3  高功率光纤激光器简介

3。1  双包层光纤结构 

双包层光纤（W型光纤）由外包层（outer cladding）、内包层（inner cladding）、纤芯(core)和保护层（coating）构成。各个包层的折射率分布均匀，由中心往外各层介质折射率依次递减，且内包层、外包层和纤芯是同轴的。双包层光纤的结构如图3。1所示，其中纤芯掺杂了稀土元素，直径较小，它的作用是传输单模信号光，因此它和单模光纤的纤芯类似，折射率较高，且形成高功率密度的同时能够实现对信号光的单模放大。

而内包层直径较大，而且是数值孔径较高的光波导，用于传输多种不同模式的多模泵浦光。由于内包层介于纤芯和外包层之间，因此它具有两个作用：一是限制入射的激光在纤芯内传播，因为它环绕纤芯，使两个介质间符合全反射定律；二是将多种模式的高功率激光耦合进光纤，使泵浦光能够在外包层、内包层间来回反射的同时，数次穿过光纤的光纤区域，被掺杂杂质的纤芯吸收，纤芯中的稀土元素原子吸收能量跃迁到高能级，产生粒子数反转。跃迁过程中产生自发辐射光可被振荡放大，从而提高了纤芯激光输出的功率。

外包层包围内包层，保障了内包层中抽运光的传输。最外层即涂覆层，对于光纤运输和使用中的弯曲、扭转等情况起到一定保护作用。双包层光纤广泛应用于高功率激光器及放大器，是它们的核心，能够在提高泵浦光转换效率的同时，保证了输出光束的质量，实现了高增益。来`自+优-尔^论:文,网www.youerw.com +QQ752018766-

图3。1  双包层光纤结构分布示意图

3。2  双包层光纤内包层截面形状

在高功率光纤激光器中双包层光纤是最重要的组成部分，传输过程中影响输出功率的原因有光纤长度、泵浦光源、掺杂浓度等等，其中一个重要的因素就是双包层光纤内包层截面的形状。因为圆形内包层的圆对称性，包层中大量的抽运光成为螺旋光，这种螺旋光向前传输却不经过纤芯，使得输出光功率大大降低。因此人们设计了不同的内包层形状以克服这个缺陷，目前市面上除了圆形内包层光纤还有矩形、D型、梅花形等。经过实验表明，与圆形内包层光纤相比，抽运光的吸收效率在这些形状的内包层光纤中更高，其中D型和矩形的吸收效率最高，不同形状的内包层光纤如图3。2，依次为圆形、偏芯形、矩形、六角形、D形、梅花形。