[实用新型]一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器

说明书

本实用新型提出了一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、掺磷光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与掺磷光纤的一端相熔接；掺磷光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。其中三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，纤芯掺杂P₂O₅，第一包层掺杂GeO₂，第二包层为SiO₂，第三包层为涂覆层，且折射率由内至外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。本实用新型可大幅降低热负载，进一步提升拉曼光纤激光器的输出亮度和功率。

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体地涉及掺磷光纤以及拉曼光纤激光器。

背景技术

光纤激光器因其结构简单紧凑、工作稳定可靠、光束质量好、效率高等优点而具有极高的研究意义和应用价值，在国防工业、医疗安全和光纤通信等领域具有重要应用。基于光纤中受激拉曼散射的拉曼光纤激光器，具有波长灵活、增益谱宽等优势，可同时实现高功率与宽波段输出，自发明以来逐渐成为光纤激光技术领域的研究热点。

常规拉曼光纤激光器主要通过纤芯泵浦技术将泵浦光耦合到普通单模光纤的纤芯中。然而，受限于光纤的纤芯尺寸，这种泵浦方式难以耦合较高功率的泵浦光，极大地限制了输出拉曼激光的功率和亮度提升，其中普通的单模光纤如图3所示。基于单模光纤在耦合泵浦光方面的困难，以包层泵浦技术为目的的双包层甚至三包层光纤被研发出来，极大地增加了光纤截面积，提升了泵浦功率的注入能力。为了满足不同需要，常见三包层光纤靠近纤芯的两个包层中有一层的折射率较低，这种内部包层低折射率的设计使得三包层光纤的制作工艺更为复杂、拉制难度加大，极大地限制了三包层光纤在光纤激光器中的应用。

常规的拉曼光纤激光器采用无掺杂的硅基光纤或者掺锗硅基光纤作为增益介质，泵浦光在无源光纤中传输时发生受激拉曼散射效应，主要利用拉曼增益谱中频移在13.2THz处的拉曼增益峰提供增益，量子亏损在5％左右，这会导致激光器的转换效率较低，产生热透镜、热致模式不稳定等效应，制约着拉曼光纤激光器的功率提升。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种三包层掺磷光纤以及基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

本实用新型提供一种三包层掺磷光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包覆有第一包层、第二包层和第三包层，纤芯为掺杂五氧化二磷的纤芯，第一包层为掺杂二氧化锗的包层，第二包层为二氧化硅包层，第三包层为涂覆层，且折射率由内到外从纤芯、第一包层到第二包层逐渐递减。与常见的三包层光纤相比制作难度和成本大大降低。目前尚未有纤芯掺杂磷元素的三包层光纤的报道。本实用新型纤芯掺杂五氧化二磷(P₂O₅)，利用磷元素拉曼增益谱上频移较小的拉曼增益峰(频移4THz)提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，量子亏损减小至常规的基于13.2THz拉曼峰的拉曼激光器的1/3左右。

进一步地，所述掺磷光纤的纤芯为同时掺杂三氧化二镱(Yb₂O₃)的纤芯。

本实用新型还提供基于掺磷光纤的拉曼光纤激光器，该拉曼光纤激光器中的拉曼光纤为三包层掺磷光纤。