阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤的制作方法
【专利摘要】阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤属于光纤激光【技术领域】。现有技术在增益光输出中基模光功率比例不高。本发明之阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤为一种大芯径多模光纤，具有双包层结构，在纤芯掺杂半径R'1内掺杂稀土离子，其特征在于，掺杂离子浓度N其分布划分为两个区域，纤芯半径R1范围内的0～R0圆形区域为阶跃区，R0为阶跃区半径，R0<R'1，在阶跃区内掺杂离子浓度N分布为阶跃型，掺杂离子浓度N为最大值Nmax；纤芯半径R1范围内的R0～R'1圆环区域为高斯区，在高斯区内掺杂离子浓度N分布为高斯型，掺杂离子浓度N由下式决定：<img file="DDA0000447297240000011.TIF" wi="722" he="184" />式中：r为所述增益光纤的光纤半径。
【专利说明】阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤，属于光纤激光【技术领域】。
【背景技术】
[0002]增益光纤用作波长转换器、光放大器、光纤激光器等，具有双包层结构，光纤自里向外依次为纤芯1、内包层2、外包层3、保护层4，如图1所示，纤芯1、外包层3为圆形，纤芯I的半径为纤芯半径R1,内包层2 —般采用异形结构，其截面形状有椭圆形、矩形、梅花形、D形及六边形等，常用矩形，如正方形，此时，内包层2半径R2指正方形内切圆半径，矩形内包层2能使激光转换效率提高到50%。纤芯1、内包层2、外包层3的折射率依次为Ii1、n2、n3，并且nAnprv在纤芯I掺杂半径R’ ι内掺杂稀土离子，掺杂半径R’!小于纤芯半径泵浦源为两个或者四个高功率半导体激光器，泵浦光自双包层光纤两端进入内包层2，由内包层2与外包层3的界面多次全反射，穿越纤芯1，为掺杂离子提供泵浦能量，获得增益光，单根光纤已经实现了 1000W的增益光单模连续输出。
[0003]作为功率器件的增益光纤，为了符合大功率工作状态的要求，通常设计为一种大芯径多模光纤，由于模式竞争，使得增益光中含有高阶模。掺杂离子在纤芯I中的浓度分布通常为阶跃型， 如图2所示，也就是在掺杂半径R’ift，各处掺杂离子浓度N均为一个相同的掺杂离子浓度最大值Nmax。因此，在光增益过程中，呈现为基模、高阶模同时增益和输出的形态，增益光质量不高；同时也浪费泵浦能量。为了解决这个问题，在现有技术中出现了一种抛物线型掺杂离子浓度分布方案，如图3所示，在掺杂半径R’ ι内，掺杂离子浓度N随光纤半径r自中心O开始的增大，从掺杂离子浓度最大值Nmax沿抛物线递减，当光纤半径r达到掺杂半径IT1时，掺杂离子浓度N递减为零。依该方案，处在模场周边区域的高阶模增益得到抑制。然而，在掺杂离子浓度最大值Nniax相同的前提下，处在模场中心区域的基模增益相对于阶跃型也有所降低。况且，单边抛物线无拐点，为一个完整的凸曲线，掺杂离子浓度N未能随光纤半径r自中心O开始的增大而快速递减，对高阶模增益的抑制效果并未达到最佳。
【发明内容】
[0004]为了提高大芯径多模增益光纤的基模增益，抑制高阶模增益，提高增益光质量，我们发明了一种阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤。
[0005]本发明之阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤为一种大芯径多模光纤，具有双包层结构，在纤芯I掺杂半径R’!内掺杂稀土离子，其特征在于，如图4所示，掺杂离子浓度N其分布划分为两个区域，纤芯半径R1范围内的O~Rtl圆形区域为阶跃区，R0为阶跃区半径，R0<R' i，在阶跃区内掺杂离子浓度N分布为阶跃型，掺杂离子浓度N为最大值Nmax ；纤芯半径R1范围内的Rtl~R’ i圆环区域为高斯区，在高斯区内掺杂离子浓度N分布为高斯型，掺杂离子浓度N由下式决定:
【权利要求】
1.一种阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤，为一种大芯径多模光纤，具有双包层结构，在纤芯(I)掺杂半径R’!内掺杂稀土离子，其特征在于，掺杂离子浓度N其分布划分为两个区域，纤芯半径R1范围内的O~Rtl圆形区域为阶跃区，Rtl为阶跃区半径，R/R’p在阶跃区内掺杂离子浓度N分布为阶跃型，掺杂离子浓度N为最大值Nmax ;纤芯半径R1范围内的Rtl~R’工圆环区域为高斯区，在高斯区内掺杂离子浓度N分布为高斯型，掺杂离子浓度N由下式决定:
2.根据权利要求1所述的阶跃高斯复合型掺杂离子浓度分布增益光纤，其特征在于，阶跃区半径Rtl与掺杂半径R’!的具体关系为=Rtl=0.5~0.7R’ lt)
【文档编号】G02B6/036GK103728691SQ201310739272
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】马晓辉, 金亮, 邹永刚, 徐莉, 张贺 申请人:长春理工大学