本發(fā)明主要涉及到光纖激光，尤其是一種多芯全固態(tài)反諧振光纖及多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、得益于高效率、高光束質(zhì)量以及優(yōu)異的散熱性能，光纖激光技術(shù)在近20年間大放異彩，激光器各項(xiàng)指標(biāo)全面提升。同時(shí)，光纖本身具有高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應(yīng)性以及易于集成化特點(diǎn)，這一優(yōu)勢(shì)使其在很多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。盡管如此，目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的事實(shí)是光纖非線性效應(yīng)、模式不穩(wěn)定等因素制約了光纖激光系統(tǒng)功率進(jìn)一步提升。隨著研究不斷深入，許多具有針對(duì)性的抑制手段被提出，一定程度上達(dá)到了提高起始閾值的效果，但并未從根本上解決問(wèn)題。比如，單芯光纖激光器（包含全反射機(jī)理及反諧振機(jī)理），由于極端功率下的光纖非線性效應(yīng)限制了功率提升；基于全反射導(dǎo)光機(jī)理的多芯光纖及激光器的研究主要集中在1μm波段，關(guān)于多芯光纖的研究還有通信波段，這種多芯光纖用于可見(jiàn)光波段，與單芯光纖用于可見(jiàn)光波段面臨相同的難題，難以兼顧大模場(chǎng)及高光束質(zhì)量，而為了維持高光束質(zhì)量，需要多芯光纖的纖芯及數(shù)值孔徑（na）小，這樣的小模場(chǎng)面積同樣限制了功率水平。另外，基于光路合束的多波長(zhǎng)、高功率激光系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，同時(shí)控制效率和合成效率制約了方案的可擴(kuò)展性。

2、多芯光纖激光器的出現(xiàn)為光纖激光系統(tǒng)的功率提升提供了一種可行方案。近幾年，基于全反射導(dǎo)光機(jī)理的多芯光纖激光器的研究成為熱點(diǎn)方向，大功率、高亮度激光器的研究主要集中1μm波段，少見(jiàn)可見(jiàn)光波段和中紅外的研究，主要是是因?yàn)槌Ｓ玫氖⒒|(zhì)光纖聲子能量高，不適用于可見(jiàn)光、中紅外激光激射，同時(shí)石英基質(zhì)光纖在中紅外波段傳輸損耗高。

3、此外，多芯光纖的出現(xiàn)為多波長(zhǎng)激光器提供了一種新的技術(shù)路線。此前關(guān)于多波長(zhǎng)激光器的技術(shù)路線有多波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器、基于非線性效應(yīng)的多波長(zhǎng)激光器（光纖、固體）、基于光路合束的多波長(zhǎng)激光器。但是上述激光器或多或少存在系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、波長(zhǎng)數(shù)量及波長(zhǎng)選擇受限等不足。一纖多芯的光纖激光器不僅豐富了多波長(zhǎng)激光器的波長(zhǎng)數(shù)量及波長(zhǎng)選擇的多樣性，而且極大程度上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜程度、提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。但是基于全反射機(jī)理的多芯光纖激光器無(wú)法兼顧大模場(chǎng)和高光束質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)。

4、本領(lǐng)域廣泛認(rèn)為多芯光纖的纖芯結(jié)構(gòu)之間間隔太小容易產(chǎn)生模式耦合、串?dāng)_增加，為了獲得弱耦合則需增大纖芯結(jié)構(gòu)之間的間距，如此就不利于多芯光纖中纖芯結(jié)構(gòu)高密度集成，如公開(kāi)號(hào)為cn?117613647?a的專(zhuān)利申請(qǐng)中提到要求基于全反射導(dǎo)光機(jī)理的多芯光纖需要滿足：任意相鄰稀土摻雜纖芯之間的最小中心間距應(yīng)不小于2.5倍稀土摻雜纖芯的直徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種多芯全固態(tài)反諧振光纖及多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)，可有效避免目前的多芯光纖為了獲得弱耦合則需增大纖芯結(jié)構(gòu)之間的間距，如此就不利于多芯光纖中纖芯結(jié)構(gòu)高密度集成的問(wèn)題。本發(fā)明提出的多芯全固態(tài)反諧振光纖有利于多芯光纖中纖芯結(jié)構(gòu)高密度集成。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，提供一種多芯全固態(tài)反諧振光纖，包括內(nèi)包層區(qū)域、設(shè)置在內(nèi)包層區(qū)域內(nèi)部的至少兩個(gè)纖芯結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在內(nèi)包層區(qū)域外圍的外包層區(qū)域或者涂覆層區(qū)域；各纖芯結(jié)構(gòu)包含纖芯區(qū)域以及反諧振區(qū)域，所述反諧振區(qū)域由至少一個(gè)毛細(xì)管組構(gòu)成，每個(gè)毛細(xì)管組包括多個(gè)毛細(xì)管，每個(gè)毛細(xì)管組中的毛細(xì)管以纖芯區(qū)域?yàn)橹行?、環(huán)形布局在纖芯區(qū)域外圍，所述反諧振區(qū)域中各毛細(xì)管內(nèi)填充的光纖基質(zhì)相同，反諧振區(qū)域折射率n3>內(nèi)包層區(qū)域折射率n2=纖芯區(qū)域折射率n1>外包層區(qū)域或者涂覆層區(qū)域的折射率n4；

4、不同纖芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)彼此相同或彼此不同，且各纖芯結(jié)構(gòu)呈中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，各纖芯結(jié)構(gòu)之間的中心間距不小于1倍最大纖芯結(jié)構(gòu)直徑。

5、進(jìn)一步地，所述纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中可以摻雜稀土離子，也可以不摻雜稀土離子。進(jìn)一步地，如所述纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜稀土離子，所述纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜的稀土離子可以是鐿、鉺、銩、釹、鈥、釤、鐠、鏑中的任意一種，或者所述纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中可以共摻雜兩種稀土離子，如鉺鐿共摻、鐠鐿共摻或銩鏑共摻，或者所述纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜三種或三種以上稀土離子。進(jìn)一步地，各纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)摻雜的稀土離子類(lèi)型彼此相同或者存在不同。

6、進(jìn)一步地，同一纖芯結(jié)構(gòu)中的同一個(gè)毛細(xì)管組中的各毛細(xì)管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同；同一纖芯結(jié)構(gòu)中的不同毛細(xì)管組之間的毛細(xì)管數(shù)目、毛細(xì)管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同或彼此存在不同；不同纖芯結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)管組的數(shù)目、各毛細(xì)管組中毛細(xì)管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同或彼此存在不同。

7、進(jìn)一步地，每個(gè)纖芯結(jié)構(gòu)中的反諧振區(qū)域均包含一個(gè)毛細(xì)管組，每個(gè)毛細(xì)管組包含六個(gè)毛細(xì)管，六個(gè)毛細(xì)管以纖芯區(qū)域?yàn)橹行?、環(huán)形布局在纖芯區(qū)域外圍，各毛細(xì)管的壁厚相同。

8、另一方面，提供一種多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)，包括上述的多芯全固態(tài)反諧振光纖。

9、進(jìn)一步地，多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)，包括泵浦源、高反光纖光柵、增益光纖、低反光纖光柵和包層光濾除器，所述增益光纖采用上述的多芯全固態(tài)反諧振光纖，所述多芯全固態(tài)反諧振光纖的各纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜有稀土離子，高反光纖光柵、增益光纖、低反光纖光柵依次連接，高反光纖光柵和低反光纖光柵之間構(gòu)成諧振腔，泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)高反光纖光柵一端耦合進(jìn)入諧振腔，增益光纖輸出的信號(hào)光經(jīng)低反光纖光柵、包層光濾除器輸出，泵浦源的泵浦波長(zhǎng)在增益光纖的諧振帶內(nèi)，信號(hào)波長(zhǎng)在增益光纖的反諧振帶內(nèi)，且要求信號(hào)波長(zhǎng)的高階模抑制比大于100。進(jìn)一步地，所述泵浦源為藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。所述增益光纖中各纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中分別摻雜單一稀土離子鈥或鏑，即一部分的纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜鈥離子，一部分的纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中摻雜鏑離子。

