Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель



Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель
Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель

 


Владельцы патента RU 2506672:

ФУДЗИКУРА ЛТД. (JP)

Изобретение относится к усиливающему оптическому волокну, оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием. Усиливающее оптическое волокно содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку. Сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны распространяться в моде LP01 и моде LP02 и имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка. Сердцевину легируют активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны. При этом положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, легируют в более высокой концентрации, чем центр сердцевины. Технический результат - обеспечение луча света высокого качества, даже когда мода высшего порядка, которая является осесимметричной, возбуждается в дополнение к моде LP01. 6 н. и 27 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к усиливающему оптическому волокну, а также оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием, и конкретно к усиливающему оптическому волокну, а также оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием, которые способны улучшать качество луча.

Предпосылки изобретения

В устройстве на волоконно-оптическом лазере, используемом в обрабатывающей машине, медицинском устройстве и т.п., типично используют оптический волоконный усилитель для усиления света, сгенерированного задающим источником света, таким как лазерный генератор (ЗГ: задающий генератор), с использованием усиливающего оптического волокна.

В качестве усиливающего оптического волокна можно использовать волокно с двойной оболочкой, содержащее сердцевину, легированную активным элементом, таким как редкоземельный элемент. Волокно с двойной оболочкой может представлять собой волокно с двойной оболочкой, которое позволяет только одномодовому свету распространяться через его сердцевину, или волокно с двойной оболочкой, которое позволяет многомодовому свету распространяться через его сердцевину. В волокне с двойной оболочкой, которое позволяет только одномодовому свету распространяться через сердцевину, поскольку сердцевина, как правило, имеет небольшой диаметр, плотность света, распространяющегося через сердцевину, может быть очень высокой для того, чтобы добиться высокой выходной мощности лазера. В этом случае свет, энергия которого переносится, должен иметь длину волны, которая нежелательна вследствие нелинейного оптического эффекта, так что нельзя добиться ожидаемой выходной мощности лазера. Следовательно, наряду с современной потребностью в оптическом волоконном усилителе, обладающем высокой мощностью, внимание уделяют оптическому волоконному усилителю с использованием волокна с двойной оболочкой, которое позволяет многомодовому свету распространяться через его сердцевину.

В патентном документе 1 указано, что моду LP01 в основном можно усилить даже посредством усиливающего волокна с двойной оболочкой, которое позволяет распространяться многомодовому свету, посредством предоставления преобразователя моды, который возбуждает только моду LP01 света, проходящего через сердцевину усиливающего волокна с двойной оболочкой, которое позволяет распространяться многомодовому свету. Кроме того, в патентном документе 1 сделано предположение о том, что моду LP01 можно эффективно усилить по сравнению с модой высшего порядка вследствие эффекта, названного усилием волновода, используя усиливающее оптическое волокно, в котором центральная часть сердцевины волокна с двойной оболочкой легирована активным элементом, и наружная периферическая часть сердцевины не легирована активным элементом. В патентном документе 2 описана идея для ослабления ненужных мод высшего порядка, используя усиливающее оптическое волокно, в котором центральная часть сердцевины волокна с двойной оболочкой легирована активным элементом, а наружная периферическая часть сердцевины легирована поглощающим элементом, который поглощает свет.

[Патентный документ 1] патент США № 5818630

[Патентный документ 2] патент США № 5121460

Сущность изобретения

Цели, достигаемые изобретением

Однако, если волокно с двойной оболочкой, которое позволяет проходить многомодовому свету, используют в качестве усиливающего оптического волокна, мода высшего порядка, такая как мода LP02, также возбуждается в дополнение к моде LP01 (основная мода) в проходящем свете. Существование такой моды высшего порядка обладает таким эффектом, что выходной свет с трудом фокусируется или тому подобное, так что снижается качество луча выходного света.

Кроме того, для того, чтобы возбуждать только моду LP01, используя преобразователь моды, описанный в патентном документе 1, форма поля моды входного задающего света должна совпадать с формой поля моды моды LP01 в свете, проходящего через усиливающее волокно с двойной оболочкой. Согласно знаниям авторов изобретения, относительно легко не возбуждать моду LP11, которая представляет собой асимметричную моду, но сложно не возбуждать моду LP02, которая представляет собой осесимметричную моду, среди мод высшего порядка. Кроме того, коэффициент, с которым усиливают такую моду высшего порядка, как правило, выше коэффициента, с которым усиливают моду LP01, даже когда свет такой моды высшего порядка обладает низкой мощностью на входе или когда свет такой моды высшего порядка генерируют в усиливающем оптическом волокне, и, таким образом, к сожалению, свет такой моды высшего порядка в значительной степени включается в выходной свет. В частности, обнаружено, что с увеличением коэффициента усиления света увеличивается коэффициент, с которым усиливают такую моду высшего порядка, так что качество луча выходного света проявляет склонность к снижению.

Кроме того, даже когда возбуждают моду высшего порядка, которая является осесимметричной, возбуждаемую моду следует ослаблять, используя оптический волоконный усилитель, раскрытый в патентном документе 2, но с ним связана проблема, заключающаяся в том, что в усиливающую среду добавляют ослабляющий материал, так что коэффициент усиления для моды LP01 также снижается.

Следовательно, целью изобретения является обеспечение усиливающего оптического волокна, а также оптического волоконного усилителя и резонатора с его использованием, которые способны выдавать свет с высоким качеством луча, даже когда в дополнение к моде LP01 возбуждают моду высшего порядка, которая является осесимметричной.

Средства достижения целей

Авторы настоящего изобретения посвятили себя изучению причин возможности усиления моды LP02 с высоким коэффициентом усиления и возможности выдачи оптическим волоконным усилителем излучения, имеющего широкое качество луча, раскрытым в патентном документе 1. В результате авторы изобретения пришли к выводу о том, что мода LP02 обладает высокой интенсивностью в центральной части сердцевины волокна с двойной оболочкой, и, таким образом, мода LP02 также усиливается, даже когда только центральную часть сердцевины легируют активным элементом. Кроме того, в этой ситуации авторы изобретения посвятили себя исследованию с тем, чтобы реализовать изобретение.

