главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика
Волоконная оптика /
  Распространение света в оптоволокне
  Изготовление и структура оптоволокна
  Методы изготовления оптоволокна
  Сердцевина (ядро) оптоволокна
  Различные типы оптических волокон
  Импортозамещение оптоволокна (информация на 2015 год)
  Волоконные лазеры и усилители
  Приборы и устройства на основе оптоволокна
  Оптоволоконная связь
  Комплектующие и оборудование для работы с оптоволокном
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Волокна с двойной оболочкой

Перевод Романа Молочкова

Излучение волоконного лазера или усилителя на базе обычного легированного одномодового волокна может быть дифракционно-ограниченным, но это требует использования источников накачки с дифракционно-ограниченным качеством пучка и, следовательно, низкой мощности. С другой стороны, использование многомодового волокна, как правило (хотя и не всегда), приводит к ухудшению качества пучка.
     Эта дилемма была решена с изобретением двух волоконных конструкций, которые позволяют решить проблему накачки оболочки волоконных устройств. Здесь, лазерное излучение распространяется в одномодовой (или многомодовой) сердцевине, которая окружена внутренней оболочкой,  приводящей к распространению света. Только седцевина (или, иногда, кольцо вокруг сердцевины) является легированным редкоземельными элементами. Возбуждающий свет ограничивается внутренней оболочкой  и распространяется по внешней оболочке с более низким показателем преломления, а так же частично в одномодовой сердцевине, где он может быть поглощен лазерно-активными ионами. Сама внутренняя оболочка имеет значительно большую площадь по сравнению с основной и, как правило, обладает значительно большей числовой апертурой, так что она может поддерживать большее количество различных мод, что позволят их эффективно вводить излучение, например, мощных лазерных диодов, несмотря на их низкое качество пучка.
       Возбуждающий свет не обязательно должен быть введен в торцы волокна. Кроме того, можно использовать технологию боковой накачки, где для накачки не требуется доступа к торцам волокна. Например, нарезать на внутренней оболочке V-образные канавки, которые могут быть использованы для отражения света накачки во внутреннюю оболочку.
Конструкции волокон с двойной оболочкой
     Простейшая конструкция имеет круговую оболочку накачки и центрированную сердцевину. Это сравнительно легко выполнить и использовать, но в этом виде волокон присутствует распространение мод внутри оболочки (это связанно с винтовыми лучами), которые почти не пересекаются с сердцевиной, так что значительная часть возбуждающего света остается не полностью поглощенной. Как результат, усиление и энергетическая эффективность оказываются под угрозой. В некоторой степени, эта проблема может быть решена с помощью сильной закрутки волокна.
      Оптических мод с плохим перекрытием сердцевины можно избежать, используя для этого конструкции с более низкой симметрией. Такие как конструкции со смещенной от центра сердцевиной или с некруглой внешней оболочкой (например, эллиптические, D-образные или прямоугольные). Также, у такой накачки оболочки будут лучше соответствовать форме лучей диодов накачки. Однако, если само волокно (не только оболочка) имеет некруглую форму, то это может вызвать проблемы при соединении волокон.
       Волокно с двойной оболочкой также может быть сделано, как фотоннокристаллическое волокно. Здесь накаченные многомодовая оболочка для накачки подвешена на очень тонких перемычках в воздушной оболочке, через которую свет накачки не может выйти. Такая структура может обладать очень высокой числовой апертурой, не менее 0.6 для возбуждающего света, это еще более снижает требования к яркости источника накачки. Толщина перемычек может быть выбрана так, чтобы они обеспечивали хорошую механическую стабильность, высокую теплопроводность, минимальные потери накачки. Еще одним преимуществом такого типа волокна является то, что свет накачки держится подальше от защитного полимерного покрытия и, избегая каких-либо повреждений, поглощается возбуждающим светом. Волноводный эффект в таких волокнах достигается также, как и в других фотоннокристаллических волокнах.
 
     Параметры и методы изготовления волокон с двойной оболочкой
      Помимо свойств сердцевины волокна, отношение площадей внутренней оболочки и сердцевины являются важными параметрами. Это отношение площадей не должно быть слишком большим, поскольку в противном случае эффективная длина поглощения накачки становится большой, интенсивность накачки в активной зоне уменьшается, в результате чего возбуждение происходит на более низких уровнях, что также может привести к подрыву энергетической эффективности. Основной интервал отношения площадей находится в промежутке от 100 до 1000, накачка источников с улучшенной яркостью позволяет использовать волокна с меньшим отношением площадей, а, следовательно, и с меньшей длиной, что также снижает воздействие различных типов нелинейности.
      Во многих случаях основная и внутренняя оболочки волокон с двойной оболочкой аналогичны обычным  волокнам с накачкой в сердцевину волокна, кроме того, что у них имеется нижний индекс внешней оболочки. Если внутренняя оболочка выполнена из кварца, то внешняя оболочка может состоять легированного фтором кварца. Тогда числовая апертура для внутренней оболочки может быть, например порядка 0.28. Большие значения можно же получить с полимерными внешними оболочками, но они не могут выдерживать очень высокие температуры, а так же вводят более высокие потери распространения для света накачки.
     Примечание
      Волокна с двойной оболочкой широко используются в качестве оболочки накачки мощных волоконных лазеров и усилителей. Такие устройства могут иметь довольно высокую мощность и эффективность преобразования в сочетании с хорошим качеством пучка. Выходное качество пучка может быть дифракционным, в то время как у накачки может быть низкого качества, яркость на выходе из усилителя может быть гораздо выше, чем у источника накачки. Особенно, если это увеличение яркости имеет важное значение для приложений, оболочку накачки волоконного лазера можно назвать преобразователем яркости.

по материалам интернет-энциклопедии www.rp-photonics.com

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru