内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤及制备方法、应用与流程

1.本发明属于增益光纤技术领域，更具体地，涉及一种内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤及制备方法、应用，进一步的，涉及一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤、制备方法及应用。

背景技术：

2.在光纤激光领域，如何高效且均匀地将泵浦光能量耦合进增益光纤中是高功率光纤激光器的关键核心技术之一。目前大范围使用的增益光纤吸收在轴向上是均匀分布且稳定不变的，对应的光纤数值孔径、掺杂浓度等参数是统一的，该种光纤结构简单，易于生产，在光纤激光器领域得到广泛应用。然而采用这种增益光纤，无论泵浦方式是采用前向泵浦、反向泵浦还是双向泵浦，都很难在轴向实现均匀的泵浦吸收和粒子数反转程度平均化。由于靠近泵浦端的增益光纤泵浦程度高，其粒子数反转程度高，存在量子亏损带来的局部过热现象，严重的热效应会诱发非线性效应，同时可能会导致增益光纤的烧毁。增益光纤在轴向上热分布不均匀会引起模式不稳定现象。因此，增益光纤轴向温度分布不均匀现象极大地限制了高功率光纤激光器输出功率的进一步提升。
3.改善增益光纤轴向温度分布的方式需要使增益光纤沿轴向吸收的泵浦光功率尽可能平均，即使轴向吸收系数沿泵浦光注入方向逐渐增大（单端泵浦）或先增大后减小（双端泵浦）。中国专利cn112142319b公开了一种轴向吸收渐变光纤及其制备方法、光纤激光器，其通过沿轴向改变掺杂增益离子浓度从而改变纤芯对泵浦光的吸收能力，而掺杂增益离子浓度的改变也会相应地改变纤芯数值孔径，需考虑多种参数变化的综合影响，较为复杂。此外中国专利cn107561635a公开了一种渐变吸收系数增益光纤及光学系统，其沿轴向逐渐改变包层的截面形状（从圆形逐步渐变至八边形），沿轴向改变通过纤芯的泵浦光能量。中国专利cn111817117a公开了一种基于泵浦缓存增益光纤的光纤激光泵浦耦合系统及方法，其在增益光纤内包层外增加一个环状泵浦波导层通过环状泵浦波导层与内包层之间的倏逝波耦合将泵浦光逐步耦合至内包层中，通过改变插入部的尺寸、位置和纵向长度调制泵浦光的吸收。上述几种方法分别存在泵浦光能量改变能力不足、制备上复杂难以实现等问题。

技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤通过改变内包层折射率的方式优化设计轴向纤芯泵浦能量吸收能力的方法，为改善增益光纤轴向温度分布，提升模式不稳定阈值和非线性阈值提供了一种技术途径。本发明解决了高功率光纤激光器中光纤热负载不均匀的难题，基于本发明的光纤激光器有望实现更高功率激光输出。本发明具有结构简单，较易实现，稳定可靠等优点。此外，本发明思路具有良好的扩展性，可适用于端面泵浦和侧面泵浦，也可适用于前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦等多种泵浦方式。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，包括沿径向方向由内而外依次套设、且径向尺寸不变的纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层，所述纤芯、第一内包层和外包层的折射率不变，所述纤芯的折射率高于第一内包层的折射率，所述第二内包层折射率沿轴向逐渐减小，初始第二内包层折射率高于第一内包层折射率，沿着增益光纤泵浦注入光轴向行进方向，第二内包层折射率逐渐减小至第一内包层折射率以下。
6.作为进一步优选的，所述第一内包层数值孔径沿其自身轴线方向逐渐变化，且该变化为线性函数、抛物线函数、指数函数或特殊设计函数。。
7.作为进一步优选的，所述纤芯数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且在0.03～0.08之间，所述第一内包层的数值孔径在-0.46到0.22之间变化，所述第二内包层的数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且不低于0.46。
8.作为进一步优选的，纤芯的横截面为圆形、正多边形、椭圆形、半圆形中的任一种，所述第一内包层、第二内包层以及外包层的横截面为圆框、正多边形框、椭圆形框、半圆形框中的任一种，所述纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层的横截面的几何中心重合。
9.作为进一步优选的，所述纤芯采用掺杂离子的石英材料制备而成，所述掺杂离子包括镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种的组合。
10.作为进一步优选的，所述第一内包层、第二内包层采用掺杂离子的石英材料制备而成；所述外包层采用聚丙烯酸酯类材料制备而成。
11.作为进一步优选的，还包括套设于所述包层表面的涂覆层。
12.作为进一步优选的，所述第二内包层折射率沿轴向逐渐减小后再逐渐增大，末尾第二内包层折射率高于第一内包层折射率。
13.按照本发明的另一个方面，还提供了一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的制备方法，包括以下步骤：步骤一，通过求解大模场双包层光纤激光器的速率方程，计算出泵浦光和信号光之间的关系，然后结合热传导方程可以得出光纤纤芯轴向温度分布情况；步骤二，综合考虑热损伤和模式不稳定效应，确定泵浦端面处纤芯温度的目标值和光纤纤芯轴向温度分布的目标曲线；步骤三，根据纤芯轴向温度分布情况以及纤芯温度的目标值，计算对应的第一内包层、第二内包层的半径尺寸值和泵浦光的轴向分布函数，并基于此计算出第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线；步骤四，根据第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线制备轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤。
14.进一步的，上述制备方法中，采用掺杂离子的石英制备纤芯1，其中，掺杂离子是镱离子，yb2o3掺杂浓度为0.2-0.25mol％。第一内包层2为sio2。采用vad提棒工艺制备第二内包层3，控制喷灯喷出的sicl4、gecl4和cf4流量来改变各组分占比，刚开始喷出sicl4和gecl4，在靶棒向上提升过程中，逐渐减小gecl4的占比至只喷出sicl4，继续将靶棒向上提升在保持sicl4不变的前提下，逐渐增加cf4的喷出比例，制备出沿轴向折射率变化的石英套管。外包层4采用含氟石英管制作。更具体的，在上述实施例中，将sio2反应管安装于化学气相沉积设备上，向所述反应管内通入四氯化硅和氧气，并加热，述四氯化硅和所述氧气反应
生成的二氧化硅逐步沉积，在所述反应管的内壁形成疏松层，所述疏松层为二氧化硅疏松层，在所述疏松层内掺杂离子，将所述反应管熔缩，制得光纤预制棒，此预制棒包含纤芯1和第一内包层2。更具体的，在上述实施例中，通过套管工艺将包含纤芯1和第一内包层2的光纤预制棒、vad提棒工艺制备的第二内包层3和含氟石英管制作的外包层4进行套制，最终完成轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤预制棒的成型，最后进行拉纤即完成轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤制备。
15.按照本发明的另一个方面，还提供了一种上述轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤在全光纤激光振荡器或放大器中的应用。
16.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1．本发明通过增益光纤第二内包层在轴向上的组分变化形成其折射率变化，将使得注入到第二内包层中的泵浦光由初始束缚在第二内包层中的状态逐渐改变成通过第一内包层注入到纤芯中，使得纤芯吸收的泵浦光沿轴向分布的匀化，减小增益光纤在泵浦光注入端的局部过热现象，从而抑制高功率光纤激光器由热负载造成的模式不稳定现象和sbs等非线性效应。
17.2．本发明轴向包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的第一内包层数值孔径变化函数的优化目标都是使光纤轴向温度分布为常数，这种均衡增益光纤可以有效抑制光纤中的模式不稳定现象产生。轴向包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的第一内包层数值孔径变化函数的优化目标设定为使光纤轴向温度满足某种周期分布，可以实现光纤中的受激布里渊散射效应抑制。
附图说明