Конкретно, усиливающее оптическое волокно по изобретению содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку, где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке; сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны распространяться по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и сердцевину легируют активным элементом, который стимулирует испускание света с предварительно определенной длиной волны, в более высокой концентрации в положении, где интенсивность моды LP02 становится равной нулю, чем в центре сердцевины.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, свет, содержащий моду LP01 (основная мода), вводят в сердцевину, а свет накачки вводят в оболочку, так что свет накачки усиливает свет, содержащий моду LP01. В это время можно подавить усиление моды LP02, которая представляет собой осесимметричную моду высшего порядка, даже когда свет, содержащий моду LP01, которую вводят в сердцевину, также содержит моду LP02 или когда мода LP02 возбуждается в усиливающем оптическом волокне. Таким образом, на выходе можно получить свет с высоким качеством луча. Авторы изобретения придерживаются мнения о том, что причина более высокого выходного отношения света моды LP01 к свету моды LP02 по сравнению со случаем, когда сердцевину легируют активным элементом с равномерной концентрацией, заключается в том, что активным элементом в более высокой концентрации легируют те положения, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, чем концентрация в центре сердцевины, так что коэффициент усиления моды LP02 можно снизить, и, таким образом, для повышения качества луча увеличивают отношение мощности моды LP01 к полной мощности выходного света.

Усиливающее оптическое волокно по изобретению содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку, где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке; сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны распространяться по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и в сердцевине центр сердцевины легируют активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, в более низкой концентрации, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, также можно подавлять моду LP02, которая является осесимметричной модой высшего порядка, так что на выходе можно получить свет с высоким качеством луча, даже когда свет, содержащий моду LP01, который вводят в сердцевину, также содержит моду LP02 или когда мода LP02 возбуждается в усиливающем оптическом волокне.

Кроме того, предпочтительно, чтобы в описанном выше усиливающем оптическом волокне центр сердцевины не легировали активным элементом.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, моду LP01 усиливают в большей степени, чем моду LP02, так что выходной свет может иметь более высокое качество луча.

В описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы наружную периферическую область сердцевины легировали активным элементом в более низкой концентрации, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, коэффициент усиления моды LP02 также можно снизить по сравнению с коэффициентом усиления моды LP01, так что качество луча выходного света может быть выше.

Кроме того, в описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы наружную периферию сердцевины не легировали активным элементом.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, усиление моды LP02 можно дополнительно снизить, так что качество луча выходного света может быть высоким.

Предпочтительно легировать активным элементом область, где мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, в более высокой концентрации по сравнению с областью, где мода LP01 имеет более низкую интенсивность, чем мода LP02.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, можно снизить усиление моды LP02, так что качество луча выходного света может быть выше.

В описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы сердцевина не позволяла проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, моды высшего порядка LP03 или выше не усиливаются и не выходят, так что может выходить луч света более высокого качества.

Оптический волоконный усилитель по изобретению содержит описанное выше усиливающее оптическое волокно; задающий источник света, выполненный с возможностью вводить задающий свет, содержащий моду LP01, в усиливающее оптическое волокно; и источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна.

Используя такой оптический волоконный усилитель, моду LP01 усиливают с более высоким коэффициентом усиления, чем моду LP02 во входном задающем свете в усиливающем оптическом волокне, даже когда мода LP02 входит в усиливающее оптическое волокно или когда мода LP02 генерируется в усиливающем оптическом волокне, так что может выходить луч света высокого качества.

Кроме того, в описанном выше оптическом волоконном усилителе предпочтительно, чтобы задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, возбуждал только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

При использовании такого оптического волоконного усилителя осесимметричная мода высшего порядка не распространяется через усиливающее оптическое волокно, так что осесимметричная мода высшего порядка не усиливается и не выходит, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества, который можно легко фокусировать.

Кроме того, в описанном выше оптическом волоконном усилителе предпочтительно, чтобы задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, представлял собой одномодовый свет.

При использовании такого оптического волоконного усилителя осесимметричная мода высшего порядка не распространяется через усиливающее оптическое волокно, так что осесимметричная мода высшего порядка не усиливается и не выходит, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества, который можно легко фокусировать.

Резонатор по изобретению содержит: описанное выше усиливающее оптическое волокно; источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна; первую ВРБ (волоконные решетки Брэгга), предоставленную на одной стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, содержащего по меньшей мере часть длин волн в свете, испускаемом активным элементом, который накачивают светом накачки; и вторую ВРБ, предоставленную на другой стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, обладающего той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ, с более низкой отражательной способностью, чем первая ВРБ.

При использовании такого резонатора может выходить свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью, чем свет с модой LP02, и этот свет представляет собой луч света более высокого качества по сравнению со случаем, когда используют волокно, содержащее сердцевину, легированную активным элементом в равномерной концентрации, поскольку свет резонирует, когда при прохождении света через сердцевину усиливающего оптического волокна мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02.

Как описано выше, по изобретению можно предоставить усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор с его использованием, способные выдавать луч света высокого качества с высокой интенсивностью.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг.1 представлен вид, показывающий оптический волоконный усилитель согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг.2 представлен вид, показывающий структуру поперечного сечения перпендикулярно продольному направлению усиливающего оптического волокна, представленного на фиг.1.

На фиг.3 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна, представленного на фиг.2.

На фиг.4 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно второму варианту осуществления изобретения.

На фиг.5 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно третьему варианту осуществления изобретения.

На фиг.6 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 представлен вид, показывающий резонатор согласно пятому варианту осуществления изобретения.

На фиг.8 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 70% и моду LP02 с мощностью 30%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно примерам с первого по пятый и первому сравнительному примеру.

На фиг.9 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 и моду LP02 с мощностями по 50%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно четвертому примеру и первому сравнительному примеру.

На фиг.10 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 30% и моду LP02 с мощностью 70%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно четвертому примеру и первому сравнительному примеру.

Лучший вариант осуществления изобретения

Далее в настоящем документе предпочтительные варианты осуществления усиливающего оптического волокна и оптического волоконного усилителя и резонатора по изобретению подробно описаны со ссылками на чертежи.

(Первый вариант осуществления)

На фиг.1 представлен оптический волоконный усилитель согласно первому варианту осуществления изобретения.

Как показано на фиг.1, оптический волоконный усилитель 100 согласно этому варианту осуществления содержит в качестве основных компонентов: задающий источник 10 света, выполненный с возможностью выдавать задающий свет; источник 20 света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки; оптический объединитель 30, в который поступают задающий свет и свет накачки; и усиливающее оптическое волокно 50, в которое поступают задающий свет и свет накачки, выходящие из оптического объединителя 30.

Задающий источник 10 света можно выполнить с использованием полупроводникового лазерного устройства или устройства на волоконно-оптическом лазере, например, типа Фабри-Перо или волокнистого типа. Задающий источник 10 света выполнен с возможностью выдавать свет, содержащий моду LP01, из оптического волокна. В качестве задающего источника 10 света для выдачи света, содержащего моду LP01, можно использовать типовое полупроводниковое лазерное устройство или устройство на волоконно-оптическом лазере. Задающий свет, выходящий из задающего источника 10 света, может представлять собой, например, лазерный свет с длиной волны 1070 нм, но без конкретных ограничений до тех пор, пока задающий свет содержит моду LP01.