10、進(jìn)一步地，多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)，包括多波長(zhǎng)傳輸光纖，所述多波長(zhǎng)傳輸光纖采用上述的多芯全固態(tài)反諧振光纖，所述多芯全固態(tài)反諧振光纖的各纖芯區(qū)域的光纖基質(zhì)中均未摻雜稀土離子，多波長(zhǎng)傳輸光纖用于兩個(gè)或兩個(gè)以上不同波長(zhǎng)的激光，兩個(gè)或兩個(gè)以上不同波長(zhǎng)的激光分別通過(guò)不同的纖芯區(qū)域傳輸。

11、進(jìn)一步地，所述多芯全固態(tài)反諧振光纖的所有區(qū)域包括內(nèi)包層區(qū)域、纖芯區(qū)域以及反諧振區(qū)域采用的光纖基質(zhì)相同且均為zblan，zblan的組分包括zrf4、baf2、laf4、alf3、naf。

12、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)效果：

13、本發(fā)明提出的多芯全固態(tài)反諧振光纖，設(shè)置在內(nèi)包層區(qū)域內(nèi)部的至少兩個(gè)纖芯結(jié)構(gòu)，各纖芯結(jié)構(gòu)包含纖芯區(qū)域以及反諧振區(qū)域，如此的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠很好的將傳輸?shù)墓馐s束在各纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域中。而且如此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多芯全固態(tài)反諧振光纖其纖芯結(jié)構(gòu)之間的間距不受限制，如果不考慮當(dāng)前工藝水平，通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)的多芯全固態(tài)反諧振光纖進(jìn)行仿真發(fā)現(xiàn)，即便各纖芯結(jié)構(gòu)相互交疊，從仿真結(jié)果來(lái)看同樣能夠很好的將傳輸?shù)墓馐s束在各纖芯結(jié)構(gòu)的纖芯區(qū)域中。考慮到當(dāng)前的拉制光纖的工藝局限，本發(fā)明設(shè)置各纖芯結(jié)構(gòu)彼此間不交疊，?各纖芯結(jié)構(gòu)之間的中心間距不小于1倍最大纖芯結(jié)構(gòu)直徑，這遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中多芯光纖中纖芯間距的要求，如公開(kāi)號(hào)為cn?117613647?a的專(zhuān)利申請(qǐng)中提到要求基于全反射導(dǎo)光機(jī)理的多芯光纖需要滿足：任意相鄰稀土摻雜纖芯之間的最小中心間距應(yīng)不小于2.5倍稀土摻雜纖芯的直徑。本發(fā)明提出的多芯全固態(tài)反諧振光纖，更有利于多芯光纖中纖芯結(jié)構(gòu)高密度集成。

14、本發(fā)明提出的多芯全固態(tài)反諧振光纖具有兼顧高功率和高光束質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。

15、本發(fā)明多波長(zhǎng)光纖激光系統(tǒng)采取光纖結(jié)構(gòu)，光纖體積小、體表比大、抗干擾能力強(qiáng)，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、穩(wěn)定性高、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。在其它非光纖結(jié)構(gòu)的多波長(zhǎng)激光系統(tǒng)技術(shù)方案中，激光在自由空間中傳播，易受外界環(huán)境影響，因此不具備本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)。

16、本發(fā)明利用稀土摻雜的多芯全固態(tài)反諧振光纖作為增益光纖，采取反諧振導(dǎo)光機(jī)理，在增益光纖設(shè)計(jì)之初，可設(shè)計(jì)出大模場(chǎng)面積、高高階模抑制比的增益光纖，使高階模在傳輸過(guò)程中損耗掉（通常高階模抑制比大于100可被認(rèn)為單模傳輸），兼顧了高功率和高光束質(zhì)量。在全反射導(dǎo)光機(jī)理的多芯光纖中，受自身機(jī)理限制，尤其是針對(duì)短波長(zhǎng)而言，為實(shí)現(xiàn)高功率而設(shè)計(jì)的大模場(chǎng)與高光束質(zhì)量的目標(biāo)相矛盾，因此不具備本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)。