18.图1是本发明实施例涉及的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤结构示意图；图2是发明实施例中第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向线性增大的泵浦缓释增益光纤结构示意图；图3是发明实施例中第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向先线性增大再线性减小的泵浦缓释增益光纤结构示意图。
19.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-纤芯，2-第一内包层，3-第二内包层，4-外包层，5-涂覆层。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.如图1所示，本发明实施例提供的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，包括沿径向方向由内而外依次套设、且径向尺寸不变的纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层，所述纤芯、第一内包层和外包层的折射率不变，所述纤芯的折射率高于第一内
包层的折射率，所述第二内包层折射率沿轴向逐渐减小，初始第二内包层折射率高于第一内包层折射率，沿着增益光纤泵浦注入光轴向行进方向，第二内包层折射率逐渐减小至第一内包层折射率以下。优选的，还包括套设于所述包层表面的涂覆层。
22.本发明中，增益光纤的第一内包层数值孔径沿其自身的轴线方向逐渐变化，由负数逐渐变正数，且逐渐变大，实现泵浦缓释效果。一般而言，第一内包层的数值孔径沿光纤长度方向的变化方式是线性函数、抛物线函数、指数函数或特殊设计函数。更具体的，在本发明一个实施例中，第一内包层数值孔径变化函数的设计步骤如下：首先，通过求解大模场双包层光纤激光器的速率方程，计算出泵浦光和信号光之间的关系，再结合热传导方程可以得出光纤纤芯轴向温度分布的表达式；然后，综合考虑热损伤、受激布里渊散射效应、模式不稳定效应等，确定泵浦端面处纤芯温度的目标值和光纤纤芯轴向温度分布的目标曲线；最后，计算出对应的第一内包层、第二内包层的半径尺寸值和泵浦光的轴向分布函数；并在此基础上，计算出第一内包层数值孔径的变化函数。
23.纤芯数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且在0.03-0.08之间，这样能够保证沿光纤轴向恒定的吸收系数以及降低光纤制作的难度。第一内包层的数值孔径在-0.46到0.22之间变化；第二内包层的数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且不低于0.46。
24.所述增益光纤的纤芯、第一内包层、第二内包层、外包层、涂覆层径向尺寸沿整个光纤轴向长度方向恒定不变，这样能够降低光纤制作的难度。
25.所述纤芯的横截面为圆形、正多边形、椭圆形、半圆形中的一种但不限于所述形状；所述内包层的横截面和外包层的横截面为圆框、正多边形框、椭圆形框、半圆形框中的一种但不限于所述形状，横截面采用多边形能够避免传播过程中泵浦光出现螺旋光而导致吸收减弱。纤芯、第一内包层、第二内包层和外包层的横截面的几何中心重合。
26.所述纤芯采用掺杂离子的石英材料制作，掺杂离子是镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种的组合；所述内包层采用掺杂离子的石英材料制作；所述外包层采用聚丙烯酸酯类材料制作。
27.本发明通过第二内包层增益光纤外包层在轴向上的组分变化形成其折射率变化，将使得注入到外包层中的泵浦光由初始束缚在外包层中的状态逐渐改变成通过内包层注入到纤芯中，使得内包层中的泵浦光沿轴向分布的匀化，减小增益光纤在泵浦光注入端的局部过热现象，从而抑制高功率光纤激光器由热负载造成的模式不稳定现象和sbs等非线性效应。
28.本发明还提供了上述轴向包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤在全光纤激光振荡器/放大器中的应用。本发明可适用于端面泵浦和侧面泵浦，也可适用于前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦等多种泵浦方式。针对具体应用实际中的泵浦方式，设计不同的第二内包层折射率沿增益光纤轴向变化的变化函数，在前向泵浦和后向泵浦这种单端泵浦中沿泵浦注入轴向方向逐步递减趋势；在双端泵浦中沿泵浦注入轴向方向先减后增等。
