双包层光纤的出现,为高功率光纤放大器的研究起到了重要的作用。由于其内包层直径远大于纤芯直径,并且工作过程中将泵浦光耦合进内包层中,所以可以真正的将大功率的泵浦光进行有效注入,大大提高了增益介质对泵浦光能量的吸收,使光纤放大器真正成为高功率器件。
双包层光纤作为大功率光纤放大器最重要的部分,其选择至关重要。研究表明,高输出功率要求掺杂光纤具有芯径大、数值孔径小的特点,另外,内包层的形状也是影响抽运光耦合和吸收效率的一个关键因素。内包层形状不同,则其吸收系数不同。目前内包层形状有圆形、矩形、梅花形和 D 形,其中,圆形结构提出最早,工艺最简单;后三种对泵浦光吸收效率较高,但是某些光模式无法进入纤芯得到光放大。目前,内包层为矩形或者梅花形结构的双包层光纤应用最为广泛。
包层抽运技术
抽运光耦合技术是影响抽运光耦合效率的关键技术,目前主要有端面抽运、V 形槽侧面抽运、斜角侧面耦合、集束熔锥侧面耦合等技术。其中,侧面耦合效率较高,但是其对制造设备要求较高,加工工艺复杂,技术成本较高。因此,需要考虑各方面因素,例如复杂性、可级联性以及激光损耗等,来决定抽运耦合 方式。
另外,高功率光纤放大器的种子光选择及耦合注入技术也非常重要。由于光纤放大器要求输出高功率,因此其种子光必须满足噪声低、输出光谱稳定和光束质量好等特点,并且种子光能够高效的耦合进光纤放大系统中。同时,由于种子源对反向光敏感,因此种子源使用时必须先接入隔离器,以防止放大系统中产生的反向 ASE 光进入种子源,从而影响其正常工作。