一种用于输出单模激光的大模场增益光纤的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤，尤其涉及一种用于输出单模激光的大模场增益光纤。
【背景技术】
[0002]近年来，大功率单模光纤激光器因其具有光束质量好、体积小、重量轻、免维护、运行成本低等优势成为激光领域备受关注的热点。到目前为止，成熟的商用大功率光纤激光器均是基于传统的阶跃折射率增益光纤，这是由于阶跃折射率增益光纤容易拉制、切割、熔接以及封装。高功率光纤激光器的功率提升主要受限于非线性效应，最简单、有效的提升非线性效应阈值的措施就是扩大增益光纤的纤芯直径以增加其模场面积。但是，目前传统的光纤拉制工艺很难将光纤的数值孔径做到小于0.06，因此，当增益光纤的纤芯直径超过25μm后，光纤激光器的输出光束质量将会因为支持的高阶模数量过多而变差，从而影响其实用性能。
[0003]为了进一步地扩大模场同时得到单模输出，科研人员提出了各种技术方案，大体上可以分为两类。一类是完全摒弃阶跃折射率分布，采用全新的导光机制，包括光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)，全固态光子带隙光纤(all-solid photonic bandgapfiber，ASPBGF)，泄漏通道光纤(leakage channel fiber,LCF)，多沟塾光纤(mult1-trenchfiber，MTF)以及螺旋芯光纤(chirally-coupled-core fiber，CCCF)。由于引入了全新的导光机制，这些光纤都兼具很大的模场面积和良好的高阶模抑制能力。但是，这些光纤的结构复杂，拉制难度大，使得难以大量生产，影响了实际工业应用。例如，PCF、ASPBGF以及LCF需要采用堆叠方式拉制，CCCF的纤芯周围缠绕着一根或者多根螺旋芯，而MTF、LCF和ASPBGF要求掺稀土纤芯的折射率要和石英包层的折射率一致。另一类还是基于阶跃折射率光纤，通过改进工艺进一步降低纤芯数值孔径或是对阶跃折射率分布进行一定修正来实现扩大模场面积和抑制高阶模。这类方案的好处是光纤的拉制可以采用成熟的MCVD工艺，并且可以直接替代现有的阶跃折射率光纤。这类方案中比较有代表性的就是单沟壑光纤(Sing-trench f iber，STF)，这种光纤的结构就是在纤芯周围增加两个环形区域，第一个环形区域的折射率和包层的折射率相同，而第二个环形区域的折射率和纤芯折射率相同。通过这样的改变，光纤的模场会得到扩大，同时高阶模的损耗增加，但是，带来的问题是基模在纤芯的重叠因子减小了，这可能导致光纤提取增益能力不足，需要采用更长的光纤从而影响了非线性效应的抑制。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可以采用成熟的MCVD工艺，并且能够保证光纤具有较高的高阶模抑制能力，基模在纤芯的重叠因子高的用于输出单模激光的大模场增益光纤。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:一种用于输出单模激光的大模场增益光纤，包括纤芯、依次包覆在纤芯上的沟壑层、第一包层和第二包层;所述第二包层的折射率低于所述纤芯的折射率;所述沟壑层的折射率低于所述第二包层的折射率。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述第一包层的折射率等于所述纤芯的折射率。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述纤芯的折射率与所述第二包层的折射率之差大于等于0.001。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述第二包层的折射率与所述沟壑层的折射率之差大于等于0.0001。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述沟壑层不含稀土离子，所述第一包层不含稀土离子。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述第二包层的折射率为1.44至1.46。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述纤芯的折射率与所述第二包层折射率之差为
