[实用新型]基于光纤激光器的大模场光子晶体光纤

说明书

本实用新型涉及一种基于光纤激光器的大模场光子晶体光纤，包括完美匹配层、纤芯层和包层，包层置于纤芯层外部，完美匹配层置于包层外部；包层包括呈正六边形周期性排列的多个直径均为d的空气孔Ⅰ；纤芯层包括呈正九边形周期性排列的九个直径均为d₂的空气孔Ⅱ、九个直径均为d₁的空气孔Ⅲ；空气孔Ⅱ、空气孔Ⅲ间隔分布；九个空气孔Ⅱ分别置于正九边形的九个端点处；九个空气孔Ⅲ分别置于正九边形的九个边中点处；空气孔Ⅰ直径d为3μm；空气孔Ⅱ直径d₂为11μm；空气孔Ⅲ直径d₁为5μm；包层空气孔间距Λ为15μm。本实用新型具有低损耗、低非线性和大模场面积等特性，可实现光纤激光器高功率、高光束品质的激光输出。

技术领域

本实用新型属于光子晶体光纤技术领域，具体涉及一种基于光纤激光器的大模场光子晶体光纤。

背景技术

光纤激光器在高速率、密集波分复用(DWDM)通信系统、高精度传感技术和大功率激光加工等方面呈现出潜在的技术优势和广阔的应用前景,已成为国际学术界、工程界的热门研究对象。

光纤激光器与其他类型激光器相比较其优点为:(1)泵浦功率低、增益高、输出光束质量好；(2)与其他光纤器件兼容,可实现全光纤传输系统；(3)使用光纤作为基体,其结构具有较高的比表面积,因而散热好；(4)体积小,携带方便；(5)光纤激光器可以作为光孤子源实现光孤子通信。

光纤激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔、传输介质四个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤等，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔，传输介质一般选取模场面积较大的光纤。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光通过传输光纤进行输出。

目前主流的提高光纤激光器功率的方法为：

(1)采用同带抽运、混合抽运等高效抽运方式。与直接用半导体泵浦激光器(Laserdiode-band：LD)抽运不同，同带抽运一般采用激光器进行二次抽运，激光器的输出尾纤纤芯通常比目前商用的多模LD尾纤纤芯小一个量级，因而可提高抽运亮度，从而增加了可注入双包层光纤的抽运光功率；

(2)采用与激光波长更为接近的抽运光可降低量子亏损，减轻光纤内的热负载，从而提高激光器的效率；

(3)基于主振荡功率放大结构(MOPA)结构的特点，可用窄线宽、低功率、光束质量优良的种子源经过放大得到高功率窄线宽输出。

缺点是：

采用同带抽运、混合抽运等高效抽运方式可增加注入双包层光纤的抽运光功率，但是由于双包层光纤受非线性效应、光损伤及弯曲损耗等物理机制的限制，很难更大幅度地提高单个激光器的功率。

原因是：

传统光纤是实芯结构，单模模场面积较小，光纤材料的损伤阈值较大。

传统光纤内包层数值孔径较小，抽运光的耦合效率较低，使用长度较长的光纤才可实现高功率输出。

综上，对于传统光纤结构，较难通过改善光纤结构提升光纤性能。

针对上述传统技术存在的诸多缺点，可以从以下几个方面对现有技术进行改善：

(1)降低光纤材料的损伤阈值：引入光子晶体光纤(Photoniccrystalfiber；PCF)作为光纤激光器的传输介质，PCF易于实现单模大模场面积，在保证激光传输质量的同时，显著降低光纤中的激光功率密度，减小光纤中的非线性效应，进而提高光纤材料的损伤阈值。