[发明专利]提高光纤自聚焦阈值功率的方法及光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光传输与放大技术领域，尤其涉及一种利用增益光纤横向掺杂分布提高光纤自聚焦阈值功率的方法及光纤。

背景技术

在激光介质中，当激光强度超过一定水平之后，会诱发介质中的克尔效应，即介质的折射率与光强成线性关系，此线性比例系数即为非线性折射率系数n₂。

由于实际应用中通常采用基模光场分布(近似高斯分布)，在非线性折射率系数为正的材料中，中心光强大的区域感受的折射率较大，周围光强小的区域感受的折射率较小，由此导致光束向中心光轴汇聚，当此汇聚效应超过光束的衍射效应时，即发生自聚焦，导致焦点处光强极大，从而诱发材料的光损伤。

并且，由于熔石英材料对1微米激光波长，其典型的n₂所得到的自聚焦阈值约为4.3MW，在光纤波导结构中，虽然折射率导引会对光束传输产生一定的影响，但是数值模拟和实验结果都表明，光纤的自聚焦阈值功率与熔石英块状材料的自聚焦阈值功率基本相同，由此限制了光纤激光放大器的放大能力，在光纤激光放大器中，10ns脉宽内至多获得43mJ的脉冲能量，相比于固体激光系统所能获得的脉冲峰值功率和能量仍有相当差距。

由于激光在增益光纤中放大时存在饱和效应，特别地，对横向空间分布存在横向增益饱和效应，即对光强较高的区域增益较小，而对光强较低的区域增益较大。对于高斯分布光场，光强中间高、周围低，横向增益饱和效应使得光场趋于从中心向周围区域扩展，相当于加强了衍射效应的光束扩散作用。增强这种横向增益饱和效应可以提高自聚焦阈值功率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种提高光纤自聚焦阈值功率的方法及光纤，其能够提高增益光纤的自聚焦阈值功率，减少对材料的光损伤，提高单纤激光系统的放大能力。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种提高光纤自聚焦阈值功率的方法，包括：使光纤的掺杂纤芯的掺杂浓度由中心向外递增。

其中，所述掺杂纤芯的掺杂浓度的高低与折射率的大小成正比。

其中，所述掺杂纤芯的掺杂离子为稀土离子。

其中，所述掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为渐变曲线型。

其中，所述渐变曲线型包括：抛物线型、高斯型或者双曲正割线型。

其中，所述掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为三角型。

其中，所述掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为多级阶跃型。

一种实现前述方法的提高光纤自聚焦阈值功率的光纤，包括外包层、内包层和掺杂纤芯，掺杂纤芯的掺杂浓度由中心向外递增。

(三)有益效果

本发明通过使光纤的掺杂纤芯的掺杂浓度由中心向外递增，增强了激光在增益光纤中放大时的横向增益饱和效应，从而提高了增益光纤的自聚焦阈值功率，减少了对材料的光损伤，提高了单纤激光系统的放大能力。

附图说明

图1为本发明实施例中所述提高光纤自聚焦阈值功率的光纤的结构图；

图2为本发明实施例中呈三角型分布的掺杂纤芯的掺杂离子分布图；

图3为本发明实施例中呈渐变曲线型分布的掺杂纤芯的掺杂离子分布图；

图4为本发明实施例中呈多级阶跃型分布的掺杂纤芯的掺杂离子分布图。

其中，1：外包层，2：内包层，3：掺杂纤芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所述提高光纤自聚焦阈值功率的方法，包括：使光纤的掺杂纤芯3的掺杂浓度由中心向外递增。

所述掺杂纤芯的掺杂浓度的高低与折射率的大小成正比。

所述掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为：渐变曲线型、三角型或者多级阶跃型，渐变曲线型包括抛物线型、高斯型或双曲正割线型。

例如掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为三角型，如图2所示，其中，a₁、a₂和a₃分别表示光纤的纤芯、内包层和外包层的半径。

如图3所示，掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为渐变曲线型，其中，a₁、a₂和a₃分别表示光纤的纤芯、内包层和外包层的半径。

如图4所示，掺杂纤芯的掺杂离子分布方式为多级阶跃型，其中，a₁、a₂和a₃分别表示光纤的纤芯、内包层和外包层的半径。