29.按照本发明的另一个方面，还提供了一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的制备方法，包括以下步骤：步骤一，通过求解大模场双包层光纤激光器的速率方程，计算出泵浦光和信号光之间的关系，然后结合热传导方程可以得出光纤纤芯轴向温度分布情况；
步骤二，综合考虑热损伤和模式不稳定效应，确定泵浦端面处纤芯温度的目标值和光纤纤芯轴向温度分布的目标曲线；步骤三，根据纤芯轴向温度分布情况以及纤芯温度的目标值，计算对应的第一内包层、第二内包层的半径尺寸值和泵浦光的轴向分布函数，并基于此计算出第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线；步骤四，根据第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线制备轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤。
30.进一步的，上述制备方法中，采用掺杂离子的石英制备纤芯1，其中，掺杂离子是镱离子，yb2o3掺杂浓度为0.2-0.25mol％。第一内包层2为sio2，采用vad提棒工艺制备第二内包层3，控制喷灯喷出的sicl4、gecl4和cf4流量来改变各组分占比，刚开始喷出sicl4和gecl4，在靶棒向上提升过程中，逐渐减小gecl4的占比至只喷出sicl4，继续将靶棒向上提升在保持sicl4不变的前提下，逐渐增加cf4的喷出比例，制备出沿轴向折射率变化的石英套管。外包层4采用含氟石英管制作。更具体的，在上述实施例中，将sio2反应管安装于化学气相沉积设备上，向所述反应管内通入四氯化硅和氧气，并加热，述四氯化硅和所述氧气反应生成的二氧化硅逐步沉积，在所述反应管的内壁形成疏松层，所述疏松层为二氧化硅疏松层，在所述疏松层内掺杂离子，将所述反应管熔缩，制得光纤预制棒，此预制棒包含纤芯1和第一内包层2。更具体的，在上述实施例中，通过套管工艺将包含纤芯1和第一内包层2的光纤预制棒、vad提棒工艺制备的第二内包层3和含氟石英管制作的外包层4进行套制，最终完成轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤预制棒的成型，最后进行拉纤即完成轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤制备。
31.实施例1一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其结构示意图如图1所示，包括沿径向方向由内向外依次套设的纤芯1、第一内包层2、第二内包层3、外包层4和涂覆层5。纤芯1、第一内包层2、外包层4和涂覆层5的横截面为圆形，第二内包层3的横截面正八边形以避免传播过程中泵浦光出现螺旋光而导致吸收减弱。纤芯1、第一内包层2、第二内包层3、外包层4的横截面的几何中心重合。增益光纤的纤芯1、第一内包层2、第二内包层3、外包层4和涂覆层5径向尺寸沿整个光纤轴向长度方向恒定不变，这样能够降低光纤制作的难度。
32.本实施例为第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向线性增大的泵浦缓释增益光纤，适用于正向泵浦或反向泵浦这种单端泵浦结构的高功率光纤激光放大器。
33.首先，通过求解大模场双包层光纤激光器的速率方程，计算出泵浦光和信号光之间的关系，再结合热传导方程可以得出光纤纤芯轴向温度分布的表达式；然后，综合考虑热损伤和模式不稳定效应，确定泵浦端面处纤芯温度的目标值（低于100摄氏度）和光纤纤芯轴向温度分布的目标曲线（常数）；最后，计算出对应的第一内包层、第二内包层的半径尺寸值和泵浦光的轴向分布函数；并在此基础上，计算出第一内包层数值孔径的变化函数。
34.折射率分布示意图如图2所示，纤芯1、第一内包层2、外包层4和涂覆层5沿光纤轴向不变，纤芯1的折射率高于第一内包层2的折射率，外包层4的折射率高于涂覆层5的折射率；第二内包层3折射率在泵浦注入端的初始折射率大于第一内包层2折射率，第二内包层3折射率沿增益光纤轴向逐渐变化，变化趋势为递减趋势。纤芯数值孔径沿光纤长度方向恒定不变为0.06，这样能够保证沿光纤轴向恒定的吸收系数以及降低光纤制作的难度。第二
内包层3的数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且为0.46。在整段激光器实际应用长度中，第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向从-0.46到0.22线性变化，实现泵浦缓释效果。
