双包层光纤
发布时间：
2022-10-22 08:58
来源：
网络 http://www.uwlaser.com/news/detail237.html
为了克服常规单模单包层掺镱(Yb3+)光纤对转化效率和输出功率的限制，莫勒(R.Maurer)在1974年首先提出了双包层光纤的概念[2]。此后直到1988年斯尼泽(E.Snitzer)等人提出了包层泵浦技术[3]，高功率掺镱光纤激光器/放大器才得以快速发展。
双包层光纤是一种具有特殊结构的光纤，比常规光纤增加了一个内包层，由涂覆层、内包层、外包层、掺杂纤芯所构成。包层泵浦技术以双包层光纤为基础，其核心在于让多模泵浦光在内包层中传输，激光在纤芯中传输，使得泵浦转换效率和光纤激光的输出功率都能得到较大的提高。双包层光纤的结构、内包层的形状、泵浦光耦合方式等是这项技术的关键所在。
双包层光纤的纤芯由掺稀土元素的二氧化硅(SiO2)构成，在光纤激光器中既是激光介质又是激光信号的传输通道，对应工作波长一般通过设计其数值孔径和芯径直径减小其V参数，以保证输出激光是基横模。内包层横向尺寸(常规纤芯直径的数十倍)和数值孔径比纤芯大得多，折射率比纤芯小，可限制激光完全在纤芯内传播。这样在纤芯和外包层之间形成了一个大截面、大数值孔径的光波导，它可以允许大数值孔径、大截面和多模的高功率泵浦光耦合到光纤中，并被限制在内包层以内传输，不扩散，有利于保持高功率密度光泵浦。外包层是由折射率比内包层小的聚合物材料构成;最外层是由有机材料构成的保护层。双包层光纤对泵浦光的耦合面积由内包层尺寸决定，而不像传统单模光纤仅由纤芯决定。这样双包层光纤构成了一种双层的波导结构，一方面提高了人纤激光的功率耦合效率，使泵浦光在内包层内传导时，多次穿越纤芯激发掺杂离子发射激光;另一方面输出光束质量由纤芯性质决定，内包层的引入没有破坏光纤激光器输出的光束质量。
最初，双包层光纤的内包层结构是圆柱对称的，它的制作工艺相对简单，也易于与泵浦激光二极管(LD)的尾纤相耦合连接，但是其完美的对称性导致内包层中的泵浦光存在大量的螺旋光线，这些光线即使经历足够多次的反射也永远不能到达纤芯区域，从而不可能被纤芯吸收，于是即使采用较长的光纤仍然会有大量的漏光存在，使得转换效率难以提高。为此，必须破坏内包层的圆柱对称结构。
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