率分布，包括抛物线型、多阶跃型、三角型、下凹型、等级型等。如本文先前提到的，根据本发明的光纤可以是有源的或无源的。有源光纤可以包括镱掺杂、铒掺杂、铒-镱共掺杂、铥掺杂、钬掺杂、钕掺杂、铋掺杂以及其它掺杂物。无源光纤典型地包括锗掺杂、铝掺杂、多离子共掺杂或其它掺杂物组合。在一些实施方案中，光纤可以是感光的。本文中光纤的包层构造可以是所示的圆形或不是圆形，包括椭圆形、多边形、矩形、D形、花形以及不规则形。光纤的一些实施例可以包括单层或多层涂层，诸如丙烯酸酯、硅树脂、多聚物、碳、金属、纳米粒等，而其它实施例可以省略涂层。根据本发明的一些实施例的光纤可以支持线性、圆形、椭圆形、径向、方位角或其组合，涡旋或复杂偏振状态。在一些实施例中，可以使用长度短且具有大包层尺寸的棒型光纤。此外，一些光纤实施例可以包括沿光纤轴线具有变化的涂层或纤芯尺寸(或两者)的纵向成锥形的光纤。
[0029]根据本发明的一些制造方法包括通过使用八边形(或其它预选的非圆形且非椭圆形的纤芯结构)内孔套筒管来套住纤芯棒预成型件。随后慢慢地拉动光纤同时以预定的或动态控制的速率旋转该预成型件。
[0030]根据本发明的光纤的不同实施例可以用于许多类型的光纤激光器和光纤放大器系统。这些系统将趋于从本文的新型光纤中显著受益，特别是关于束质量、指向稳定性、非线性效应以及物料损毁阈值。图6示出了根据本发明的利用本文所述的光纤的光纤激光器系统的一个实施例并且总体用44标示。脉冲种子源激光器可操作用于在预定的脉冲宽度和重复频率提供相对低功率的激光脉冲。例如，一种合适的脉冲宽度可以为10ps并且合适的重复频率可以为10MHz。可以使用以其它脉冲宽度和重复频率为特征的其它种子源。在典型实施例中，使用一个或更多个预放大级将激光器脉冲的平均功率放大至数瓦特。还在各级之间使用一个或更多个光学隔离器以阻止不期望的反馈。
[0031]栗浦合束器(pump combiner)被配置为将来自一个或更多个栗浦激光二极管的栗浦光耦合到无源光纤的包层中，并且将来自放大的种子源的信号光耦合到无源光纤的纤芯中。然后，可以将无源光纤接合至本发明的示例性有源光纤中。替代地，无源光纤也可以是本发明的光纤。有源光纤可以具有八边形纤芯构造或根据本发明的其它纤芯结构。有源光纤具有以本文所述的5mm的预定节距进行旋转的旋转纤芯结构，和诸如60 μπι的大直径的纤芯。可以使用其它节距和纤芯直径。
[0032]在优选实施例中，有源光纤为3m长度、镱掺杂和双包层的。根据本发明的这种光纤被配置为对于LPm模式提供低的光传输损耗(诸如0.2dB/m)，而对于在约1060nm的工作波长的所有高阶模式提供高的光传输损耗(诸如大于20dB/m)。在接合点由于模式场不匹配和大的纤芯尺寸而可以激发多个模式的实施例中，高阶模式将继续经受高传输损耗并且将因此被抑制。输出光束的特征在于高增益和单模传播。输出束的对应模场直径可以超过50 μπι，与常规大模场面积光纤相比，非线性效应阈值增加约5倍，其通常达到最大模场直径22 μπι。
[0033]本发明的一些光纤示例可以用于谱过滤。参照图7Α和7Β，示出了不同纤芯旋转节距和纤芯结构的光谱响应的多个图表。图7Α示出了针对特定的旋转节距4.7mm在不同的纤芯尺寸下的第一列的5条光谱响应曲线，以及针对稍大的旋转节距5mm在不同纤芯尺寸下的第二列的5条光谱响应曲线。图7B示出了针对3个更大的螺旋节距5.3mm、5.6mm和
5.9mm对于与图7A所列出的不同纤芯尺寸的三个额外列的5条曲线。与LPqi模式相关联的光传输损耗展示急剧的光谱响应并且关于纤芯尺寸和旋转节距可变。因此，光纤纤芯结构和纤芯旋转节距可以被配置为提供光谱过滤。相应的光谱过滤可以用于光纤激光器、光纤放大器以及无源光学组件。
[0034]在根据本发明的光谱过滤的一个应用中，光纤被配置为在1064nm处具有低的光传输损耗，并且在11 1nm处具有高的光传输损耗，所述11 1nm是在受激拉曼散射(SRS)平移波长的附近或近似于受激拉曼散射(SRS)平移波长。如在高功率操作的光纤激光器或光纤放大器中实施的，SRS效应将被显著地抑制，并且可以克服由于SRS导致的功率扩展限制。
[0035]在其它示例中，并且现在参照图8，光纤可以根据本发明被配置为在1100?1480nm之间提供低的光传输损耗，并且在更长的波长处提供高的损耗。当在级联的拉曼放大器中实施根据本发明的光纤时，1480nm之后的光谱截止效应将消除进一步的级联的斯托克斯产生，并在1480nm增强输出。
[0036]在另一个实施例中，本发明的镱掺杂的光纤可以被配置为在诸如1064nm的激光信号波长处具有低的光传输损耗，并且在放大式自发射(ASE)带(约1020-1050nm之间)处具有高的光传输损耗。对应的光纤然后可以操作为ASE滤波器。通过在光纤激光器或光纤放大器中实施这种光纤，可以显著地抑制ASE噪声，使得ASE的累积将减少或ASE阈值将显著变高。通过减缓ASE，光纤可以提升激光器性能并且使得能够进一步进行激光器系统的功率扩展。可以应用类似的技术，来抑制在铒-镱共掺杂的光纤中的在100nm附近的ASE或伪激光，以及抑制在镱掺杂的光纤激光器和在976nm运行的放大器中的在100nm附近的ASE或伪激光。
