大模场直径(LMA)双包层掺铒光纤

大模场掺镱双包层光子晶体光纤内包层新型结构研究谭芳;于凤霞;王玲玲;王丽丽;卢静娟【摘要】制备了掺镱多组分硅酸盐光子晶体光纤纤芯材料.其折射率为1.586,有效荧光半高宽为85.3 nm,荧光寿命为1.30 ms.分析了光纤结构参数对光子晶体光纤的归一化频率(单模截止条件)、数值孔径、有效模面积、非线性效应和限制损耗等参数的影响.设计了以该材料为纤芯,内包层为八边形、五层空气孔的新型结构光子晶体光纤.用有限元法对该光子晶体光纤性能进行了数值模拟.结果表明,该光纤有效模场面积为1 150 μm2;当空气孔直径为21.6μm、孔间距为60μm时,内包层数值孔径达到0.45.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2014(035)005【总页数】6页(P589-594)【关键词】纤芯材料;结构参数;有效模场;数值孔径【作者】谭芳;于凤霞;王玲玲;王丽丽;卢静娟【作者单位】长春理工大学材料工程学院,吉林长春130022;长春大学理学院,吉林长春130022;长春理工大学材料工程学院,吉林长春130022;长春理工大学材料工程学院,吉林长春130022;长春大学理学院,吉林长春130022;长春理工大学材料工程学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TD3241 引言自英国 Bath大学R.J.Russell等[1]首次提出光子晶体光纤(PCF)的概念以来,PCF的研究突飞猛进,其独特的设计方式、优异的性能赋予其巨大的应用潜力。

由于光子晶体光纤结构可以灵活改变,可获得不同的模场特性,所以通过调整传导模式和有源介质之间的相互作用,可以使所制造的光纤激光器适用于不同要求。

对于双包层光子晶体光纤,提高外包层的空气填充比,可增大外包层与包层的相对折射率差;通过增大外包层气孔间距或减小气孔直径,可以获得大的模场面积[2]。

其内包层折射率随着结构参数J的不同而变化。

适当的J值可以明显提高光子晶体光纤的传输效率、减小损耗。

双包层掺铒光纤激光器的数值模拟与实验沈华;丁广雷;王屹山;赵卫【摘要】对双包层掺铒光纤激光器进行理论上的数值模拟和实验研究.根据数值模拟计算,选择2.5m双包层掺铒光纤,利用包层抽运技术,采用大功率半导体激光器作为抽运源,在入纤抽运功率为4.5W时,获得功率670mW的1.56μm激光输出.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2006(030)001【总页数】3页(P70-72)【关键词】光纤光学;光纤激光器;双包层光纤;掺铒光纤;包层抽运【作者】沈华;丁广雷;王屹山;赵卫【作者单位】中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068;中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言单包层光纤激光器以其体积小、重量轻、可靠性高、光束质量好等诸多特点，在光通信、医学、生物学等各个领域得到了越来越广泛的应用，并得到了长足的发展。

但由于抽运光较难有效地耦合到几何尺寸只有几个微米的纤芯内，同时常规的单模激光器要求抽运光必须为单模输出，而单模抽运的半导体激光器的功率输出只有数百毫瓦，这就限制了其输出的功率水平。

自1988年SNITZER[1]首次描述包层抽运光纤激光器以来，包层抽运技术已被广泛地应用到光纤激光器[2,3]和光纤放大器[4,5]等领域，成为制作高功率光纤激光器首选途径。

1994年,PASK等[6]首先在双包层掺镱石英光纤中实现包层抽运,得到80%的光转换效率。

掺铒光纤激光器因其产生1.5μm的波长，是光通信的第3个低损耗窗口而倍受关注。

附录 A（规范性附录）内包层直径试验方法A.1 概述本方法适用于双包层掺铥光纤内包层直径的测试。

双包层掺铥光纤内包层形状涉及多种多边形，应根据被测光纤内包层实际情况对其内包层直径进行测试。

当双包层掺铥光纤内包层为N（N＞3）边形时，取任意连续不同的三条边进行切线圆拟合，共取3次，取3次拟合圆直径平均值作为内包层直径。

并取中间值拟合圆圆心作为内包层中心与纤芯计算纤芯/内包层同心度误差。

例如，六边形内包层光纤6条边依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6,则可取L1、L2、L3三边，取L2、L3、L4三边，取L3、L4、L5三边分别作切线圆，如图A.1所示。

