一种模式过滤器、少模光纤放大器及多级光纤放大器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模式过滤器、少模光纤放大器及多级光纤放大器系统，所述模式过滤器与保偏掺镱少模光纤通过光纤熔接机熔接，所述模式过滤器的横截面包括：纤芯区，纤芯直径小于少模光纤的直径；包层区，环绕在所述纤芯区的外侧；以及两个应力棒，设于所述包层区上，并相对所述纤芯区的上下轴对称布置；布拉格光栅，呈对称分布刻写在所述纤芯区的边缘，且所述布拉格光栅的位置与在所述纤芯区的纤芯中传输的高阶横模部分重合。本发明专利技术通过光栅刻写装置将布拉格光栅结构刻写在少模光纤的纤芯周围，将光栅在光纤横截面上的目标位置与光纤的高阶横模模场分布进行匹配，使光纤中的高阶模式经过光栅后得到较大的损耗，实现模式过滤的功能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种模式过滤器、少模光纤放大器及多级光纤放大器系统


[0001]本专利技术涉及激光器
，具体而言，涉及一种模式过滤器、少模光纤放大器及多级光纤放大器系统。

技术介绍

[0002]少模光纤指的是除了光纤基模(LP01)以外，还支持数个高阶模式的传输放大的光纤。在光通信领域，少模光纤被用来模分复用以提升通道容量，突破带宽限制。在光纤放大器领域，掺稀土元素的少模光纤常被用来作为增益介质对信号进行放大，突破小纤芯单模光纤的功率限制。
[0003]公开号为US9595802B2、名称为多模光纤放大器的美国专利技术专利，其中提出了一种通过盘绕光纤的方式实现模式过滤的方法，其原理是通过盘绕光纤将损耗引入光纤模式中，使高阶模式引入的损耗大于低阶模式，从而实现模式过滤的功能。但是这种方法在实际使用中有三个缺点：一是在盘绕光纤时不可避免的会产生轴向扭曲，带来应力，在固定光纤后光纤所受扭力会随着时间变化，导致模式过滤效果的变化；二是对环境温度影响较为敏感，模式损耗会随着温度的变化而变化，不能保证在温度有差异的环境下的工作；三是盘绕需要一定的光纤长度才能起作用，而对于飞秒脉冲啁啾放大系统来说，过长的光纤会带来不必要的非线性，导致激光器性能下降。
[0004]公开号为CN218240467U、名称为光纤模式复用系统的中国技术专利，其中提出了一种通过可重构超表面装置单元来激发少模光纤中不同模式的方法，当可重构超表面装置单元设置成为过滤基模的条件下，该结构也可用于模式过滤。但是该方法使用了光纤至空间再到光纤的多重耦合，结构复杂，耦合稳定性差。可重构超表面装置单元价格昂贵，能承受的光功率有限，不适合高功率激光放大使用。
[0005]公开号为CN103928829A、名称为一种基于少模光纤布拉格光栅的高阶模获取装置的中国专利技术专利，其中提出了使用光纤布拉格光栅反射少模光纤中不同模式的方法。通过选择光源的中心波长，匹配光栅中模式的自耦合谐振峰，实现不同模式的反射。当所有的高阶模式都设置成为被光纤布拉格光栅反射时，该器件也可用于模式过滤。但是，该方法受限于窄线宽光源的使用，而对于飞秒脉冲啁啾放大系统来说，脉冲光谱宽度通常大于10nm，不适用这种过滤方法。
[0006]少模光纤放大器中的模式过滤是解决避免模间耦合串扰的有效办法，然而稳定可靠、适用于飞秒脉冲啁啾放大系统中的少模光纤放大器的模式过滤器件仍有待解决。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种模式过滤器、少模光纤放大器及多级光纤放大器系统，以解决现有技术中模间耦合串扰导致飞秒脉冲啁啾放大系统的脉冲质量与脉冲稳定性的技术问题。
[0008]为解决上述问题，本专利技术的第一目的在于提供一种模式过滤器，与保偏掺镱少模
光纤通过光纤熔接机熔接，所述模式过滤器的横截面包括：
[0009]纤芯区，其纤芯直径小于所述掺镱少模光纤的直径；
[0010]包层区，环绕在所述纤芯区的外侧；以及
[0011]两个应力棒，设于所述包层区上，并相对所述纤芯区上下轴对称布置；
[0012]布拉格光栅，多个所述布拉格光栅呈对称分布刻写在所述纤芯区的边缘，且所述布拉格光栅的位置与在所述纤芯区的纤芯中传输的高阶横模部分重合。
[0013]进一步的，所述布拉格光栅设有四个，其中两个沿所述应力棒方向刻写在所述纤芯区的上下方向，另外两个沿所述应力棒垂直方向刻写在所述纤芯区的左右方向。
[0014]进一步的，所述布拉格光栅为反射型光栅，其反射中心波长为1030
‑
1080nm，光谱带宽为5
‑
25nm，反射率为50
‑
100％。
[0015]进一步的，所述布拉格光栅的刻写直径为2微米，长度为2mm，且刻写位置距离所述纤芯的中心为19微米。
[0016]进一步的，所述纤芯区的纤芯直径为20微米，所述纤芯数值孔径NA为0.04，所述包层区的直径为125微米，所述包层区的包层数值孔径NA为0.46。
