[发明专利]一种包层泵浦光吸收系数的测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种包层泵浦光吸收系数的测量系统及测量方法，测试系统包括宽带光源；第一无芯光纤，所述第一无芯光纤用于将宽带光源输出的激光转化为平顶光并将平顶光输入被测光纤中；以及光谱分析仪，所述光谱分析仪用于接收被测光纤输出的剩余泵浦光；测试方法包括以下步骤：S01、被测件连接；S02、一次测量；S03、被测光纤截断；S04、二次测量；S05、吸收系数计算；通过设置第一无芯光纤，只需要保证第一无芯光纤的内包层直径、内包层数值孔径与被测光纤的内包层直径、内包层数值孔径相同，并且测量时只需要截断一次被测光纤并且每次截断只需要测量一个数值，简化了测量过程。

技术领域

本发明涉及泵浦光吸收系数测量的技术领域，更具体的说，它涉及一种包层泵浦光吸收系数的测量系统及测量方法。

背景技术

光纤激光器的工作机理是由一个或多个高功率激光二极管发出的泵浦光耦合进入作为增益介质的掺稀土元素光纤，被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。泵浦光耦合进入增益光纤为其中重要的一环。与传统的单模光纤相比，双包层光纤通过设计光纤结构和选择合适的材料，在掺稀土离子的纤芯外面形成一个可以传输多模泵浦光的通道——内包层。其横向尺寸和数值孔径都比纤芯大得多，但折射率比纤芯小，使得多模半导体泵浦激光以斜射的方式进入尺寸较大的内包层，在内包层中传输时以折线的方式不断穿越纤芯，同时被其中的掺杂的稀土离子吸收，而在纤芯中形成激光振荡，产生的激光沿纤芯传播。通过这种技术，极大地提高了耦合效率和泵浦效率，为光纤激光器输出功率的提升作出了重大贡献。

因此，光纤对包层泵浦光的吸收系数，是光功率传输过程中的一个重要的度量参数，其决定了激光系统中所需的增益光纤长度，从而与激光器运行过程中的非线性效应等现象的抑制密切相关，直接决定了激光器的转换效率和输出功率，是优化光纤系统的重要基础。同时，对包层吸收系数的精确测量，有利于不断完善光纤预制棒的制备，实现更高性能光纤的拉制, 对光纤、光纤器件和光纤系统的设计及使用者，都起着十分重要的作用。

理论上光纤的包层吸收只与光纤材料性质、掺杂离子的吸收波长、光纤内包层结构等本征因素有关，但采用现有的测试方法，即使是同一根光纤，测试结果也具有较大差距，测试条件的不同会对其产生极大的影响。主要原因是实际上在泵浦光传输过程中，不是所有的光都能经过纤芯，当泵浦光入射到内包层后，很多模式在纤芯区域没有功率分布，产生了“螺旋效应”，这些没有被吸收的螺旋光会残余在包层中由被测光纤输出。因此，如果光纤测试长度选取过长，在光纤靠后段的长度上只有不被吸收的螺旋光，则会造成吸收系数测试值偏小；当光纤长度选取过短，光纤内模式未稳定也可能导致吸收系数测试值偏大；当光纤本身具有一定的弯曲，会改变部分螺旋光的反射角使其被吸收，同样会使吸收测试值偏大；另外，有源光纤本身的应力和温度等状态也会产生模式扰动现象，导致包层吸收在沿光纤传输方向呈不稳定性，测试结果的误差会随光纤长度的增长而变大，且这种现象对于吸收截面较大的波长更为明显。这些因素都导致了包层泵浦光吸收系数测量的不准确性。

现有技术当中，申请号为201710523874.9的中国发明专利当中公开了一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其中应用到了光纤合束器和高反光栅，消除了ASE（放大自发辐射）光源对测试结果的影响，但需要与待测光纤相同纤芯直径/数值孔径、内包层直径/数值孔径的高反光栅进行匹配以排除熔点的影响，在测量不同尺寸的待测光纤时成本较高，且测量过程中需要将光纤由长到短，不同长度下取值，且每个长度下测量不同功率下的值，过程复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种包层泵浦光吸收系数的测量系统，其通过设置第一无芯光纤，只需要保证第一无芯光纤的内包层直径、内包层数值孔径与被测光纤的内包层直径、内包层数值孔径相同，并且测量时只需要截断一次被测光纤并且每次截断只需要测量一个数值，简化了测量过程。