Выходной свет из задающего источника 10 света выходит из одномодового волокна 15, выполненного из сердцевины и оболочки, покрывающей сердцевину. Одномодовое волокно 15 позволяет задающему свету выходить из задающего источника 10 света, проходить в виде одномодового света с модой LP01. Конфигурация одномодового волокна 15 конкретно не ограничена, но диаметр сердцевины можно задать равным 10 мкм, и разность между относительными показателями преломления сердцевины и оболочки можно задать равной 0,13%, если длина волны задающего света равна, например, 1070 нм, как описано выше.

Источник 20 света накачки можно выполнить из нескольких лазерных диодов 21. Например, в настоящем варианте осуществления лазерные диоды 21 относятся к типу полупроводниковых лазерных диодов Фабри-Перо из полупроводника на GaAs-основе, у которых выходной свет имеет центральную длину волны 915 нм. Соответствующие лазерные диоды 21 источника 20 света накачки соединяют с многомодовыми волокнами 22, и свет накачки, выходящий из каждого лазерного диода 21, распространяется через многомодовое волокно 22 в виде многомодового света.

Оптический объединитель 30, с которым соединены многомодовые волокна 22 и одномодовое волокно 15, выполнен из одномодового волокна 15 и многомодовых волокон 22, расположенных вокруг одномодового волокна 15, которые расплавлены и вытянуты для объединения, и оптический объединитель 30 оптически соединен с усиливающим оптическим волокном 50.

На фиг.2 представлена структура поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению усиливающего оптического волокна 50. Как показано на фиг.2, усиливающее оптическое волокно 50 содержит: сердцевину 51; оболочку 52, покрывающую сердцевину 51; и наружную оболочку 53, покрывающую оболочку 52. Оболочка 52 выполнена так, чтобы иметь меньший показатель преломления, чем сердцевина 51, и наружная оболочка 53 выполнена так, чтобы иметь меньший показатель преломления, чем оболочка 52. Например, в настоящем варианте осуществления разность между относительными показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52 установлена равной 0,15%. Диаметр сердцевины 51 установлен равным, например, 30 мкм, наружный диаметр оболочки 52 установлен равным, например, 420 мкм, и наружный диаметр наружной оболочки 53 установлен, например, равным 440 мкм. В качестве материала для сердцевины 51 можно использовать диоксид кремния, легированный элементом, который повышает показатель преломления диоксида кремния, таким как алюминий, а по меньшей мере часть области сердцевины 51 легируют иттербием (Yb), который представляет собой активный элемент, накачиваемый светом накачки, выходящим из источника 20 света накачки. В качестве такого активного элемента можно использовать редкоземельный элемент, отличающийся от иттербия (Yb), такой как неодимий (Nd) или эрбий (Er). В качестве материала для оболочки 52 можно использовать, например, диоксид кремния без какого-либо легирующего вещества, а в качестве материала для наружной оболочки 53 можно использовать, например, УФ-отверждаемую смолу.

Вследствие разности между показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52, как описано выше, свет с предварительно определенной длиной волны из задающего источника света заключен и проходит в сердцевине 51. В качестве моды света, проходящего через сердцевину 51, LP02 существует в качестве моды высшего порядка в дополнение к основной моде LP01. В усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления длина волны света задающего источника света, размер сердцевины 51 и оболочки 52 и разность между относительными показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52 установлены такими, что моды высшего порядка LP03 или выше не проходят.

Далее сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50 описана более подробно. На фиг.3 показано состояние сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50, представленного на фиг.2. Конкретно, в части (A) на фиг.3 показано состояние структуры поперечного сечения сердцевины 51, перпендикулярного продольному направлению усиливающего оптического волокна 50. В части (B) на фиг.3 показано распределение интенсивностей моды LP01 и моды LP02, нормализованных по их мощностям, когда мода LP01 и мода LP02 распространяются через сердцевину 51. В части (C) на фиг.3 показано распределение концентрации активного элемента, которым легирована сердцевина 51.

Как показано в части (B) на фиг.3, интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю в положениях, расположенных на расстоянии r от центра сердцевины 51, показанного в части (A) на фиг.3. Мода LP02 обладает распределением интенсивности, которое имеет максимальную интенсивность в центре сердцевины 51. С другой стороны, мода LP01 также имеет распределение интенсивности, которое имеет максимальную интенсивность в центре сердцевины 51, но отношение этой интенсивности к интенсивности в положениях на расстоянии r от центра сердцевины 51 не так высоко, как таковое отношение для моды LP02. Когда моду LP01 и моду LP02, проходящие через сердцевину 51, нормализуют по их мощностям, мода LP01 имеет интенсивность, которая ниже интенсивности моды LP02, в центре сердцевины 51. Область, которая расположена рядом с центром сердцевины 51 и в которой мода LP01 имеет меньшую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как центральная область 55.

Область, которая окружает центральную область 55 и в которой мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как средняя область 56. На поперечном сечении сердцевины 51 средняя область 56 имеет форму кольца, как показано в части (A) на фиг.3.

Область, которая окружает среднюю область 56 и в которой мода LP01 имеет меньшую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как наружная периферическая область 57. Когда моду LP01 и моду LP02, распространяющиеся через сердцевину 51, нормализуют по их мощностям, диаметр центральной области 55 составляет 8 мкм, и наружный диаметр средней области 56 составляет 22 мкм в том случае, когда диаметр сердцевины 51 установлен равным, например, 30 мкм, как описано выше.

Как показано в части (C) на фиг.3, в усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления всю сердцевину 51 легируют активным элементом Yb, но центральную область 55, включая центр сердцевины 51, легируют в более низкой концентрации, чем среднюю область 56, включая положение, в котором интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51). Другими словами, в сердцевине 51 положения, где интенсивность моды LP02 становится равной нулю, легируют активным элементом Yb в более высокой концентрации, чем концентрация в центральной области 55 сердцевины 51. Например, диоксид кремния в центре сердцевины 51 легируют активным элементом Yb в концентрации 1,0% масс., а диоксид кремния в средней области 56, включающей положение, в котором интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), и в наружной периферической области 57 легируют в концентрации 2,0% масс.

Далее описана работа оптического волоконного усилителя 100.

Сначала свет с длиной волны 1070 мкм из задающего источника 10 света выходит через одномодовое волокно 15. В это время, согласно описанной выше конфигурации одномодового волокна 15, через него распространяется только мода LP01. Свет с модой LP01, распространяющийся через одномодовое волокно 15, входит в оптический объединитель 30.

Источник 20 света накачки выдает свет накачки для накачки активного элемента Yb, которым легирована сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50. Длина волны в это время установлена равной, например, 915 мкм, как описано выше. Свет накачки выходит из источника 20 света накачки, затем проходит через многомодовые волокна 22 и входит в оптический объединитель 30.