图A.1 六边形内包层切线圆示意图图A.2是典型的八边形内包层双包层掺铥光纤结构示意图。

纤芯内包层外包层涂覆层图A.2 典型的八边形内包层双包层掺铥光纤结构示意图A.2 测量设备A.3.1 光学显微镜采用具备配套几何尺寸拟合软件的光学显微镜。

A.3 试样制备A.3.1 端面处理剥去光纤一端的涂覆层，清洗干净，用专用光纤切割刀处理端面。

A.3.2 光纤放置将光纤放置在光学显微镜下通过程序拟合多边形切线圆。

A.4 测试条件在测量期间，温度15℃～35℃，湿度45%～60%。

A.5 测试步骤A.5.1 接通测量系统相关仪器的电源，按规定进行预热。

A.5.2 把制备好端面的被测光纤放置在光学显微镜中。

A.5.3 调整焦距及位置，保证被测光纤端面处于显微镜正中。

A.5.4 用拟合软件连续3次对不同三边进行切线圆拟合，并计算对应切线圆直径分别为D1、D2、D3。

A.5.5 取三个切线圆直径均值作为内包层直径D。

A.6 计算内包层直径计算见公式（A.1）:（）………………………………………………(A.1)式中：D—内包层直径，单位为微米（μm）；D1—（L1、L2、L3）三边切线圆直径，单位为微米（μm）；D2—（L2、L3、L4）三边切线圆直径，单位为微米（μm）；D3—（L3、L4、L5）三边切线圆直径，单位为微米（μm）。

双包层铒镱光纤原理
双包层铒镱光纤是一种新型的光纤，具有高的掺杂浓度和较宽的谱带宽度，被广泛应用于激光器，光放大器，光通信，医学以及雷达等领域。

那么，双包层铒镱光纤的原理是什么呢？
双包层铒镱光纤的核心部分是由铒和镱元素共同掺杂而成的光纤芯，其包层采用聚合物和硅胶复合材料制成。

由于铒和镱元素分别具有发射1064nm和1550nm的荧光特性，因此双包层铒镱光纤具有双峰荧光波段，可同时实现两种波长的信号放大。

在工作时，将铒镱光纤接到泵浦激光器上，通过激光器的泵浦光刺激铒镱光纤芯中的铒镱离子，在铒离子中产生激励态，当这些激励态发生非辐射跃迁时，会向基态跃迁，释放出1064nm的激光光子。

而当铒离子和镱离子同时存在时，发生的非辐射跃迁能够释放出1550nm 的光子，实现了双波长荧光放大器的功能。

需要注意的是，双包层铒镱光纤芯中的铒镱离子浓度必须达到一定的水平，才能实现较高的增益和低噪声。

此外，芯层材料和包层材料的选择也对光纤的性能有着重要的影响。

总之，双包层铒镱光纤通过铒镱离子的双峰荧光特性，实现了同时放
大1064nm和1550nm波长的信号，具有广泛的应用前景。

在未来的技术发展中，优化光纤的结构和材料，提高掺杂浓度和增益性能，将会是该领域的重要研究方向。

双包层掺镱光纤可以熔接解释说明以及概述1. 引言1.1 概述双包层掺镱光纤是一种具有特殊光导特性的光纤结构，其内部掺入了镱元素，可以实现高效率和稳定的激光放大和激光传输。

