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双包层光纤技术在高功率光纤激光器与放大器中的应用

发布时间：2023-11-14 10:03:18 阅读数： 117

双包层光纤技术在主动光电领域中扮演着重要角色，特别是对于高功率光纤激光器和放大器的发展至关重要。双包层光纤的设计使得光纤基放大器和激光器能够实现非常高的输出功率。

双包层光纤设计

双包层光纤的设计解决了高功率泵浦源与优良光束质量之间的矛盾。这种设计通过将激光光在单模（或多模）核心中传播，同时泵浦光在内包层中传播，而内包层被具有较低折射率的外包层所包围。内包层具有较大的面积和更高的数值孔径，使得即使是光束质量较差的高功率激光二极管也能有效地耦合泵浦光。

三包层光纤在双包层光纤的基础上增加了一个未掺杂的包层，这种微妙的改进带来了一些优点。它可以实现全玻璃的双包层波导结构，不依赖于聚合物涂层来实现光学功能，更容易采用改良形状的泵浦包层，如矩形或八角形。

在双包层光纤中，除了光纤核心的性质外，内包层与核心的面积比也是一个重要参数。这个比率不应过大，以免减弱泵浦吸收，导致需要更长的光纤，这在放大强信号脉冲时可能会遇到非线性问题。高亮度泵浦源的发展允许使用面积比较小的光纤，从而减少光纤长度，降低各种非线性效应的影响。

在工业激光器中，通常采用全光纤设置，通过光纤泵浦合束器将光纤耦合泵浦激光二极管直接连接到活动光纤，避免了光束路径中的任何空气间隙。

双包层光纤广泛用于包层泵浦的高功率光纤激光器和放大器。这些设备可以具有相当高的功率转换效率（有时超过80%），同时具有高光束质量。由于输出的光束质量可以是衍射极限的，而泵浦的光束质量可能较差，因此激光或放大器输出的亮度可以比泵浦源的亮度高得多。

由于与核心重叠较弱的包层模式，可能导致泵浦吸收不完全。即使通过合适的设计确保了强烈的模式混合，由于泵浦光与掺杂光纤核心的重叠有限，泵浦吸收也会减少。因此，通常需要更长的活动光纤长度。这在光纤非线性方面可能是有害的，更大的掺杂离子总量也可能使得实现短信号波长的激光或放大器运行变得更加困难。