可能引起涂层材料的老化或损伤。另外，即使是非规整的石英包层形状也难以打破所有螺旋光模式，使抽运光仍然有部分会难以进入纤芯，导致高功率的抽运光在石英包层内无谓传输。这些因素，随着光纤激光器的功率达到千瓦以上，进入三千瓦、五千瓦乃至万瓦级别时，这些微小的以往人们不加以过多关注的因素将会产生重大影响，从而导致高功率激光器难以稳定工作，甚至会短时即失效。

因此，需要结合高功率光纤激光器发展出现的新要求，对掺镱光纤进行研究，这需要在兼顾现有光纤激光器整体工业设计框架下，开展新的设计研究，从而为满足高功率光纤激光器稳定工作的掺镱光纤的规模生产奠定基础。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双包层掺镱光纤，优化了掺镱光纤的功率分布，提高其在高功率光纤激光输出条件下的稳定工作能力。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种双包层掺镱光纤，所述光纤由内到外依次包括纤芯、内包层和外包层，所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少四个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，所述中心芯区和四个所述环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加，且所述内包层和外包层均为石英包层。

在上述技术方案的基础上，所述内包层和外包层的横截面均为正八边形结构，且所述内包层的顶点位于所述外包层边长的中心线上。

在上述技术方案的基础上，所述内包层横截面为正八边形结构，所述外包层横截面为中心对称的十六边形，所述十六边形由八条长边和八条短边交替连接而成，所述，且所述内包层的顶点位于所述外包层长边的中心线上。