[0017]进一步的，所述纤芯区的纤芯为纯石英玻璃或掺杂稀土元素铒、镱、钕和钬的混合石英玻璃制作而成。
[0018]进一步的，所述模式过滤器为阶跃折射率光纤或光子晶体光纤。
[0019]进一步的，所述模式过滤器为纤芯直径为10
‑
40微米、包层直径为125
‑
400微米的非保偏少模光纤或保偏少模光纤。
[0020]本专利技术的第二目的在于提供一种基于上述所述模式过滤器的少模光纤放大器，包括：合束器、多模泵浦、掺镱少模光纤以及模式过滤器，其中：
[0021]所述合束器的输入端分别与少模传输光纤和所述多模泵浦连接，所述多模泵浦输出模式为基模的多模泵浦光，所述合束器的输出端与所述掺镱少模光纤连接，所述合束器用于将所述少模传输光纤中的待放大的信号与所述模式为基模的多模泵浦光耦合后注入所述掺镱少模光纤。
[0022]本专利技术的第三目的在于提供一种多级光纤放大器系统，包括：全光纤锁模种子源、展宽器、压缩器和如上述所述的少模光纤放大器，所述全光纤锁模种子源的输出端与所述展宽器的信号输入端相连，所述少模光纤放大器的入射端与所述展宽器的信号输出端相连，所述少模光纤放大器的反射端与所述压缩器的输入端相连，所述少模光纤放大器的输出端经准直后输入到所述压缩器。
[0023]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0024]1、本申请所述的模式过滤器，特别适用于少模光纤放大器，通过光栅刻写装置将布拉格光栅结构刻写在纤芯区的纤芯周围，从而将布拉格光栅在光纤横截面上的目标位置与光纤的高阶横模模场分布进行匹配，由于模式过滤器与掺镱少模光纤通过光纤熔接机熔接，当脉冲在少模光纤中长距离传输时，由于少模光纤本身支持多个模式的传输，模式间会发生耦合串扰导致脉冲相位变化。尤其是在飞秒脉冲啁啾放大系统中，这种不受控的脉冲相位变化会使压缩后的脉冲变形或者不稳定，当传输进入到模式过滤器当中，在布拉格光栅的作用下，有效滤除少模光纤中的高阶模式，使光纤中的高阶模式经过布拉格光栅后得到较大的损耗，实现模式过滤的功能；由此在光纤通信线路中，少模光纤放大器实现信号放
大不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”。
[0025]2、本专利技术中基于布拉格光栅的少模光纤模式过滤器，体积小，结构简单，集成度高，与环境变化不敏感。一方面，基于光纤布拉格光栅的器件稳定性高，更有利于光纤放大器在环境温度变化较大的场景下的工作；另一方面，其全光纤结构避免使用复杂的耦合器件，非常有利于放大器的集成与维护，降低了制造成本与维护成本。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中模式过滤器的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中飞秒脉冲啁啾放大系统中的少模光纤放大器的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例中模式过滤器的截面示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模式过滤器，与掺镱少模光纤通过光纤熔接机熔接，其特征在于，所述模式过滤器的横截面包括：纤芯区，其纤芯直径小于所述掺镱少模光纤的直径；包层区，环绕在所述纤芯区的外侧；两个应力棒，设于所述包层区上，并相对所述纤芯区上下轴对称布置；以及布拉格光栅，多个所述布拉格光栅呈对称分布刻写在所述纤芯区的边缘，且所述布拉格光栅的位置与在所述纤芯区的纤芯中传输的高阶横模部分重合。2.根据权利要求1所述的模式过滤器，其特征在于，所述布拉格光栅设有四个，其中两个沿所述应力棒方向刻写在所述纤芯区的上下方向，另外两个沿所述应力棒垂直方向刻写在所述纤芯区的左右方向。3.根据权利要求1所述的模式过滤器，其特征在于，所述布拉格光栅为反射型光栅，其反射中心波长为1030
‑
1080nm，光谱带宽为5
‑
25nm，反射率为50
‑
100％。4.根据权利要求1所述的模式过滤器，其特征在于，所述布拉格光栅的刻写直径为2微米，长度为2mm，且刻写位置距离所述纤芯的中心为19微米。5.根据权利要求1所述的模式过滤器，其特征在于，所述纤芯区的纤芯直径为20微米，所述纤芯数值孔径NA为0.04，所述包层区的直径为125微米，所述包层区的包层数值孔径NA为0.46。6.根据权利要求1所述的模式过滤器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何飞，邹锶，万威，陈抗抗，
申请(专利权)人：武汉安扬激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：