Задающий свет и свет накачки, вошедшие в оптический объединитель 30, входят в усиливающее оптическое волокно 50, затем задающий свет проходит через сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50, а свет накачки распространяется через оболочку 52 и сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50. Задающий свет входит в основном в виде моды LP01, но сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50 может позволить свету с длиной волны задающего света распространяться в виде моды LP01 и моды LP02. Следовательно, входящая мода LP01 возбуждает моду LP02, и задающий свет распространяется в виде моды LP01 и моды LP02. Когда свет накачки проходит через сердцевину 51, происходит накачка активного элемента Yb, которым легирована сердцевина 51. Накачанный активный элемент Yb вызывает вынужденное излучение посредством задающего света, и задающий свет с модой LP01 и модой LP02 усиливается посредством вынужденного излучения.

В это время установлена более высокая концентрация активного элемента Yb в положении в сердцевине 51, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), чем концентрация активного элемента Yb в центре сердцевины 51. В положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, свет с модой LP01 не обладает интенсивностью, равной нулю, а имеет предварительно определенную интенсивность. В положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), также вызывается вынужденное излучение, так что усиливается свет с модой LP01. С другой стороны, в положении на расстоянии r от центра сердцевины 51 интенсивность света с модой LP02 равна нулю, так что свет с модой LP02 не вызывает вынужденного излучения и, таким образом, не усиливается. Свет с модой LP02 не стимулирует испускание активного элемента Yb в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, так что эффективно усиливается только свет с модой LP01.

В центре сердцевины 51 концентрация активного элемента Yb ниже, чем концентрация в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, и, таким образом, усиление света в этой области ослаблено по сравнению с усилением в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю.

Как описано выше, вследствие зависимости между коэффициентами усиления моды LP01 и моды LP02 в центре сердцевины 51 и в положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю, свет с модой LP01 усиливается в большей степени, чем свет с модой LP02. Следовательно, можно эффективно усиливать свет с модой LP01.

Конкретно, усиливающее оптическое волокно 50 согласно настоящему варианту осуществления может выдавать свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью, чем свет с модой LP02, с тем, чтобы добиться более высокого качества луча по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации.

Следовательно, в усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления выход света, в котором все моды объединены, обладает почти такой же интенсивностью по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации, а усиление моды LP02 снижено, и, таким образом, мощность света накачки может в большей степени содействовать усилению LP01, так что можно получить свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью и высоким качеством луча.

Таким образом, усиливающее оптическое волокно 50 может выдавать луч света высокого качества по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации. Следовательно, оптический волоконный усилитель 100 согласно настоящему варианту осуществления, использующий такое усиливающее оптическое волокно 50, может выдавать луч света высокого качества.

Кроме того, в варианте осуществления усиливающее оптическое волокно 50 выполнено так, чтобы не позволять модам высшего порядка LP03 или выше распространяться через него, так что может выходить луч света высокого качества.

В оптическом волоконном усилителе 100 согласно настоящему варианту осуществления, поскольку одномодовый свет с модой LP01 входит в усиливающее оптическое волокно 50 в виде задающего света, мода LP01 усиливается в значительной степени по сравнению со случаем волокна, содержащего сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации, в результате чего мода LP02 усиливается с наивысшим коэффициентом усиления. Следовательно, может выходить луч света высокого качества.

(Второй вариант осуществления)

Далее подробно описан второй вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.4. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.4 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно второму варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.4, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51a используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.4, средняя область 56a и наружная периферическая область 57a сердцевины 51a выполнены аналогично средней области 56 и наружной периферической области 57 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Сердцевина 51a усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления отличается от сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что центральная область 55a не легирована активным элементом.

При использовании усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления, поскольку центральная область 55a сердцевины 51a не легирована активным элементом, свет не усиливается в центральной области 55a, в которой высока интенсивность моды LP02 в свете, входящем в усиливающее оптическое волокно. Аналогично первому варианту осуществления, в положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51a), усиливается только свет с модой LP01, а свет с модой LP02 не усиливается. Следовательно, мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02, так что может выходить луч света более высокого качества. Следовательно, используя усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления, можно предоставить оптический волоконный усилитель, способный выдавать луч света более высокого качества.

(Третий вариант осуществления)

Далее подробно описан третий вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.5. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.5 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно третьему варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.5, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51b используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.5, центральная область 55b и средняя область 56b сердцевины 51b выполнены аналогично центральной области 55 и средней области 56 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Сердцевина 51b усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления отличается от сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, ниже, чем концентрация активного элемента, которым легирована средняя область 56b. Концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, является по существу такой же, как концентрация активного элемента, которым легирована центральная область 55b.

При использовании усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления, поскольку концентрация активного элемента, которым легированы положения, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51b), выше, чем концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, усиление света с модой LP02 снижается аналогично первому варианту осуществления. С другой стороны, на расстоянии r от центра сердцевины 51 свет с модой LP01 усиливается с большей эффективностью. Следовательно, мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02, так что может выходить луч света более высокого качества. Следовательно, используя усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления, можно предоставить оптический волоконный усилитель, способный выдавать луч света более высокого качества.

(Четвертый вариант осуществления)

Далее подробно описан четвертый вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.6. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.6 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно четвертому варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.6, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51c используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.6, средняя область 56c сердцевины 51c выполнена аналогично средней области 56 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления отличается от усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что центральная область 55c и наружная периферическая область 57c не легированы активным элементом. В настоящем варианте осуществления активным элементом легируют только среднюю область 56c.

При использовании усиливающего оптического волокна по настоящему варианту осуществления, поскольку активным элементом легируют только среднюю область 56c, включающую положение, в котором интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51c), свет не усиливается в центральной области 55c или в наружной периферической области 57c, где высока интенсивность моды LP02. Конкретно, свет усиливается только в средней области 56c, где высока интенсивность моды LP01. Следовательно, мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02, так что может выходить луч света более высокого качества. Следовательно, используя усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления, можно предоставить оптический волоконный усилитель, способный выдавать луч света более высокого качества.

(Пятый вариант осуществления)

Далее подробно описан пятый вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.7. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.7 представлен резонатор согласно пятому варианту осуществления изобретения.

Как показано на фиг.7, резонатор 200 согласно настоящему варианту осуществления в качестве основных компонентов содержит: источник 20 света накачки; усиливающее оптическое волокно 50; оптический объединитель 30; волокно 65 с двойной оболочкой, предоставленное между усиливающим оптическим волокном 50 и оптическим объединителем 30; первую ВРБ 61, предоставленную на волокне 65 с двойной оболочкой; многомодовое волокно 66, предоставленное на усиливающем оптическом волокне 50 на стороне, противоположной волокну с двойной оболочкой 65; и вторую ВРБ 62, предоставленную на многомодовом волокне 66.

