[实用新型]高阶模滤除器

说明书

本实用新型提供一种高阶模滤除器，包括光纤，在光纤纤芯外侧的包层中设置有包层波导，所述包层波导具有一定长度，所述包层波导的长度方向与光纤的长度方向一致。利用纤芯和包层波导各自的倏逝场之间的能量交叠实现模式耦合，从而实现纤芯高阶模的滤除，该器件对抑制高功率光纤激光器中的模式不稳效应、提升激光器的输出功率具有重要的应用价值。

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种高阶模滤除器。

背景技术

模式不稳是限制高功率大芯径光纤激光器功率进一步提升的重要限制因素。由于激光器所用的光纤芯径较大，其能同时支持LP₀₁模以及LP₁₁模的传输，两种模式在纤芯内发生干涉，干涉场的强度沿光纤的轴向呈现出周期性分布，在一定阈值条件下，由于光热效应，周期性的干涉场会导致热致折射率长周期光栅，其周期为干涉的拍长，当激光器存在噪声或其他扰动时，干涉场与热致长周期光栅间存在相位差，进而长周期光栅发生移动，LP₀₁模与LP₁₁模的能量发生交换，输出激光的功率发生周期为毫秒级别的波动，且光束质量急剧恶化，继续提高泵浦功率，激光器的输出功率下降。

目前抑制模式不稳的方法主要是通过改变泵浦方式、泵浦波长以及信号光波长来实现，这些方法改变了激光器的热负荷，从而提升了模式不稳的阈值。但这些方法并不能从根源上解决问题。另外，设计大芯径可抑制高阶模的光纤是一个长期的任务，虽然理论上可行，但光纤拉制工艺有待进一步探索。有研究表明，提高LP₀₁模的光子寿命或降低LP₁₁模的光子寿命可以提升模式不稳阈值，具体实现方法包括弯曲光纤或刻写LP₀₁模反射率高且LP₁₁模反射率低的光纤布拉格光栅，弯曲光纤可提高LP₁₁模的损耗，但LP₀₁模的损耗也会在一定程度上提高，影响输出激光的光束质量，而光纤布拉格光栅主要用于振荡器的腔镜，对于放大器的情况受到了限制，因而设计一种同时适用于振荡器与放大器情况的可抑制LP₁₁模的光纤器件十分必要。

随着模分复用技术的发展，全光纤模式复用器成为系统中不可或缺的一部分。常见的全光纤模式转换器有少模长周期光纤光栅、熔融拉锥耦合器、光子灯笼等。由于飞秒刻写技术的发展，在满足相位匹配条件的情况下，在光纤的包层中刻写波导可实现模式转换器，即基模从纤芯注入，随着传输距离的增加，基模的能量逐渐转换成包层波导的高阶模成分，高阶模从包层波导中输出，作为模分复用系统的能量传输通道。光能量可以从一个波导的基模转换到另一个波导的高阶模，根据光路可逆原理，高阶模的能量亦可转化至基模，通过这一方法可以实现大芯径光纤中高阶模的滤除，且不同于弯曲法，这一方法不会对基模造成影响。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种高阶模滤除器。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

高阶模滤除器，包括光纤，在光纤纤芯外侧的包层中刻写有包层波导，所述包层波导具有一定长度，所述包层波导的长度方向与光纤的长度方向一致，纤芯和包层波导各自的倏逝场之间的能量交叠实现模式耦合。本实用新型能够实现纤芯高阶模的滤除。该器件对抑制高功率光纤激光器中的模式不稳效应、提升激光器的输出功率具有重要的应用价值。进一步地，本实用新型所述光纤为大芯径光纤，其纤芯直径为20μm，能够同时支持两个模式传输，即LP₀₁模与LP₁₁模。

作为本实用新型的优选方案，包层波导采用飞秒激光刻写而成。通过飞秒激光刻写不同折射率、不同长度以及与纤芯具有不同间距的包层波导。其中飞秒激光经过飞秒激光刻写装置中的透镜聚焦在纤芯外侧的包层中实现折射率改变。包层波导与纤芯的间距即包层波导在横向平面的分布通过飞秒激光刻写装置中的位移平台在横向平面的移动来实现。包层波导的长度通过位移平台沿光纤轴向的移动来决定。通过改变飞秒激光器的单脉冲能量可以实现包层波导折射率的改变。