[发明专利]一种改善有源光纤光子暗化性能的光加固方法及系统

说明书

本发明公开了一种改善有源光纤光子暗化性能的光加固方法及系统，包括利用色心诱发源诱发有源光纤纤芯产生色心；利用缺陷修复源消除色心并诱导部分光纤缺陷修复得到光子暗化性能加固的有源光纤。系统包括色心诱发模块，用于诱发光纤纤芯产生色心；缺陷修复模块，用于消除所述色心并修复光纤缺陷。本发明提供的抑制光子暗化性能的方法不需额外引入掺杂离子或改变基质组份从而降低光纤制备难度减少制备限制，因此容易制备出高性能的有源光纤，实现高斜率效率、高光束质量的高功率单模运行光纤激光器及放大器系统；并且对光纤的结构、制备工艺没有限制性，同时也不受特殊因素限制，通用性强。

技术领域

本发明属于有源光纤领域，更具体地，涉及一种改善有源光纤光子暗化性能的光加固方法及系统。

背景技术

掺镱光纤激光器及放大器已被广泛应用于工业加工、国防军事等领域。光子暗化性能改善是使用掺镱光纤作为增益介质的光纤激光器和放大器继续解决的一个关键问题。光子暗化效应导致光纤激光器及放大器的激光输出功率随着运行时间增加而降低，同时也导致了光纤激光器及放大器系统的热负载增加、模式劣化等一系列问题。从而最终影响掺镱光纤激光器及放大器系统热管理难度增加，功率不稳，光束质量劣化，以及功率攀升受限。

光子暗化效应中色心形成的物理机制过程尚不清晰。其诱发原因推测为泵浦光诱导的基态镱粒子跃迁至上能级态后，在泵浦光能量的继续作用下，发生电子或空穴捕获，电荷转移，或协同上转换发光或能量传递释放更高能光子从而诱发色心等。因此，光子暗化效应的严重程度与镱离子反转程度、镱离子周围的微环境相关。目前改善光纤光子暗化性能的方法已有许多研究报导，改善方法大致可分为两类：一类是基于光纤纤芯组份调节，改变共掺杂离子及掺杂浓度等，降低缺陷、色心形成几率，或中断色心形成过程；一类是基于光纤结构设计，降低光与镱离子的相互作用；一类是基于光纤制备及处理技术，降低缺陷、或使缺陷钝化抑制色心。目前改善光子暗化性能的方法，多集中于基于调节光纤纤芯组份的方式。但是通过共掺杂组份调节来改善光纤光子暗化性能的方法，不可避免地会对光纤其它性能产生影响，从而带来一些限制性问题。例如共掺铈离子，会使光纤纤芯的折射率及数值孔径发生改变，增加纤芯模式数量，降低光纤光束质量，限制有源镱离子掺杂浓度等，需要通过其它辅助手段进行补偿调节；共掺磷离子，或采用磷酸盐基质，会改变镱离子所处的微环境，降低吸收及发射截面、降低荧光寿命等，从而对激光斜率效率产生不利影响；共掺钙离子，会降低纤芯粘度、降低光纤机械性能、热性能及损伤阈值等，从而限制光纤在高功率等场景中的应用。

而基于光纤结构设计，对光纤纤芯结构存在特殊性要求。基于光纤制备及处理技术，如采用新的光纤预制棒制备技术，通用性不足。例如先采用伽马射线、X射线或者电子束中的一种或多种辐照掺镱光纤，使光纤光诱导缺陷，随后对光纤进行载氢处理，获得具有抗光子暗化效应的掺镱光纤。但该方法强依赖于氢分子。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种改善有源光纤光子暗化性能的光加固方法及系统，旨在解决掺镱光纤在系统运行中纤芯损耗增加输出激光功率衰退的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种改善有源光纤光子暗化性能的光加固方法，包括：

利用色心诱发源诱发有源光纤纤芯产生色心；

利用缺陷修复源消除色心并诱导部分光纤缺陷修复得到光子暗化性能加固的有源光纤。

优选地，色心诱发源为光源或者辐射源，色心诱发光源的波长位于有源离子的吸收波范围内，注入方式为纤芯注入或者包层注入，注入的功率密度范围为3W/um²～1000W/um²；色心诱发辐射源包括高能射线、电子束或者中子束等，但不限于这几种方式，注入方式为光纤均匀辐照，辐照总剂量的范围为0.1kGy～30kGy。