35.纤芯1采用掺杂离子的石英材料制作，掺杂离子是镱离子，yb2o3掺杂浓度为0.2-0.25mol％，第一内包层2为sio2，采用vad提棒工艺制备第二内包层3，控制喷灯喷出的sicl4、gecl4和cf4流量来改变各组分占比，刚开始喷出sicl4和gecl4，在靶棒向上提升过程中，逐渐减小gecl4的占比至只喷出sicl4，继续将靶棒向上提升在保持sicl4不变的前提下，逐渐增加cf4的喷出比例，制备出沿轴向折射率变化的石英套管。外包层4采用含氟石英管制作。
36.本实施例中制备的增益光纤的第一内包层2数值孔径单调递增，适用于单端泵浦的高功率光纤激光放大器。当信号光和泵浦光通过信号泵浦耦合器的输出光纤（纤芯1数值孔径0.06，包层数值孔径0.46的无源光纤）注入到增益光纤中时，由于增益光纤纤芯1数值孔径为0.06，信号光始终在纤芯1中传输。在轴向初始位置，注入增益光纤第一内包层2的泵浦光在第二内包层3约束中反复穿过纤芯1进行吸收，注入增益光纤第二内包层3的泵浦光大部分能量被约束在第二内包层3内，无法穿过纤芯1被吸收；随着第一内包层2数值孔径逐渐减小，第二内包层3中的泵浦光释放到第一内包层2及纤芯1的能量逐渐增大，当第一内包层2数值孔径变为正数时，第二内包层3中的所有泵浦光均可通过第一内包层2穿过纤芯1；当第一内包层2数值孔径继续增大时，轴向单位长度中泵浦光穿过纤芯1的次数变多，因此穿过纤芯1的能量进一步增大。简单地理解，即通过将部分泵浦能量束缚在第二内包层3中，沿着增益光纤轴向，逐步释放到纤芯1中，完成增益光纤的吸收匀化，实现增益光纤轴向温度梯度的减小。
37.实施例2本实施例为第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向先线性增大再线性减小的泵浦缓释增益光纤，适用于双端泵浦结构的高功率光纤激光放大器。在整段激光器实际应用长度中，折射率分布示意图如图3所示，第一内包层的数值孔径沿其自身的轴线方向从-0.46到0.22线性递增，再由0.22向-0.46线性递减，实现泵浦缓释效果。
38.采用vad提棒工艺制备第二内包层3沿轴向折射率变化的石英套管，在靶棒向上提升过程中，控制喷灯喷出的sicl4、gecl4和cf4流量来改变各组分占比，具体可分为个阶段：初始喷出sicl4和gecl4，此时第一内包层的数值孔径为-0.46；第一阶段逐渐减小gecl4的占比至只喷出sicl4；第二阶段在保持sicl4不变的前提下，逐渐增加cf4的喷出比例，此时第一内包层的数值孔径达0.22；第三阶段在保持sicl4不变的前提下，逐渐减少cf4的喷出比例至只喷出sicl4；第四阶段在保持sicl4不变的前提下，逐渐增加gecl4的喷出比例，此时第一内包层的数值孔径达-0.46。
39.本实施例中制备的增益光纤的第一内包层2数值孔径先增后减，适用于双端泵浦的高功率光纤激光放大器。当信号光和泵浦光通过信号泵浦耦合器的输出光纤（纤芯1数值孔径0.06，包层数值孔径0.46的无源光纤）注入到增益光纤中时，由于增益光纤纤芯1数值孔径为0.06，信号光始终在纤芯1中传输。从正向泵浦的轴向初始位置，注入增益光纤第一内包层2的泵浦光在第二内包层3约束中反复穿过纤芯1进行吸收，注入增益光纤第二内包层3的泵浦光大部分能量被约束在第二内包层3内，无法穿过纤芯1被吸收；随着第一内包层2数值孔径逐渐减小，第二内包层3中的泵浦光释放到第一内包层2及纤芯1的能量逐渐增
大，当第一内包层2数值孔径变为正数时，第二内包层3中的所有泵浦光均可通过第一内包层2穿过纤芯1；当第一内包层2数值孔径继续增大时，轴向单位长度中泵浦光穿过纤芯1的次数变多，因此穿过纤芯1的能量进一步增大。未被完全吸收的大传输角度泵浦光将逐渐在沿轴向第一内包层2数值孔径减小的过程中进入第二内包层3后被束缚。反向泵浦的泵浦光的传输过程与正向类似，同样会有部分泵浦能量束缚在第二内包层3中，沿着增益光纤轴向，逐步释放到纤芯1中，完成增益光纤的吸收匀化，实现增益光纤轴向温度梯度的减小。通过在信号泵浦耦合器的输入光纤包层中刻写泵浦光反射光栅，可将未吸收完的泵浦光再次注入增益光纤中被多次吸收，提高吸收效率。
40.实施例3在实施例1和实施例2的基础上，本实施例中轴向包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的第一内包层数值孔径变化函数的优化目标都是使光纤轴向温度分布为常数，这种均衡增益光纤可以有效抑制光纤中的模式不稳定现象产生。
