專利名稱：提高光纖自聚焦閾值功率的方法及光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖激光傳輸與放大技術領域，尤其涉及一種利用增益光纖橫向摻雜分布提高光纖自聚焦閾值功率的方法及光纖。
背景技術：
在激光介質(zhì)中，當激光強度超過一定水平之后，會誘發(fā)介質(zhì)中的克爾效應，即介質(zhì)的折射率與光強成線性關系，此線性比例系數(shù)即為非線性折射率系數(shù)n2。由于實際應用中通常采用基模光場分布(近似高斯分布)，在非線性折射率系數(shù)為正的材料中，中心光強大的區(qū)域感受的折射率較大，周圍光強小的區(qū)域感受的折射率較小，由此導致光束向中心光軸匯聚，當此匯聚效應超過光束的衍射效應時，即發(fā)生自聚焦， 導致焦點處光強極大，從而誘發(fā)材料的光損傷。并且，由于熔石英材料對1微米激光波長，其典型的n2所得到的自聚焦閾值約為 4. 3MW，在光纖波導結構中，雖然折射率導引會對光束傳輸產(chǎn)生一定的影響，但是數(shù)值模擬和實驗結果都表明，光纖的自聚焦閾值功率與熔石英塊狀材料的自聚焦閾值功率基本相同，由此限制了光纖激光放大器的放大能力，在光纖激光放大器中，IOns脈寬內(nèi)至多獲得 43mJ的脈沖能量，相比于固體激光系統(tǒng)所能獲得的脈沖峰值功率和能量仍有相當差距。由于激光在增益光纖中放大時存在飽和效應，特別地，對橫向空間分布存在橫向增益飽和效應，即對光強較高的區(qū)域增益較小，而對光強較低的區(qū)域增益較大。對于高斯分布光場，光強中間高、周圍低，橫向增益飽和效應使得光場趨于從中心向周圍區(qū)域擴展，相當于加強了衍射效應的光束擴散作用。增強這種橫向增益飽和效應可以提高自聚焦閾值功率。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種提高光纖自聚焦閾值功率的方法及光纖， 其能夠提高增益光纖的自聚焦閾值功率，減少對材料的光損傷，提高單纖激光系統(tǒng)的放大能力。( 二)技術方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高光纖自聚焦閾值功率的方法，包括使光纖的摻雜纖芯的摻雜濃度由中心向外遞增。其中，所述摻雜纖芯的摻雜濃度的高低與折射率的大小成正比。其中，所述摻雜纖芯的摻雜離子為稀土離子。其中，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為漸變曲線型。其中，所述漸變曲線型包括拋物線型、高斯型或者雙曲正割線型。其中，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為三角型。其中，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為多級階躍型。
一種實現(xiàn)前述方法的提高光纖自聚焦閾值功率的光纖，包括外包層、內(nèi)包層和摻雜纖芯，摻雜纖芯的摻雜濃度由中心向外遞增。(三)有益效果本發(fā)明通過使光纖的摻雜纖芯的摻雜濃度由中心向外遞增，增強了激光在增益光纖中放大時的橫向增益飽和效應，從而提高了增益光纖的自聚焦閾值功率，減少了對材料的光損傷，提高了單纖激光系統(tǒng)的放大能力。


圖1為本發(fā)明實施例中所述提高光纖自聚焦閾值功率的光纖的結構圖；圖2為本發(fā)明實施例中呈三角型分布的摻雜纖芯的摻雜離子分布圖；圖3為本發(fā)明實施例中呈漸變曲線型分布的摻雜纖芯的摻雜離子分布圖；圖4為本發(fā)明實施例中呈多級階躍型分布的摻雜纖芯的摻雜離子分布圖。其中，1 外包層，2 內(nèi)包層，3 摻雜纖芯。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所述提高光纖自聚焦閾值功率的方法，包括使光纖的摻雜纖芯3的摻雜濃度由中心向外遞增。所述摻雜纖芯的摻雜濃度的高低與折射率的大小成正比。所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為漸變曲線型、三角型或者多級階躍型，漸變曲線型包括拋物線型、高斯型或雙曲正割線型。例如摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為三角型，如圖2所示，其中，、a2和 分別表示光纖的纖芯、內(nèi)包層和外包層的半徑。如圖3所示，摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為漸變曲線型，其中，&1、a2和 分別表示光纖的纖芯、內(nèi)包層和外包層的半徑。如圖4所示，摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為多級階躍型，其中，&1、a2和 分別表示光纖的纖芯、內(nèi)包層和外包層的半徑。如圖1所示，本發(fā)明所述的提高光纖自聚焦閾值功率的光纖，包括外包層1、內(nèi)包層2和摻雜纖芯3，摻雜纖芯3的摻雜濃度由中心向外遞增。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，包括使光纖的摻雜纖芯(3)的摻雜濃度由中心向外遞增。
2.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述摻雜纖芯的摻雜濃度的高低與折射率的大小成正比。
3.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述摻雜纖芯的摻雜離子為稀土離子。
4.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為漸變曲線型。
5.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述漸變曲線型包括拋物線型、高斯型或者雙曲正割線型。
6.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為三角型。
7.如權利要求1所述的提高光纖自聚焦閾值功率的方法，其特征在于，所述摻雜纖芯的摻雜離子分布方式為多級階躍型。
8.一種利用權利要求1 7中任一項所述方法制造的光纖，其特征在于，所述光纖包括外包層(1)、內(nèi)包層( 和摻雜纖芯(3)，摻雜纖芯(3)的摻雜濃度由中心向外遞增。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高光纖自聚焦閾值功率的方法及光纖，涉及激光傳輸技術領域，所述方法包括使光纖的摻雜纖芯(3)的摻雜濃度由中心向外遞增。本發(fā)明能夠提高增益光纖的自聚焦閾值功率，減少對材料的光損傷，提高單纖激光系統(tǒng)的放大能力。
文檔編號G02B6/036GK102289031SQ20111016246
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者劉明, 鞏馬理, 張海濤, 柳強, 鄭超, 閻平, 黃志華, 黃磊 申請人:清華大學