[0037]应明了从前述说明中将理解本发明及其相关的许多优点，并且将明白在不脱离本发明的精神和范围或者不牺牲其所有物料优点的情况下，可以在本发明的部件中进行各种改变，本文以上描述的形式仅是本发明的示例性的实施方案。
【主权项】
1.一种光纤，包括: 中央纤芯以及布置在所述中央纤芯的周围的包层，所述中央纤芯具有非圆形且非椭圆形的截面，所述中央纤芯围绕沿着所述光纤的长度的一条中心轴线旋转。2.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯的截面和旋转提供模式辨别。3.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述旋转的周期被选择为使得模式辨别最大化。4.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯具有大于25μπι的有效直径。5.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯具有大于50μπι的有效直径。6.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯的截面为八边形。7.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯的截面为多边形。8.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯围绕所述中心轴线的旋转区分出比基础模式更高的模式。9.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤为双包层光纤。10.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述中央纤芯掺杂有一种或更多种有源光纤掺杂物。11.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤为三包层光纤。12.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤在选定的波长处提供光谱过滤。13.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤通过选择如下光纤参数来提供光谱过滤，所述光纤参数包括旋转节距和中央纤芯直径。14.根据权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤被配置为对于级联的拉曼放大器提供光谱截止效应。15.—种光学系统，包括: 种子光源，被配置为提供种子光束；以及 光学放大器，被配置为接收并放大所述种子光束，所述光学放大器包括有源光纤，所述有源光纤具有围绕所述有源光纤的中心轴线旋转的大模场面积的非圆形且非椭圆形的纤芯。16.根据权利要求15所述的光学系统，其中，输出光束是基本上在基础模式中产生的。17.根据权利要求15所述的光学系统，其中，所述旋转纤芯提供模式辨别。18.根据权利要求15所述的光学系统，其中，所述旋转纤芯的旋转周期被选择以使得模式辨别最大化。19.根据权利要求15所述的光学系统，其中，所述旋转纤芯具有大于25μπι的有效直径。20.根据权利要求15所述的光学系统，其中，所述旋转纤芯具有八边形截面。
【专利摘要】提供了用于模式辨别的光纤，所述光纤包括中央纤芯以及布置在所述中央纤芯的周围的包层。所述中央纤芯具有非圆形且非椭圆形的截面，并且其以选定的节距围绕沿光纤的长度的所述光纤的一条中心轴线旋转，导致对于大纤芯尺寸具有基础模式光束输出的能力。光学系统包括被配置为提供种子光束的种子光源以及被配置为接收并放大所述种子光束的光学放大器。所述光学放大器还包括有源光纤，所述有源光纤具有围绕所述有源光纤的中心轴线旋转的大模场面积的非圆形且非椭圆形的纤芯，以提供模式辨别和基础模式输出。
【IPC分类】G02B6/02
【公开号】CN105431754
【申请号】CN201480027215
【发明人】叶昌庚, T·S·索斯诺基, J·科普宁
【申请人】恩耐激光技术有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2014年3月17日
【公告号】EP2972528A2, US9217825, US20140268310, WO2014145862A2, WO2014145862A3