Волокно 65 с двойной оболочкой выполнено так, чтобы иметь поперечное сечение, перпендикулярное продольному направлению, аналогичное поперечному сечению усиливающего оптического волокна, и содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку. Сердцевина, оболочка и наружная оболочка волокна 65 с двойной оболочкой выполнены так, чтобы иметь наружные диаметры, показатели преломления и т.п., по существу аналогичные таковым сердцевины, оболочки и наружной оболочки усиливающего оптического волокна 50, и волокно 65 с двойной оболочкой позволяет моде LP01 и моде LP02 распространяться через него аналогично усиливающему оптическому волокну 50. Однако сердцевина волокна 65 с двойной оболочкой не легирована активным элементом. Один конец волокна 65 с двойной оболочкой соединен с оптическим объединителем 30 аналогично тому, как усиливающее оптическое волокно 50 соединено с оптическим объединителем 30 в первом варианте осуществления, так что сердцевина многомодового волокна 22 и оболочка волокна 65 с двойной оболочкой находятся в оптическом соединении. Другой конец волокна 65 с двойной оболочкой соединен с усиливающим оптическим волокном 50, соединены сердцевина волокна 65 с двойной оболочкой и сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50, и соединены оболочка волокна 65 с двойной оболочкой и оболочка 52 усиливающего оптического волокна 50.

На сердцевине волокна 65 с двойной оболочкой предоставлена первая ВРБ 61. Таким образом, первая ВРБ 61 предоставлена на одной стороне усиливающего оптического волокна 50. Первая ВРБ 61 содержит части с высоким показателем преломления, повторно предоставленные через равные интервалы вдоль продольного направления волокна 65 с двойной оболочкой, и выполнена с возможностью отражать свет, содержащий по меньшей мере часть длин волн в свете, испускаемом активным элементом, который накачивают в усиливающем оптическом волокне 50, посредством корректировки интервала. В случае, когда активным элементом является Yb, как описано выше, первая ВРБ 61 выполнена так, чтобы иметь отражательную способность 100%, например, при отражении света с длиной волны, например, 1070 нм.

В многомодовом волокне 66, предоставленном на усиливающем оптическом волокне 50 на стороне, противоположной волокну 65 с двойной оболочкой, диаметр сердцевины и показатели преломления сердцевины и оболочки установлены так, что многомодовое волокно 66 позволяет моде LP01 и моде LP02 распространяться через него, аналогично усиливающему оптическому волокну 50. Многомодовое волокно 66 имеет один конец, соединенный с усиливающим оптическим волокном 50, и другой конец, не соединенный ни с чем так, чтобы представлять собой свободный конец. Сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50 соединена с сердцевиной многомодового волокна 66.

На сердцевине многомодового волокна 66 предоставлена вторая ВРБ 62. Таким образом, вторая ВРБ 62 предоставлена на другой стороне усиливающего оптического волокна 50. Вторая ВРБ 62 содержит части с высоким показателем преломления, повторно предоставленные через равные интервалы вдоль продольного направления многомодового волокна 66, и выполнена с возможностью отражать свет с той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ 61, с более низкой отражательной способностью, чем первая ВРБ 61, и может быть выполнена с возможностью отражать свет с той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ 61, с отражательной способностью, например, 50%.

В таком резонаторе 200 свет накачки, выходящий из соответствующих лазерных диодов 21 источника 20 света накачки, входит в оболочку волокна 65 с двойной оболочкой в оптическом объединителе 30, а затем входит из оболочки волокна 65 с двойной оболочкой в оболочку усиливающего оптического волокна 50. Аналогично первому варианту осуществления, накачивают активный элемент, которым легирована сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50. Затем накачанный активный элемент испускает свет спонтанного излучения с конкретной длиной волны. В это время свет спонтанного излучения может представлять собой свет, например, с центральной длиной волны 1070 нм и постоянным диапазоном. Свет спонтанного излучения проходит через сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50 и отражается первой ВРБ 61, предоставленной на сердцевине волокна 65 с двойной оболочкой, а отраженный свет отражается второй ВРБ 62 с тем, чтобы вызвать оптический резонанс. Свет усиливается при прохождении через сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50, и часть света проходит через вторую ВРБ с тем, чтобы выйти из многомодового волокна 66.

Также в настоящем варианте осуществления, поскольку при прохождении света через сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50 свет с модой LP01 усиливается в большей мере, чем свет с модой LP02, свет содержит свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью, чем свет с модой LP02, и этот свет, представляющий собой луч света более высокого качества, по сравнению со случаем, когда используют волокно, содержащее сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации, может выходить.

Несмотря на то, что пример, в котором усиливающее оптическое волокно 50 согласно первому варианту осуществления используют в качестве усиливающего оптического волокна, описан в настоящем варианте осуществления, можно использовать усиливающее оптическое волокно 50, описанное в вариантах осуществления со второго по четвертый.

Несмотря на то, что выше изобретение описано посредством ссылки на варианты осуществления с первого по пятый в качестве примеров, изобретение не ограничено этим.

Например, в третьем варианте осуществления наружную периферическую область 57b можно не легировать активным элементом. Также при использовании такой конфигурации во входящем свете мода LP01 усиливается с более высоким коэффициентом усиления, чем мода LP02, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества.

Альтернативно, в третьем варианте осуществления концентрации активного элемента, которым легирована центральная область 55b и наружная периферическая область 57b, могут отличаться друг от друга.

В вариантах осуществления с первого по четвертый усиливающее оптическое волокно выполнено с возможностью не позволять модам высшего порядка LP03 или выше во входящем в сердцевину свете распространяться через нее, но может быть выполнено с возможностью позволять модам высшего порядка LP03 и выше проходить через нее.

В вариантах осуществления с первого по четвертый описан пример прямой возбуждающей конфигурации, в которой свет накачки входит через торцевую поверхность усиливающего оптического волокна, противоположную выходной торцевой стороне, но можно использовать обратную возбуждающую конфигурацию, в которой оптический объединитель для накачки предоставлен на выходной торцевой стороне усиливающего оптического волокна, а свет накачки входит с торцевой поверхности усиливающего оптического волокна на выходной торцевой стороне.