0.0012；所述第二包层的折射率与所述沟壑层的折射率之差为0.0003至0.0006。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述纤芯的直径为25微米至30微米。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述沟壑层的厚度为7微米至8微米;所述第一包层的厚度为4微米至5微米。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述沟壑层的厚度为5微米至7微米;所述第一包层的厚度为5微米至6微米。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明具有高阶模抑制能力高、基模重叠因子大优点。
[0016]2、本发明的光纤折射率分布呈轴对称，具有光纤加工工艺成熟，加工难度小等优点。
【附图说明】
[0017]图1为本发明光纤横截面结构示意图。
[0018]图2为本发明光纤沿轴线方向半剖面的各层折射率示意图。
[0019]图3为本发明测试一结果对比分析图。
[0020]图4为本发明测试二结果对比分析图。
[0021]图5为本发明测试三结果对比分析图。
[0022]图6为本发明测试四结果对比分析图。
[0023]图例说明:1、纤芯;2、沟壑层;3、第一包层;4、第二包层。
【具体实施方式】
[0024]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0025]如图1所示，本实施例一种用于输出单模激光的大模场增益光纤，包括纤芯1、依次包覆在纤芯I上的沟壑层2、第一包层3和第二包层4;第二包层4的折射率低于纤芯I的折射率;沟壑层2的折射率低于第二包层4的折射率。第一包层3的折射率等于纤芯I的折射率。如图2所示，纤芯I与第一包层3的折射率相同，沟壑层2与第二包层4的折射率均低于纤芯I的折射率，其中，沟壑层2的折射率低于第二包层4的折射率。
[0026]在本实施例中，纤芯I的折射率与第二包层4的折射率之差大于等于0.001。第二包层4的折射率与沟壑层2的折射率之差大于等于0.0001。图2显示了本发明实施例一种光纤的折射率，纤芯I与第一包层3的折射率均为1.4512,沟壑层2的折射率为1.4495，第二包层4的折射率为1.45。
[0027]在本实施例中，沟壑层2不含稀土离子，第一包层3不含稀土离子;纤芯I中包含有稀土离子，稀土离子为如Yb (镱)、Nd (钕)、Tm(铥)和Er (铒)等;纤芯I中也可包含有Ge (锗)元素或者P(磷)元素，利用非线性效应产生激光增益。
[0028]在本实施例中，第二包层4的折射率为1.44至1.46，优选为1.45。纤芯I的折射率与第二包层4折射率之差为0.0012;第二包层4的折射率与沟壑层2的折射率之差为0.0003至
0.0006。在本实施例中，对本发明光纤的纤芯直径以及各层的厚度提出了两种优选方案，优选方案一:纤芯I的直径为25微米至30微米，沟壑层2的厚度为7微米至8微米;第一包层3的厚度为4微米至5微米;优选方案二:纤芯I的直径为25微米至30微米，沟壑层2的厚度为5微米至7微米;第一包层3的厚度为5微米至6微米。当然，光纤纤芯I的直径，沟壑层2、第一包层
3、第二包层4的厚度，以及纤芯1、沟壑层2、第一包层3、第二包层4的折射率可根据光纤的应用需要确定适当的数值。
[0029]在本实施例中，对本发明的光纤与传统STF光纤(单沟壑光纤)的性能进行了对比测试。
[0030]测试一:纤芯I的直径为25微米，第一包层3的厚度为4微米，纤芯I的折射率及第一包层3的折射率均为1.4512，第二包层4的折射率为1.45。光纤的弯曲半径为7cm。纤芯I含有稀土离子Yb(镱)，其它各层都不含有稀土离子。使用波长为1.08μπι的激光对沟壑层2的折射率分别为1.4494、1.4497及1.45(沟壑层的折射率与第二包层的折射率相同，即为传统STF光纤)的光纤进行测试。测试结果如图3所示，(a)图为损耗最小的高阶模损耗系数，(b)图为基模模场面积，(c)图为基模重叠因子，如图3(a)所示，本发明的光纤损耗最小的高阶模的损耗指标明显优于传统STF光纤，沟壑层2的厚度为5微米时，三种光纤(沟壑层2折射率分别为1.4494、1.4497、1.45)的损耗最小的高阶模损耗系数分别为2.82(^/111、1.793(^/111、
0.828dB/m。沟壑层2的厚度为6微米时，三种光纤(沟壑层2折射率分别为1.4494、1.4497、
1.45)的损耗最小的高阶模损耗系数分别为3.869dB/m、3.175dB/m、1.504dB/m。沟壑层2的厚度为7微米时，三种光纤(沟壑层2折射率分别为1.4494、1.4497、1.45)的损耗最小的高阶模损耗系数分别为5.591dB/m、4.968dB/m、3.057dB/m。沟壑层2的厚度为8微米时，三种光纤(沟壑层2折射率分别为1.4 4 9 4、1.4 4 9 7、1.4 5 )的损耗最小的高阶模损耗系数分别为7.907dB/m、8.125dB/m、5.812dB