41.如果将轴向包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的第一内包层数值孔径变化函数的优化目标设定为使光纤轴向温度满足某种周期分布，可以实现光纤中的受激布里渊散射效应抑制。
42.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，包括沿径向方向由内而外依次套设、且径向尺寸不变的纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层，所述纤芯、第一内包层和外包层的折射率不变，所述纤芯的折射率高于第一内包层的折射率，所述第二内包层折射率沿轴向逐渐减小，初始第二内包层折射率高于第一内包层折射率，沿着增益光纤泵浦注入光轴向行进方向，第二内包层折射率逐渐减小至第一内包层折射率以下。2.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，所述第一内包层数值孔径沿其自身轴线方向逐渐变化，且该变化为线性函数、抛物线函数、指数函数或特殊设计函数。3.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，所述纤芯数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且在0.03～0.08之间，所述第一内包层的数值孔径在-0.46到0.22之间变化，所述第二内包层的数值孔径沿光纤长度方向恒定不变且不低于0.46。4.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，纤芯的横截面为圆形、正多边形、椭圆形、半圆形中的任一种，所述第一内包层、第二内包层以及外包层的横截面为圆框、正多边形框、椭圆形框、半圆形框中的任一种，所述纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层的横截面的几何中心重合。5.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，所述纤芯采用掺杂离子的石英材料制备而成，所述掺杂离子包括镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种的组合。6.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，所述第一内包层、第二内包层采用掺杂离子的石英材料制备而成；所述外包层采用聚丙烯酸酯类材料制备而成。7.根据权利要求1所述的一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤，其特征在于，还包括套设于所述包层表面的涂覆层。8.一种轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过求解大模场双包层光纤激光器的速率方程，计算出泵浦光和信号光之间的关系，然后结合热传导方程可以得出光纤纤芯轴向温度分布情况；步骤二，综合考虑热损伤和模式不稳定效应，确定泵浦端面处纤芯温度的目标值和光纤纤芯轴向温度分布的目标曲线；步骤三，根据纤芯轴向温度分布情况以及纤芯温度的目标值，计算对应的第一内包层、第二内包层的半径尺寸值和泵浦光的轴向分布函数，并基于此计算出第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线；步骤四，根据第一内包层数值孔径的变化函数以及第二内包层折射率变化曲线制备轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤。9.一种权利要求1-7任一项所述轴向内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤在全光纤激光振荡器或放大器中的应用。

技术总结

本发明属于增益光纤技术领域，并具体公开了一种内包层折射率变化的泵浦缓释增益光纤及制备方法、应用。所述光纤包括沿径向方向由内而外依次套设、且径向尺寸不变的纤芯、第一内包层、第二内包层以及外包层，所述纤芯、第一内包层和外包层的折射率不变，所述纤芯的折射率高于第一内包层的折射率，所述第二内包层折射率沿轴向逐渐减小，初始第二内包层折射率高于第一内包层折射率，沿着增益光纤泵浦注入光轴向行进方向，第二内包层折射率逐渐减小至第一内包层折射率以下。本发明解决了高功率光纤激光器中光纤热负载不均匀的难题，具有结构简单，较易实现，稳定可靠等优点。稳定可靠等优点。稳定可靠等优点。