同时，该类型的光纤设计采用了双包层结构，使得在熔接过程中可以更好地保持光线传输的质量和稳定性。

本文将重点介绍双包层掺镱光纤熔接技术及其原理、过程，并详细阐述其在实际应用中所具备的优势和应用场景。

通过对相关实验结果的展示和分析，该文旨在促进人们对于双包层掺镱光纤熔接技术的深入认识，并展望未来在该领域中可能存在的问题以及发展方向。

1.2 文章结构本文共分为五个主要部分，各个部分内容安排如下:第二部分将介绍双包层掺镱光纤熔接的原理和过程。

首先简要介绍了双包层掺镱光纤的基本特性和结构。

随后，详细讲解了熔接技术及其在双包层掺镱光纤中的应用。

最后，给出了双包层掺镱光纤熔接的具体步骤，以帮助读者全面了解该过程。

第三部分将重点讲述双包层掺镱光纤熔接的优势和应用场景。

首先解释了为何双包层掺镱光纤在激光放大和传输方面具有独特的优势。

然后介绍了该技术在通信领域、激光器制造以及科学研究等方面的广泛应用。

最后通过实际案例分析，详细描述了双包层掺镱光纤熔接技术在特定场合下的实际效果和价值。

第四部分将介绍实验设计和方法，并展示实验结果及其分析。

阐述了进行双包层掺镱光纤熔接实验时所采取的具体设计和方法。

并通过对实验结果的观察与分析，验证了该技术在保持光线传输质量和稳定性方面的有效性，并与其他相关技术进行对比分析。

第五部分将提出结论总结，总结本文所介绍的双包层掺镱光纤熔接技术的优势和应用场景。

同时，也将对该技术可能存在的问题进行讨论，并展望其未来在相关领域中的发展方向。

1.3 目的本文旨在通过对双包层掺镱光纤熔接技术的深入解释和概述，帮助读者全面了解该技术的原理、过程以及实际应用中所具备的优势和应用场景。

通过对相关实验结果的分析与讨论，为读者提供更为客观、科学且实践性强的信息，以便进一步推动该领域的研究与应用。

大模场直径（LMA）双包层掺铒光纤Liekki公司采用专利的纳米粒子直接掺杂（Direct Nanoparticle Deposition :DND）技术推出了第一款双包层大模场直径的掺铒光纤，Er60-125DC，是掺铒光纤领域的最新尝试，和市场上传统的用于低功率光纤激光器和放大器的单包层掺铒光纤，以及用于高功率的铒镱共掺双包层光纤相比，Er60-125DC双包层掺铒光纤具有出色的效率。

该光纤具有极高的铒离子掺杂浓度，保证光纤的高转换效率，20um的纤芯直径可以保证高功率的应用，同时只有0.07的纤芯数值孔径能够确保高质量的光束输出，八面形125um直径的包层易于使用，也可以方便和传统光纤相连。

Er60-125DC已经展示了非常出色的性能，在980nm泵浦的情况下，该光纤的转换效率>30%,激光的发射谱能够高达1.6um波段。

Liekki公司的产品经理Mr. Mikko Soderlund说：Er60-125DC双包层掺铒光纤的研制成功非常清楚地展示了纳米粒子直接掺杂（Direct Nanoparticle Deposition :DND）技术的能力和质量，Er60-125具有高的掺杂浓度，大的纤芯/包层比，低粒子聚集，和低的背景损耗。

采用传统的光纤制作工艺不能把这些特性融合在一起制作高质量的光纤。

Er60-125DC的出现将完全打开1.5um波段这一人眼安全波长领域的一些新的应用机会，同时为在这个核心平台上进一步开发其他芯径/包层的双包层掺铒光纤，其他类型的光纤例如偏振保持和全玻璃双包层掺铒光纤留下空间，从而满足更多客户的应用需求。

Er60-125DC将为1.5-16um波段带来很多的应用机会，例如：人眼安全波长的光纤激光器和光纤放大器军用和商用激光雷达（Lidar）单频光纤激光器高峰值功率脉冲光纤放大器超短脉冲光纤放大器工业加工医疗成像等领域和铒镱共掺双包层光纤相比，采用直接掺铒的方式可以避免一些铒镱共掺光纤众所周知的缺点，例如铒镱共掺光纤具有比较差的转换效率，转换效率的重复性差，纤芯数值孔径偏高，在1um波段有寄生光激发等等。

掺铒光纤激光器（ＥＤＦＬ）的原理与应用简介　光信０３０４班　杨鹤猛 指导教师　王英　摘要：　本文从增益介质，谐振腔结构和泵浦源三个构成激光器的必要条件出发，重点介绍了掺铒光纤激光器—ＥＤＦＬ的原理，接着简要介绍了光纤激光器的特点及分类，最后结合掺铒光纤激光器的特点阐明其应用并做了总结。

　关键字：光通信　光纤激光器　掺铒光纤激光器　环形腔　１．引言　掺铒光纤激光器简称ＥＤＦＬ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｌａｓｅｒ），光纤激光器的一种，是在掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）技术基础上发展起来的。

早在１９６１年，美国光学公司的Ｅ．Ｓｎｉｔｚｅｒ等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。

而８０年代英国Ｓｏｕｔｈｈａｍｐｔｏｎ大学的Ｓ．Ｂ．Ｐｏｏｌｅ等用ＭＣＶＤ法制成了低损耗的掺铒光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。

近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。

其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。

目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。

　　ＥＤＦＬ利用光纤成栅技术把掺铒光纤相隔一定长度的两处写入光栅，两光栅之间相当于谐振腔，用９８０ｎｍ或１４８０ｎｍ泵浦激光激发，铒离子就会产生增益放大。

由于光栅的选频作用，谐振腔只能反馈某一特定波长的光，输出单频激光，再经过光隔离器即能输出线宽窄、功率高和噪声低的激光。

　２．ＥＤＦＬ的工作原理　（１）　ＥＤＦＬ的增益介质—ＥＤＦ　ＥＤＦ作为ＥＤＦＬ的增益介质，其基本原理是在光纤的纤芯中能产生激光的稀有元素（如铒、钕、镨等），通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。

利用掺铒光纤的非线性效应，把泵浦光输入到掺铒光纤中，使光线中的铒原子的电子能级升高。