В качестве оптического волокна, соединенного с задающим источником 10 света, можно использовать многомодовое волокно с тем, чтобы ввести многомодовый свет в усиливающее оптическое волокно. В это время многомодовое оптическое волокно используют в качестве волокна для прохождения задающего света оптического объединителя, и многомодовое волокно, соединенное с задающим источником света, и волокно для прохождения задающего света оптического объединителя соединены сплавлением, и при этом их центральные оси по существу совпадают. Таким образом, многомодовое волокно позволяет осесимметричной моде распространяться с тем, чтобы сделать задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, светом, содержащим осесимметричную моду. Таким образом, задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, содержит только осесимметричную моду высшего порядка, отличную от моды LP01. Следовательно, может выходить луч света высокого качества, который можно легче сфокусировать по сравнению со случаем, где задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, содержит осесимметричную моду высшего порядка. В качестве примера такого многомодового волокна можно использовать, например, многомодовое волокно, которое позволяет проходить моде LP01 и моде LP02, но не модам высшего порядка LP03 или выше. В том случае, когда длина волны света, проходящего через сердцевину, составляет 1070 нм, такое многомодовое волокно можно выполнить, установив диаметр сердцевины равным 30 мкм, а разность между относительными показателями преломления сердцевины и оболочки равной 0,15%.

Оптический волоконный усилитель 100 или резонатор 200, описанные в вариантах осуществления, можно использовать в качестве устройства на волоконно-оптическом лазере как они есть.

(Примеры)

Далее в настоящем документе изобретение описано более конкретно с помощью примеров и сравнительного примера, но изобретение не ограничено этим.

(Первый пример)

Для того чтобы проверить качество выходного луча посредством имитации, для расчетов брали усиливающее оптическое волокно, аналогичное волокну по первому варианту осуществления. В усиливающем оптическом волокне согласно настоящему примеру сердцевину выполняли диаметром 30 мкм, оболочку выполняли с наружным диаметром 420 мкм, а наружную оболочку выполняли с наружным диаметром 440 мкм. Разность между относительными показателями преломления сердцевины и оболочки установили равной 0,15%. На всем протяжении примеров, описываемых далее в настоящем документе, соответствующие усиливающие оптические волокна выполняли такой длины, которая делает усиление наиболее эффективным в условиях максимальной мощности света накачки.

Когда свет с длиной волны 1070 нм входит в такое усиливающее оптическое волокно, а мода LP01 и мода LP02 в свете соответственно нормализованы по их мощностям, мода LP02 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP01, в центральной области диаметром 4 мкм в радиальном направлении сердцевины, мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, в средней области с внутренним диаметром 4 мкм и наружным диаметром 11 мкм, и мода LP02 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP01 в наружной периферической области за пределами средней области.

Следовательно, центральную область легировали Yb в концентрации 1% масс., а среднюю область и наружную периферическую область легировали Yb в концентрации 2% масс.

(Второй пример)

Второй пример выполняли аналогично первому примеру за исключением того, что для расчетов брали усиливающее оптическое волокно, аналогичное волокну по второму варианту осуществления, и центральную область не легировали Yb.

(Третий пример)

Третий пример выполняли аналогично первому примеру за исключением того, что для расчетов брали усиливающее оптическое волокно, аналогичное волокну по третьему варианту осуществления, а наружную периферическую область легировали Yb в концентрации 1% масс.

(Четвертый пример)

Четвертый пример выполняли аналогично первому примеру за исключением того, что для расчетов брали усиливающее оптическое волокно, аналогичное волокну по четвертому варианту осуществления, а центральную область и наружную периферическую область не легировали Yb.

(Пятый пример)

Пятый пример выполняли аналогично третьему примеру за исключением того, что концентрацию Yb, которым легировали центральную область, устанавливали равной 1,6% масс., а концентрацию Yb, которым легировали наружную периферическую область, устанавливали равной 1,6% масс.

(Первый сравнительный пример)

Первый сравнительный пример выполняли аналогично первому примеру за исключением того, что всю сердцевину легировали Yb с равномерной концентрацией 2,0% масс.

Затем путем вычисления получали выходную мощность и качество луча (M2) выходного света в каждом случае, где задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 70% и моду LP02 с мощностью 30% и обладающий интенсивностью 200 мВт в качестве полной мощности, вводили в усиливающие оптические волокна согласно примерам с первого по пятый и первому сравнительному примеру, а также вводили свет накачки, меняя мощность света накачки до 10 Вт, 30 Вт, 50 Вт и 70 Вт. Качество луча M2 определяли с помощью следующего уравнения, учитывающего длину волны λ, угол рассеяния Θ выходного света и диаметр луча D.

Результаты показаны на фиг.8. Как показано на фиг.8, выходные мощности не отличались для любых мощностей света накачки в примерах с первого по пятый и в первом сравнительном примере. В первом примере M2, отражающий качество луча, имел более низкое значение для любых мощностей света накачки по сравнению с первым сравнительным примером, посредством чего подтверждали, что в первом примере выходит свет с высоким качеством луча. Результаты показали, что луч света более высокого качества выходит во втором примере, луч света еще более высокого качества выходит в пятом примере, луч света еще более высокого качества выходит в третьем примере, а луч света наивысшего качества выходит в четвертом примере.

Затем посредством вычислений получали выходную мощность и качество луча (M2) выходного света в каждом случае, где задающий свет, содержащий моду LP01 и моду LP02, обе с мощностью 50%, и обладающий интенсивностью 200 мВт, входил в усиливающее оптическое волокно из четвертого примера и в усиливающее оптическое волокно из первого сравнительного примера, а свет накачки входил при изменении мощности света накачки до 10 Вт, 30 Вт, 50 Вт и 70 Вт. Результаты показаны на фиг.9. Как показано на фиг.9, мощности света накачки в четвертом примере и в первом сравнительном примере не различались значительно. Результаты показывают, что луч света более высокого качества выходил в четвертом примере по сравнению с первым сравнительным примером.

Затем посредством вычислений получали выходную мощность и качество луча (M2) выходного света в каждом случае, где задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 30% и моду LP02 с мощностью 70% и обладающий интенсивностью 200 мВт в качестве полной мощности, вводили в усиливающее оптическое волокно из четвертого примера и в усиливающее оптическое волокно из первого сравнительного примера, и свет накачки вводили при изменении мощности света накачки до 10 Вт, 30 Вт, 50 Вт и 70 Вт. Результаты показаны на фиг.10. Как показано на фиг.10, мощности света накачки в четвертом примере и в первом сравнительном примере не различались значительно. Результаты показывают, что луч света более высокого качества выходил в четвертом примере по сравнению с первым сравнительным примером.

Результаты подтвердили то, что в случае усиливающего оптического волокна, в котором активным элементом легировали область, где мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, в более высокой концентрации по сравнению с центральной областью сердцевины, когда мода LP01 и мода LP02 в свете, входящем в сердцевину, соответственно нормализованы по их мощности, что является изобретением, мода LP01 усиливается с более высоким коэффициентом усиления, чем мода LP02, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества. Кроме того, подтвердили, что мода LP01 усиливается с более высоким коэффициентом усиления, чем мода LP02, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества независимо от соотношения между мощностями моды LP01 и моды LP02 в свете, распространяющемся через усиливающее оптическое волокно.

