[发明专利]增大包层吸收同时保持单模操作的双包层增益产生光纤

说明书

本发明是增大包层吸收同时保持单模操作的双包层增益产生光纤。在芯区与内包层区之间设有沟槽区的光纤设计中，增大单模的双包层的增益产生光纤的包层吸收。在实现增大包层吸收的同时，保持单模操作。

相关申请的交叉参考

本申请主张在2012年8月29日提交的临时申请号61／694,709，发明名称为“DOUBLECLAD，GAIN PRODUCING FIBERS WITH INCREASED CLADDING ABSORPTION WHILEMAINTAINING SINGLE MODE OPERATION”的优先权权益。此外，本申请同时以申请号No.(T.F.Taunay19)且发明名称为“GAIN-PRODUCING FIBERS WITH INCREASED CLADDINGABSORPTION WHILE MAINTAINING SINGLE-MODE OPERATION”提交申请。

技术领域

本发明涉及一种支持单信号模或少量信号模的增益产生光纤(GPF)，尤其涉及一种被设计成增大泵浦光的包层吸收，同时保持单信号模操作的双包层GPF。

背景技术

具有双包层光纤(DCF)设计的单模GPF通常应用于要求良好光束质量的高功率光纤激光器和放大器中。图7表示一种已知的DCF70，其包括芯区70.1，围绕芯区的内包层区70.3，以及围绕内包层区的外包层区70.4。主要由芯区和内包层区构成的波导，被设计成支持和引导信号光以单模、即优选以基模(LP₀₁)的方式传播。

为了在适当泵浦时产生增益，向芯区掺入增益产生物质，通常根据将被放大的信号光或者待生成的激光的波长，掺入一种或多种稀土元素(例如Er，Yb，Tm，Nd)，或者一种或多种非稀土元素(例如Cr，Bi)。经由(通过)内包层区耦合(射入)芯区中的多模泵浦光，从内包层区和外包层区之间的界面70.5反射，并且随着其沿光纤轴向下传播，泵浦光横穿过芯区，并被芯区中的特定杂质(例如增益产生物质)吸收。在此情形中，信号光在(主要)沿着光纤芯区向下传播的同时，被泵浦光能量放大。

放大过程(即，能量从泵浦光转移到信号光)的效率，部分地由称作(泵浦光)包层吸收率的参数(α_clad)来表示

α_clad=α_d[A_d／A_clad] (1)

其中，α_d为泵浦光在掺有增益产生物质的光纤部分(下面称作增益区域；例如，图7的芯区70.1)中的材料吸收率，A_d是增益区域的横截面面积，A_clad为内包层区70.3以内的整个横截面面积(例如，对于具有圆形截面的内包层区而言为πD_ic²／4)。而材料吸收率由

α_d=N_dσ_d (2)

定义，其中N_d为增益区域中增益产生物质的体积密度，σ_d为在泵浦光波长下增益区域基质(例如晶体或玻璃)中杂质的吸收截面。

增大泵浦光包层吸收是有益的。在光纤激光器和放大器中，对于给定的输出功率，泵浦光吸收增大表明增益增大，继而表明，在放大器中可以利用更短的光纤长度、在激光器中可以用更短的空腔谐振器长度获得所需输出功率。而更短的光纤长度会减小诸如受激拉曼散射(SRS)的非线性效应的发生，并且有利于改善光纤激光器的功率稳定性和长期可靠性。