在大模式面积环光纤中增加高阶模抑制的方法及其系统与流程

背景技术：

1、本公开的实施例一般地涉及高阶模抑制。一般而言，光纤激光器可以是其中主动增益介质是掺杂有诸如铒、镱、钕、镝、镨、铥、钬等稀土元素的光纤的激光器。光纤激光器涉及掺杂的光纤放大器，掺杂的光纤放大器在不产生激光的情况下提供光放大。光纤激光器的发展创造了在不同应用和实施方式中使用的机会。光纤激光器被大量使用在既需要高功率又需要高光束质量的工业激光加工应用中。例如，金属和金属合金的激光切割和激光焊接等。纤芯(core)一般用由多个二极管激光器提供的泵浦辐射供给能量。二极管激光器有效地将电功率转化到光功率，光功率可以被导向到增益光纤中。在“包层泵浦”布置中，泵浦辐射被沿着套在纤芯上的泵浦包层中的增益光纤引导。外包层套在泵浦包层上。

2、光纤激光器的某些应用要求特定的功率水平。为了实现某些光纤激光器应用需要的要求功率水平，可以组合若干激光器以增加功率。光纤激光器可以使用光谱组合或相干组合来组合。对光纤激光器的输出功率进行扩展受到诸如受激布里渊散射(sbs)、受激拉曼散射(srs)，自相位调制(spm)等非线性的限制。特别地，对于为窄线宽操作设计的光纤激光器而言，sbs是主要的非线性。相比而言，针对不需要窄线宽的商业应用设计的光纤激光器一般受srs限制。

3、减少非线性并且增加输出功率的一个方法是增加光纤的基模的有效面积。然而，当光纤的有效面积增加时，维持光纤的单模式操作变得更加困难。在特定点，当有效面积增加并且高阶模(hom)损耗减少时，横向模式不稳定性(tmi)成为增加输出功率的限制因素，而不是非线性。

4、tmi发生在通过量子缺陷加热生成的热致折射率光栅将基模耦合到高阶模时。通常地，线偏振(lp)lp11模式是关注的主要hom。当模式耦合到一起时，激光器的输出以khz频率在基模和hom之间随机地波动，导致显著的噪声和降低的光束质量。tmi阈值通常通过增加hom的弯曲损耗来增加，但是这也会增加基模信号的损耗并且减少光效率，限制了可实现的hom损耗。

5、因此，在用于高功率光纤激光器的光纤的设计中存在天然取舍。增加有效面积会增加非线性的阈值，但是降低tmi的阈值。而且，通过增加hom弯曲损耗增加tmi阈值会降低光效率。各种简单阶跃折射率分布已经被优化以平衡这些限制。这些光纤的基模的有效模场直径(mfd)(定义为2*(有效面积/π)^0.5)通常小于20微米、lp01弯曲导致的损耗被保持在小于2db/m、并且高阶模损耗>200db/m。然而，这些设计是极其敏感的，导致光纤制造中的低产量。超出用现有设计目前可实现的输出功率的进一步扩展是不可实现的。存在对用于增加这些光纤的高阶模损耗的新方法的需求。

技术实现思路

1、本公开的实施例通常涉及在具有包层中的环的大模式面积光纤中增加高阶模抑制的方法。该方法可以提高横向模式不稳定性(tmi)阈值并且允许为了较高功率的进一步模场直径(mfd)扩展。此外，该方法也可以通过加宽能够得到期望的非线性和tmi阈值的折射率分布的范围来增加光纤制造产量。

2、本公开的实施例也可以包括光纤，光纤可以包括具有一组纤芯属性的纤芯；围绕纤芯的包层环；其中光纤具有在14微米和40微米之间的基模有效模场直径(mfd)；并且其中光纤展现高阶模损耗lhom。在一些实施方式中，光纤可以包括在14微米和37微米之间的基模有效mfd。

3、本公开的实施例也可以包括光纤，光纤包括：具有一组纤芯属性的纤芯；围绕纤芯的包层环，包层环在距纤芯的边缘3微米到15微米之间开始；其中光纤具有在14微米和40微米之间的基模有效模场直径(mfd)；其中光纤展现高阶模损耗lhom以及高阶模功率重叠phom。

4、本公开的实施例也可以包括在大模式面积环光纤中增加高阶模抑制的方法，包括：提供光纤，光纤包括：具有小于2e-3的δn的纤芯；围绕纤芯的包层环，包层环在距纤芯的边缘3微米到15微米之间开始；其中光纤具有在14微米和40微米之间的基模有效模场直径(mfd)；其中光纤展现高阶模损耗lhom以及高阶模功率重叠phom；并且通过光纤传播光。

技术特征：

1.一种光纤，包括：

2.根据权利要求1所述的光纤，进一步包括围绕纤芯的第二包层环。

3.根据权利要求1所述的光纤，进一步包括：

4.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤的lhom是不具有包层环的具有所述一组纤芯属性的光纤的至少1.5倍。

5.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤展现高阶模功率重叠phom。

6.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤的phom比不具有包层环的具有所述一组纤芯属性的光纤少至少30％。

7.根据权利要求1所述的光纤，其中所述一组纤芯属性包括：

8.根据权利要求1所述的光纤，其中所述环在距纤芯的边缘3微米和15微米之间开始。

9.根据权利要求1所述的光纤，其中所述环包括的δn<0.7x环的δn。

10.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤包括在14微米和37微米之间的基模有效mfd。

11.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤包括在5cm和30cm之间的弯曲直径处发生的小于1db/m的基模损耗。

12.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤包括在基模损耗小于1db/m的弯曲直径处的大于300db/m的高阶模损耗。

13.一种光纤，包括：

14.根据权利要求13所述的光纤，其中所述光纤包括在14微米和37微米之间的基模有效mfd。

15.根据权利要求13所述的光纤，进一步包括围绕纤芯的第二包层环。

16.根据权利要求13所述的光纤，其中所述包层环的边在牵拉期间获得斜率。

17.根据权利要求13所述的光纤，其中所述光纤的lhom是不具有包层环的具有所述一组纤芯属性的光纤的至少1.5倍。

18.根据权利要求13所述的光纤，其中所述光纤的phom比不具有包层环的具有所述一组纤芯属性的光纤少至少30％。

19.根据权利要求13所述的光纤，其中所述一组纤芯属性包括：

20.根据权利要求13所述的光纤，其中所述环包括的δn<0.7x环的δn。

21.根据权利要求1所述的光纤，其中所述光纤包括在5cm和30cm之间的弯曲直径处发生的小于1db/m的基模损耗。

22.一种在大模式面积光纤中增加高阶模抑制的方法，包括：

技术总结
本公开的实施例通常涉及在大模式面积环光纤中增加高阶模抑制的方法。该方法可以提高横向模式不稳定性(TMI)阈值并且允许为了较高功率的进一步模场直径(MFD)扩展。本文中所公开的是具有一组纤芯属性的纤芯、围绕纤芯的包层环、其中光纤具有14微米和40微米之间的基模有效MFD；以及其中光纤展现高阶模损耗L<subgt;HOM</subgt;。

技术研发人员：P·克里斯藤森,J·W·尼科尔森
受保护的技术使用者：OFS菲特尔有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15