Как описано выше, в усиливающем оптическом волокне 50 по изобретению мода LP01 усиливается в большей мере, чем мода LP02, по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb с равномерной концентрацией, и, таким образом, выходит свет с модой LP01, обладающей более высокой интенсивностью по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb с равномерной концентрацией.

Таким образом, усиливающее оптическое волокно 50 может выдавать луч света более высокого качества по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb с равномерной концентрацией. Следовательно, оптический волоконный усилитель 100 по изобретению, в котором используют такое усиливающее оптическое волокно 50, может выдавать луч света высокого качества.

Промышленная применимость

Согласно изобретению можно предоставить усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор с его использованием, способные выдавать луч света высокого качества, даже когда мода высшего порядка, которая является осесимметричной, возбуждается в дополнение к моде LP01.

Описание номеров позиций

10 … задающий источник света

15 … одномодовое волокно

20 … источник света накачки

21 … лазерный диод

22 … многомодовое волокно

30 … оптический объединитель

50 … усиливающее оптическое волокно

51, 51a, 51b, 51c … сердцевина

52 … оболочка

53 … наружная оболочка

55, 55a, 55b, 55c … центральная область

56, 56a, 56b, 56c … средняя область

57, 57a, 57b, 57c … наружная периферическая область

100 … оптический волоконный усилитель.

1. Усиливающее оптическое волокно, содержащее:
сердцевину;
оболочку, покрывающую сердцевину; и
наружную оболочку, покрывающую оболочку,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более высокой концентрации положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, чем центр сердцевины.

2. Усиливающее оптическое волокно, содержащее:
сердцевину;
оболочку, покрывающую сердцевину; и
наружную оболочку, покрывающую оболочку,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более низкой концентрации центр сердцевины, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

3. Усиливающее оптическое волокно по п.1 или 2, при этом концентрацию активного элемента устанавливают ниже в наружной периферической области сердцевины, чем положении, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

4. Усиливающее оптическое волокно по п.1 или 2, где активным элементом легируют область, где мода LP01 обладает более высокой интенсивностью, чем мода LP02 в более высокой концентрации по сравнению с областью, где мода LP01 обладает более низкой интенсивностью, чем мода LP02, когда моду LP01 и моду LP02 соответственно нормализуют по их мощностям.

5. Усиливающее оптическое волокно по пп.1 или 2, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

6. Усиливающее оптическое волокно по п.3, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

7. Усиливающее оптическое волокно по п.4, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

8. Оптический волоконный усилитель, содержащий:
усиливающее оптическое волокно, содержащее сердцевину, оболочку, покрывающую сердцевину, и наружную оболочку, покрывающую оболочку;
задающий источник света, выполненный с возможностью вводить задающий свет, содержащий моду LP01, в усиливающее оптическое волокно; и
источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более высокой концентрации положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, чем центр сердцевины.

9. Оптический волоконный усилитель, содержащий:
усиливающее оптическое волокно, которое содержит сердцевину, оболочку, покрывающую сердцевину, и наружную оболочку, покрывающую оболочку;
задающий источник света, выполненный с возможностью вводить задающий свет, содержащий моду LP01, в усиливающее оптическое волокно; и
источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более низкой концентрации центр сердцевины, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

10. Оптический волоконный усилитель по п.8 или 9, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

11. Оптический волоконный усилитель по п.10, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

12. Оптический волоконный усилитель по п.8 или 9, в котором концентрацию активного элемента устанавливают ниже в наружной периферической области сердцевины, чем положении, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

13. Оптический волоконный усилитель по п.12, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

14. Оптический волоконный усилитель по п.13, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

15. Оптический волоконный усилитель по п.8 или 9, где активным элементом легируют область, где мода LP01 обладает более высокой интенсивностью, чем мода LP02, в более высокой концентрации по сравнению с областью, где мода LP01 обладает более низкой интенсивностью, чем мода LP02, когда моду LP01 и моду LP02 соответственно нормализуют по их мощностям.

16. Оптический волоконный усилитель по п.15, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

17. Оптический волоконный усилитель по п.16, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

18. Оптический волоконный усилитель по п.8 или 9, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

19. Оптический волоконный усилитель по п.18, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

20. Оптический волоконный усилитель по п.19, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

21. Оптический волоконный усилитель по п.12, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

22. Оптический волоконный усилитель по п.21, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

23. Оптический волоконный усилитель по п.22, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

24. Оптический волоконный усилитель по п.15, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

25. Оптический волоконный усилитель по п.24, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, возбуждает только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

26. Оптический волоконный усилитель по п.25, где задающий свет, введенный в усиливающее оптическое волокно, представляет собой одномодовый свет.

27. Резонатор, содержащий:
усиливающее оптическое волокно, которое содержит сердцевину, оболочку, покрывающую сердцевину, и наружную оболочку, покрывающую оболочку;
источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна;
первую ВРБ, предоставленную на одной стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, содержащего по меньшей мере часть длин волн в свете, испускаемом активным элементом, который накачивают светом накачки; и
вторую ВРБ, предоставленную на другой стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света с той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ, с более низкой отражательной способностью, чем первая ВРБ,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более высокой концентрации положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, чем в центре сердцевины.

28. Резонатор, содержащий:
усиливающее оптическое волокно, которое содержит сердцевину, оболочку, покрывающую сердцевину, и наружную оболочку, покрывающую оболочку;
источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна;
первую ВРБ, предоставленную на одной стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, содержащего по меньшей мере часть длин волн в свете, испускаемом активным элементом, который накачивают светом накачки; и
вторую ВРБ, предоставленную на другой стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света с той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ, с более низкой отражательной способностью, чем первая ВРБ,
где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке,
сердцевина позволяет свету предварительно определенной длины волны проходить по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и
в сердцевине активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, легируют в более низкой концентрации центр сердцевины, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

29. Резонатор по п.27 или 28, в котором концентрацию активного элемента устанавливают ниже в наружной периферической области сердцевины, чем в положении, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

30. Резонатор по п.27 или 28, где активным элементом легируют область, где мода LP01 обладает более высокой интенсивностью, чем мода LP02, в более высокой концентрации по сравнению с областью, где мода LP01 обладает более низкой интенсивностью, чем мода LP02, когда моду LP01 и моду LP02 соответственно нормализуют по их мощностям.

31. Резонатор по п.27 или 28, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

32. Резонатор по п.29, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

33. Резонатор по п.30, где сердцевина не позволяет проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к волоконным импульсным лазерам со сверхкороткой длительностью импульса, работающим на длине волны около 1 мкм.

Изобретение относится к лазерной технике. .

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям передачи. .

Изобретение относится к способу получения волоконных резонирующих полостей для узкополосных волоконных лазеров большой мощности путем использования коротких волокон и подавления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.

Устройство относится к области квантовой электроники. Полностью волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса содержит лазер накачки, модуль ввода излучения лазера накачки в волокно, легированное редкоземельным элементом волокно, разветвитель, контроллеры поляризации, волоконные поляризаторы с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации, акустооптический модулятор, установленный непосредственно на оптическое волокно между волоконными поляризаторами, частота акустооптического модулятора равна собственной частоте кольцевого волоконного резонатора. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения эффективности синхронизации мод. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса содержит лазер накачки, последовательно установленные, образующие кольцевой резонатор и закрепленные на держатель волокна волоконные модуль ввода излучения лазера накачки в волокно, легированное редкоземельным элементом волокно, разветвитель, контроллер поляризации, волоконный поляризатор, контроллер поляризации, изолятор. При этом волокно закреплено на держателе оптического волокна так, что при распространении импульса излучения по волокну на каждом витке волокна сдвиг фаз поляризационных компонент поля оптического импульса относительно двух взаимно перпендикулярных осей скомпенсирован. Технический результат заключается в упрощении конструкции и обеспечении компактности лазера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке генераторов световых импульсов с высокой энергией излучения. Волоконный лазер для генерации световых импульсов содержит источник периодической импульсной накачки и волоконный кольцевой резонатор с суммарной нормальной дисперсией, состоящий из активного и пассивного волокон с их общей длиной более 1 км. Ответвитель вывода генерируемого излучения своим входом соединен с выходом кольцевого волоконного резонатора. Выход источника периодической импульсной накачки соединен с входом ответвителя ввода излучения накачки, выход которого соединен с активным волокном. Дополнительный ответвитель соединен своим входом со вторым выходом волоконного кольцевого резонатора и своим выходом - с оптическим входом фотодетектора. Электрический выход фотодетектора соединен с входом линии задержки электрического сигнала, выход которой соединен с входом блока управления источником периодической импульсной накачки, выход которого соединен с входом источника периодической импульсной накачки. Технический результат заключается в увеличении энергии генерируемых импульсов излучения волоконного лазера.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный лазер с варьируемой конфигурацией поддерживающего поляризацию излучения кольцевого резонатора содержит источник накачки, модуль спектрального сведения, сигнальный вход которого соединен с волоконным изолятором, а сигнальный выход - с активным волокном, которое другим концом соединено с волоконным ответвителем. Изолятор и ответвитель соединены другими концами с входами двух волоконно-оптических переключателей, работающих по схеме 1×N, где N - число выходов, при этом каждый переключатель под управлением электронных сигналов коммутирует входные оптические сигналы на определенные выходы, к которым присоединены волоконно-оптические элементы, обеспечивающие активную или пассивную или гибридную (активно-пассивную) синхронизацию мод излучения лазера или модуляцию добротности резонатора лазера. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации импульсов с различными длительностями, энергиями и частотами повторения в широком диапазоне. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения содержит источник накачки, волоконный линейный резонатор, модуль заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, и содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны, а также расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент. При этом одна из двух плоских рабочих поверхностей нелинейного кристалла, или оптического элемента, расположенного в высокодобротном резонаторе, перпендикулярна падающему излучению и служит выходным зеркалом линейного резонатора, между волокном и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, между которыми расположен поляризатор, поверхности которого наклонены к оси резонатора на угол не менее одного градуса. Технический результат заключается в эффективной генерации нелинейно преобразованного излучения с улучшенной временной стабильностью мощности излучения. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

Рамановский волоконный импульсный лазер содержит оптически связанные источник излучения накачки, поддерживающий поляризацию излучения волоконный кольцевой резонатор, содержащий рамановское усиливающее волокно, преобразующее излучение накачки в излучение первого или более высокого стоксового компонента рамановского рассеяния. Также лазер содержит волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в кольцевой резонатор, позволяющий ввести излучение накачки в кольцевой резонатор и пропускающий усиливаемое излучение рамановского импульсного лазера, поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора и минимум один изолятор, обеспечивающий однонаправленную генерацию излучения. В резонатор лазера введен элемент активной синхронизации мод излучения на основе амплитудного или фазового модулятора. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации стабильных когерентных импульсов с частотой следования более 1 МГц в широком спектральном диапазоне при использовании излучения накачки с различными длинами волн. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к управляемым импульсным лазерным системам для генерации лазерного излучения на двух оптических частотах. В системе используют два вложенных один в другой волоконных лазера с пассивной модуляцией добротности при внешней накачке излучением лазерного диода, питаемым электрическим током. В качестве просветляемого поглощающего элемента используется активное волокно одного из лазеров. Управление частотой следования импульсов достигается наличием обратной оптоэлектронной связи по частоте следования импульсов и мощности излучения диода. Согласование автогенерации импульсного излучения обеспечивается за счет синхронизации частоты модуляции и мощности тока накачки с частотой следования лазерных импульсов системы. Выходное излучение усиливается оптическим усилителем мощности. Технический результат: стабилизация импульсного излучения с двумя разными оптическими частотами, повышение точности и эффективности преобразования энергии. 3 н., 17 з.п. ф-лы, 5 ил.,2 табл.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора. Указанный резонатор включает активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки. Активное волокно выполнено с высокой концентрацией легирующей примеси, а волоконно-оптический изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, установленным вместе с делителем излучения с обеспечением встречного направления излучения узкополосного кольцевого волоконного лазера и излучения накачки. Устройство позволило добиться стабильной генерации лазерного излучения. 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ пассивной синхронизации мод излучения в лазере сверхкоротких импульсов с цельноволоконным оптическим резонатором состоит в использовании эффекта нелинейной эволюции поляризации и укладки витками оптического волокна с формированием скруток и изгибов, не препятствующих распространению по оптическому волокну оптического излучения и создающих двулучепреломление и относительную фазовую задержку компонент поляризации, достаточную для запуска режима пассивной синхронизации мод за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации. Технический результат заключается в обеспечении возможности эффективного преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, при использовании надежной конструкции лазера, не требующей технического обслуживания в процессе эксплуатации и транспортировки. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный импульсный линейный лазер с пассивной синхронизацией мод излучения содержит оптически связанные источник излучения накачки, поддерживающий поляризацию излучения волоконный линейный резонатор, содержащий последовательно расположенные спектрально-селективный отражающий элемент, коллиматор, торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в резонатор, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, коллиматор, фокусирующий излучение оптический элемент, зеркало резонатора. Зеркало резонатора расположено на плоской поверхности прозрачного для излучения лазера оптического элемента с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм, вторая плоская поверхность которого расположена между зеркалом и фокусирующим излучение оптическим элементом и имеет угол наклона более одного градуса к оси резонатора лазера. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации короткоимпульсного излучения в широком спектральном диапазоне без ограничений срока работы лазера. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх