АКТИВНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО С НИЗКИМ ДВОЙНЫМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК H01S3/67 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Различные примеры осуществления в общем относятся к области активных оптических волокон и устройств, использующих активные оптические волокна. В частности, некоторые примеры осуществления относятся к улучшению стабильности состояния поляризации в активных оптических волокнах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Технология волоконных лазеров и усилителей может использоваться в различных приложениях. В некоторых приложениях желательно, чтобы состояние поляризации (state of polarization, SOP) выходного излучения активного оптического волокна было стабильным. Идеальное активное оптическое волокно не искажает состояние поляризации. Однако реальное волокно может изгибаться и подвергаться различным воздействиям окружающей среды, что может привести к нестабильному состоянию поляризации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Это краткое описание приведено для того, чтобы представить в упрощенной форме набор концепций, которые описаны ниже в подробном описании. Это краткое описание не предназначено для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного предмета, а также не предназначено для использования в целях ограничения заявленного предмета изобретения.

[0004] Примеры осуществления предлагают участок активного оптического волокна, который дает возможность иметь достаточно стабильное состояние поляризации независимо от внутреннего нагрева активного оптического волокна во время работы. Дополнительные формы осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения, описании и чертежах.

[0005] Согласно первому аспекту, участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину. Активная сердцевина может быть легирована по меньшей мере одним редкоземельным элементом. Активная сердцевина может иметь первый показатель преломления. Активная сердцевина может быть конфигурирована для поддержки одномодового режима работы для оптического сигнала. Участок активного оптического волокна может дополнительно содержать по меньшей мере один слой оболочки, имеющий второй показатель преломления. Второй показатель преломления может быть меньше первого показателя преломления. Двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5.

[0006] Согласно второму аспекту, устройство может содержать участок активного оптического волокна согласно первому аспекту. Устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один источник излучения накачки, оптически соединенный по меньшей мере с одним ответвителем излучения накачки. Ответвитель излучения накачки может быть конфигурирован для ввода излучения от источника излучения накачки в активное оптическое волокно. Устройство может быть выполнено, например, в виде волоконного лазера или волоконного усилителя мощности задающего генератора (master oscillator power amplifier, МОРА).

[0007] Многие из сопутствующих признаков будет легче понять при обращении к последующему подробному описанию, рассматриваемому в связи с прилагаемыми чертежами.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания примеров осуществления и составляют часть настоящего описания, иллюстрируют примеры осуществления и вместе с описанием помогают понять примеры осуществления. На чертежах:

[0009] Фиг. 1 иллюстрирует пример модели идеального оптического волокна согласно примеру осуществления.

[0010] Фиг. 2 иллюстрирует пример реального оптического волокна в соответствии с примером осуществления.

[0011] Фиг. 3 иллюстрирует пример зависимости температуры активного оптического волокна от мощности накачки согласно примеру осуществления.

[0012] Фиг. 4 иллюстрирует пример эксперимента по измерению стабильности поляризации.

[0013] Фиг. 5 иллюстрирует пример стабильности поляризации и температуры по отношению к мощности накачки для активного оптического волокна типа PANDA.

[0014] Фиг. 6 иллюстрирует пример зависимости скорости затухания поляризации от мощности накачки для активного оптического волокна типа PANDA.

[0015] Фиг. 7 иллюстрирует пример стабильности поляризации и температуры по отношению к мощности накачки для активного оптического волокна типа SPUN, имеющего низкое двойное лучепреломление, в соответствии с примером осуществления.

[0016] Фиг. 8 иллюстрирует пример скорости затухания поляризации в зависимости от мощности накачки для активного оптического волокна типа SPUN, имеющего низкое двойное лучепреломление, согласно примеру осуществления.

[0017] Фиг. 9 иллюстрирует пример участка активного оптического волокна с одинарной оболочкой в соответствии с примером осуществления.

[0018] Фиг. 10 иллюстрирует пример участка активного оптического волокна с двойной оболочкой согласно примеру осуществления.

[0019] Фиг. 11 иллюстрирует пример участка активного конического оптического волокна с одинарной оболочкой в соответствии с примером осуществления.

[0020] Фиг. 12 иллюстрирует пример участка активного конического оптического волокна с двойной оболочкой в соответствии с примером осуществления.

[0021] Фиг. 13 иллюстрирует пример волоконного лазерного устройства с согласно примеру осуществления.

[0022] Фиг. 14 иллюстрирует другой пример волоконного лазерного устройства согласно примеру осуществления.

[0023] Фиг. 15 иллюстрирует другой пример волоконного лазерного устройства согласно примеру осуществления.

[0024] Фиг. 16 иллюстрирует другой пример волоконного лазерного устройства согласно примеру осуществления.

[0025] Фиг. 17 иллюстрирует пример устройства волоконного усилителя мощности задающего генератора согласно примеру осуществления.

[0026] Подобные ссылки используются для обозначения одинаковых частей на прилагаемых чертежах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] Далее будут подробно рассмотрены примеры осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Подробное описание, представленное ниже вместе с приложенными чертежами, предназначено для описания примеров и не предназначено для представления единственных форм, в которых может быть выполнен или использован представленный пример. В описании изложены функции примера и последовательность этапов для построения и эксплуатации примера. Однако одни и те же или эквивалентные функции и последовательности могут быть выполнены с помощью различных примеров.

[0028] Примеры осуществления в общем относятся к области волоконной оптики. Оптическое волокно может включать в себя сердцевину, окруженную по меньшей мере одним слоем оболочки, имеющим показатель преломления ниже, чем показатель преломления сердцевины. Показатели преломления материала сердцевины и оболочки влияют на критический угол полного внутреннего отражения света, распространяющегося в сердцевине. Этот угол также определяет диапазон углов падения, которые позволяют свету, выпущенному на конце оптического волокна, распространяться внутри сердцевины. Числовая апертура (numerical aperture, NA) волокна может быть определена как синус наибольшего угла, который позволяет свету распространяться внутри сердцевины. Сердцевина может состоять из прозрачного материала, такого как, например, диоксид кремния.

[0029] В активных оптических волокнах сердцевина может быть легирована по меньшей мере одним редкоземельным элементом. Редкоземельные элементы охватывают группу материалов, включающую в себя церий (Се), диспрозий (Dy), эрбий (Er), европий (Eu), гадолиний (Gd), гольмий (Но), лантан (La), лютеций (Lu), неодим (Nd), празеодим (Pr), прометий (Pm), самарий (Sm), скандий (Sc), тербий (Tb), тулий (Tm), иттербий (Yb) и иттрий (Y). Сердцевина активного оптического волокна может быть легирована одним или несколькими из этих элементов, например Er или Yb, или комбинацией Er и Yb. При работе активного оптического волокна ионы редкоземельных элементов поглощают излучение накачки, вводимое в активное оптоволокно помимо оптического сигнала. Это позволяет усиливать оптический сигнал посредством вынужденного излучения. Различные редкоземельные элементы могут использоваться для разных длин волн. Например, Yb можно использовать для диапазона длин волн 980-1100 нм, а Er можно использовать для диапазона длин волн 1535-1600 нм.

[0030] Оптическое волокно может быть выполнено с возможностью поддержки одномодового или многомодового режима работы. Одномодовое волокно может быть конфигурировано для передачи одной моды света, которую можно понимать как единственный луч света, распространяющийся через сердцевину оптического волокна. Одномодовые волокна могут иметь относительно тонкую сердцевину. Одномодовый режим распространения возможен для волокна со ступенчатым показателем преломления, когда так называемая нормализованная частота V<2,405, где где λ - длина волны, r - радиус сердцевины, NA - числовая апертура сердцевины. В многомодовых волокнах свет может быть сконфигурирован для прохождения по нескольким путям внутри сердцевины. Одномодовые волокна обеспечивают меньшее ухудшение сигнала и дисперсию, и поэтому они подходят для связи на большие расстояния, в то время как многомодовые волокна могут быть менее дорогими и могут использоваться для связи на более короткие расстояния.

[0031] Одномодовое волокно может содержать один или несколько одномодовых и многомодовых участков. Например, одномодовое волокно может иметь конический участок, так что по меньшей мере одна более тонкая часть активной сердцевины может быть конфигурирована для поддержки одномодового режима работы, пропуская только основную моду, в то время как более толстая(-ые) часть(-и) активной сердцевины может быть конфигурирована для поддержки многомодового режима работы. Однако одномодовая часть конической сердцевины может привести к тому, что более толстая(-ые) часть(-и) также будет нести одномодовый оптический сигнал.

[0032] Двойное лучепреломление (В) представляет собой оптическое свойство материала, например, активной сердцевины оптического волокна. Материал является двулучепреломляющим, если он имеет разные показатели преломления для разных направлений. Кроме того, например, изгиб оптического волокна может привести к тому, что показатели преломления в направлениях X и Y станут немного разными. Двулучепреломляющие материалы имеют показатель преломления, который различен для разных поляризаций оптического сигнала. Двойное лучепреломление можно определить по максимальной разнице показателей преломления для разных поляризаций: В=2πrΔn, где Δn - максимальная разность показателей преломления для разных поляризаций (например, «быстрой» и «медленной» мод). Линейное двойное лучепреломление может относиться к разнице между показателями преломления для различных линейных поляризаций оптического сигнала. Круговое двойное лучепреломление может относиться к разнице между показателями преломления для разных круговых поляризаций (левой и правой) оптического сигнала.

[0033] Согласно примеру осуществления, участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним редкоземельным элементом. Активная сердцевина может иметь первый показатель преломления и быть конфигурирована для поддержки одномодового режима работы для оптического сигнала. Участок активного оптического волокна может также содержать по меньшей мере один слой оболочки, имеющий второй показатель преломления, который может быть ниже показателя преломления активной сердцевины. Двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. Это позволяет активному оптическому волокну обеспечивать достаточно стабильное состояние поляризации даже при внутреннем нагреве, вызванном накачкой. Термически стабильное активное оптическое волокно может использоваться в различных применениях, таких как, например, волоконные лазеры и усилители.

[0034] На фиг. 1 показан пример модели идеального оптического волокна. Модель идеального оптического волокна может представлять собой прямое волокно длиной L. Идеальное оптическое волокно имеет идеально круглую сердцевину 102 и по меньшей мере один слой 104 оболочки, ориентированный строго осесимметрично без каких-либо механических напряжений. Поляризованные моды для X и распространяются по волокну, и в конце волокна их можно выразить как В идеальном волокне поляризованные моды для X и Y имеют одинаковую постоянную распространения β_х=β_у, и поэтому свет с любой поляризацией проходит через идеальное волокно без искажений.

[0035] Фиг. 2 иллюстрирует пример реального оптического волокна в соответствии с примером осуществления. Реальное волокно длиной L, которое может быть, например, длиннее нескольких сантиметров, может подвергаться воздействиям окружающей среды, таким как, например, механическая вибрация, напряжения, температурный градиент и т.п. Реальное волокно может быть изогнуто, и различные части по длине реального волокна могут быть изогнуты по-разному. Это может вызвать растяжение и сжатие вдоль волокна, как показано на фиг. 2. Кроме того, реальное волокно может не иметь идеальной геометрии сердцевины и оболочки. Например, сердцевина 202 реального волокна может быть слегка некруглой и эксцентричной. В реальном волокне поляризованные моды для могут иметь разные постоянные распространения β_х≠β_y. В результате может быть снято вырождение ортогональных поляризационных мод относительно постоянной распространения, и поэтому в волокне могут распространяться разные поляризационные моды с разными фазовыми скоростями. Это может привести к непредсказуемому состоянию поляризации на конце волокна. Таким образом, реальное одномодовое оптическое волокно можно считать эквивалентным одноосному кристаллу. Кроме того, многочисленные внешние физические воздействия, такие как, например, механические поперечные, продольные сжатия, разного рода изгибы, электрические поля и/или магнитные поля, могут создавать различные типы двойного лучепреломления (линейные или круговые, или, в общем случае, эллиптические) в одномодовом оптическом волокне. Сочетание линейного и кругового двойного лучепреломления приводит к эллиптическому двулучепреломлению.

[0036] Чтобы сделать состояние поляризации света, проходящего через оптическое волокно, более стабильным и предсказуемым, можно использовать волокна с большим собственным двойным лучепреломлением. Сильное собственное двойное лучепреломление может быть получено с помощью различных средств, таких как, например, волокна с эллиптической сердцевиной или волокна с боковыми ямками, содержащие части, создающие напряжение, например, натяжные стержни или стеклянные детали в виде галстука-бабочки, встроенные в оболочку волокна. Сильное внутреннее двойное лучепреломление, вызванное любым подходящим способом, может превышать двойное лучепреломление, вызванное влиянием окружающей среды. В результате внутреннее двойное лучепреломление делает волокно менее восприимчивым к влиянию окружающей среды. Поэтому состояние поляризации на выходе такого волокна остается стабильным даже при воздействии окружающей среды.

[0037] Этот подход к стабилизации состояния поляризации может быть подходящим для пассивных оптических волокон, предназначенных для использования в телекоммуникационных и сенсорных системах. Пассивные волокна могут иметь длину, например, сотни километров для телекоммуникационных целей и сотни метров для сенсорных систем, и они могут в основном подвергаться механическим воздействиям (например, изгибу, растяжению и сжатию) из-за характера применения. Стабилизация состояния поляризации посредством сильного внутреннего двойного лучепреломления может быть эффективной для волокон при таких механических возмущениях.

[0038] Подход сильного внутреннего двойного лучепреломления может также применяться для активных оптических волокон. Примеры таких волокон включают волокна типа «галстук-бабочка» (bow-tie) или PANDA (сохраняющие поляризацию и уменьшающие поглощение), имеющие части приложения напряжения в слое оболочки на противоположных сторонах сердцевины.

[0039] Однако условия работы активных и пассивных волокон могут сильно различаться. Активные волокна лазера или усилителя могут быть относительно короткими, например менее 20 м, хорошо изолированными от вибраций и, в отличие от пассивных волокон, могут нагреваться внутри во время работы. Например, в активном оптическом волокне могут распространяться две длины волны λs длина волны сигнала (для усиления) и излучение накачки с более короткой длиной волны λpump. Сигнал может распространяться в сердцевине. Излучение накачки может распространяться в сердцевине или в слое оболочки. Энергия, равная разнице между энергией фотона накачки и сигнального фотона (квантовый распад), может выделяться в виде тепла, когда ион редкоземельного элемента поглощает фотон накачки λpump.

[0040] Фиг. 3 иллюстрирует пример зависимости температуры активного оптического волокна от мощности накачки согласно примеру осуществления. Сплошная кривая 301 представляет собой температуру в центре волокна для волокна с активной сердцевиной радиусом 4,6 мкм и толщиной слоя оболочки 200 мкм. Пунктирная кривая 302 представляет температуру в центре волокна при толщине слоя оболочки 315 мкм. Точечная кривая 303 представляет собой температуру в центре волокна при толщине слоя оболочки 500 мкм. Коэффициент конвективного теплообмена составляет 1×10^-3 Вт/(м²K). Как видно из фиг. 3, температура сердцевины увеличивается линейно с увеличением мощности накачки. Увеличение толщины слоя оболочки снижает изменение температуры, но даже при самом толстом слое оболочки 500 мкм изменение температуры все равно остается значительным. Следовательно, внутренний нагрев из-за поглощения накачки делает активное оптическое волокно восприимчивым к изменениям, зависящим от температуры.

[0041] Замедление в оптическом волокне, т.е. фазовый сдвиг между «быстрой» и «медленной» волнами, может быть описано следующим уравнением:

где L - длина волокна, а В - нормализованное двулучепреломление волокна (нормированное на длину волны света λ). Это уравнение также характеризует состояние поляризации (state of polarization, SOP). Температурная чувствительность замедления, другими словами температурная чувствительность состояния поляризации, может быть представлена следующим образом:

Как следует из уравнения (2), температурная чувствительность состояния поляризации зависит от длины L волокна, температурной чувствительности двулучепреломления dB/dT, температурной чувствительности длины волокна dL/dT и абсолютной величины двулучепреломления В. Таким образом, температурная чувствительность состояния поляризации проходящего света увеличивается по мере увеличения собственного двулучепреломления волокна и/или длины волокна. Таким образом, использование материала сердцевины с сильным внутренним двойным лучепреломлением может привести к нестабильному состоянию поляризации в активных оптических волокнах. С одной стороны, активные оптические волокна подвержены сильному нагреву из-за поглощения накачки (до сотен градусов K), а с другой стороны, внутреннее двойное лучепреломление волокна сильно зависит от температуры.

[0042] В некоторых применениях основное внимание может быть уделено изменению фазы оптического излучения, механическим напряжениям в волокне или ухудшению поглощения накачки, вызванному нагревом оптического волокна. Однако, как следует из уравнений 1 и 2, нагрев волокна может привести к значительному изменению двулучепреломления. И значительное изменение двойного лучепреломления может привести к значительному изменению состояния поляризации.

[0043] Фиг. 4 иллюстрирует схему эксперимента по измерению температурной чувствительности двулучепреломляющих материалов сердцевины. Установка содержит лазерный диод 401, выполненный с возможностью ввода излучения (оптического сигнала) через вентиль 402 в активное волокно 403 при тестировании. Установка дополнительно содержит диод 404 накачки, выполненный с возможностью направления излучения накачки в активное волокно 403 через дихроичное зеркало 405, и поляриметр 406 (PAX1000IRT/m) для анализа поляризации усиленного излучения, выходящего из активного волокна 403.

[0044] В первом эксперименте излучение 100% линейно поляризованного полупроводникового лазерного диода с оптоволоконной связью на длине волны 1064 нм запускалось (при помощи сращивания) в двулучепреломляющее коническое волокно типа PANDA с двойной оболочкой, легированное иттербием, так что возбуждалась одна мода поляризации (одно собственное состояние). Длина двулучепреломляющего активного конического волокна составляла 5 м, волокно было свернуто в кольцо диаметром 35 см и имело длину биений поляризации 25 мм. Двулучепреломление сердцевины составило В=0,4*10^-4. Излучение накачки с длиной волны 976 нм вводили в оболочку широкой стороны активного конического волокна, легированного иттербием, с помощью линзы и дихроичного зеркала 405. Состояние поляризации усиленного излучения (азимут, эллиптичность и скорость затухания поляризации) было проанализировано с помощью поляриметра 406. В этом эксперименте измерялась зависимость состояния поляризации усиливаемого излучения от мощности накачки излучения, введенного в оболочку. Температуру измеряли на расстоянии 5 см от широкого конца волокна. Никаких специальных мер по охлаждению волокна в ходе эксперимента не применялось. Результаты показаны на фиг. 5 и фиг. 6.

[0045] Фиг. 5 иллюстрирует пример стабильности поляризации и температуры при изменении мощности накачки для активного конического оптического волокна типа PANDA. Черная точечная линия представляет состояние поляризации при увеличении мощности накачки, а белая точечная линия представляет состояние поляризации при уменьшении мощности накачки. Как следует из результатов эксперимента, увеличение мощности накачки от нуля до примерно 22,5 Вт приводит к повышению температуры волокна на 2°С (с 24°С до 26°С), что приводит к периодическим изменениям азимута SOP (состояния поляризации) с дисперсией 9,41° и стандартным отклонением 3,07° (верхний график). Среднее значение азимута составило -22,69°, а минимальное и максимальное значения составили -26,02° и -17,21°, соответственно. Одновременно эллиптичность (нижний график) изменялась с дисперсией 7,97° и стандартным отклонением 2,82°. Среднее значение эллиптичности составило -5,68°, а минимальное и максимальное значения составили -10,07° и -1,8°, соответственно.

[0046] Фиг. 6 иллюстрирует пример зависимости скорости затухания поляризации от мощности накачки для активного конического оптического волокна типа PANDA. Скорость затухания поляризации (Polarization extinction rate, PER) - это мера, которая сравнивает мощность желаемой поляризации с мощностью нежелательной поляризации. Как показано на фиг. 7, PER изменяется с дисперсией 6,11 дБ и стандартным отклонением 2,47 дБ при изменении температуры волокна всего на 2°С. Среднее значение PER составило 10,63 дБ, а минимальное и максимальное значения составили 7,51 дБ и 15,03 дБ, соответственно.

[0047] Основываясь на различиях между состоянием поляризации при увеличении и уменьшении мощности накачки, изменения состояния поляризации могут происходить с гистерезисом, и поэтому такие активные волокна с двулучепреломлением, вызванным напряжением, проявляют память относительно истории запускаемой мощности накачки. На основании этого измерения видно, что внутренний нагрев из-за поглощения мощности накачки 22 Вт вызывает дрейф состояния поляризации.

[0048] Таким образом, на основе эксперимента можно сделать следующие наблюдения: 1) состояние поляризации усиленного света в активном волокне с сильным двойным лучепреломлением существенно зависит от вводимой мощности накачки, и 2) состояние поляризации изменяется с гистерезисом и имеет память относительно истории вводимой мощности накачки. Это делает поведение состояния поляризации непредсказуемым.

[0049] На основании уравнения 2, если собственное двойное лучепреломление мало (В→0), то (dB/dt)*ΔT<<В, и в результате температурная чувствительность состояния поляризации стремится к нулю (т.е. dR→0). Следовательно, чем меньше собственное двойное лучепреломление волокна, тем ниже поляризационная чувствительность волокна. Например, замедление будет меньше меняться при накачивании волокна. Напротив, волокна с высоким двойным лучепреломлением могут быть сильно чувствительны к температуре.

[0050] Сильная температурная чувствительность вызывает резкое изменение двойного лучепреломления при изменении температуры. Кроме того, как обсуждалось выше, изменения внутреннего двойного лучепреломления происходят необратимо, с гистерезисом. При отжиге возможно как увеличение, так и уменьшение внутреннего двулучепреломления. Поскольку изменения двулучепреломления происходят с гистерезисом, волокна с высоким двулучепреломлением сохраняют двулучепреломление относительно истории нагревания волокна. Тем не менее в связи с характером применения (например, прозрачная среда для пропускания света) оптические волокна с высоким двулучепреломлением могут не подвергаться значительным изменениям температуры, и поэтому указанные выше свойства в целом не препятствуют их эксплуатации, например, в качестве пассивных оптических волокон или активных оптических волокон с относительно малой мощностью накачки.

[0051] Волокна с низким собственным двойным лучепреломлением могут быть изготовлены различными способами. Одним из способов получения низкого собственного двойного лучепреломления состоит в том, чтобы сделать оптическое волокно максимально приближенным к идеальному, например, путем создания предельно симметричного волокна с низким уровнем внутренних напряжений. Другим способом получения низкого собственного двулучепреломления является применение компенсированных волокон. Низкий уровень внутреннего двойного лучепреломления может быть достигнут, например, путем выбора легирующих материалов волокна таким образом, чтобы двойное лучепреломление под напряжением (Bs) в сумме с двулучепреломлением геометрической формы (Вс) давало ноль. Еще одним способом получения низкого собственного двулучепреломления является использование скрученных волокон. Если заготовка волокна быстро вращается при вытягивании волокна, внутреннее двойное лучепреломление становится низким. Вращение заготовки периодически меняет местами быструю и медленную оси двулучепреломления вдоль волокна, что приводит к частичной компенсации относительной фазовой задержки между собственными модами поляризации.

[0052] В соответствии с примером осуществления, предусмотрено активное оптическое волокно с низким собственным двойным лучепреломлением. Стабильность SOP такого волокна была проверена с помощью экспериментальной установки, показанной на фиг. 4. Для экспериментальной проверки стабильности SOP было изготовлено активное волокно с двойной оболочкой, легированное Yb. Для изготовления spun-волокна заготовку волокна вращали с угловой скоростью 600 об/мин при вытягивании активного конического волокна. В этом эксперименте излучение линейно поляризованного полупроводникового лазера на длине волны 1064 нм было введено путем сращивания через вентиль 402 на связанных волокнах в коническое spun-волокно. Длина конического spun-волокна составляла 2,8 м, оно имело шаг в широкой части 6 мм. Шаг может относиться к периоду вращения, например, длине, на которой spun-волокно поворачивается на 360°. Шаг может зависеть от скорости вытягивания волокна и угловой скорости вращения. Остаточное линейное двулучепреломление волокна составило 3,21*10^-6, круговое двулучепреломление 6,88* 10^-6. Волокно было свернуто в кольцо диаметром 35 см. Излучение накачки на длине волны 976 нм вводилось в оболочку активного волокна через линзу и дихроичное зеркало 405.

[0053] Состояние поляризации (азимут, эллиптичность и PER) усиленного излучения анализировали с помощью поляриметра 405. Снова исследовали зависимость состояния поляризации усиленного излучения от вводимой мощности накачки. Никаких мер по принудительному охлаждению волокна в ходе эксперимента не применялось. Результаты показаны на фиг. 7 и 8.

[0054] Фиг. 7 иллюстрирует пример стабильности поляризации и температуры при изменении мощности накачки для активного конического оптического волокна типа spun. Как следует из результатов эксперимента, увеличение мощности накачки от нуля до примерно 20 Вт приводит к повышению температуры волокна на 2°С (с 24°С до 26°С), что приводит к периодическим изменениям азимута с дисперсией 0,12° и стандартным отклонением 0,35° (верхний график). Среднее значение азимута составило 1,39°, а минимальное и максимальное значения составили 0,77° и 1,97°, соответственно. Одновременно эллиптичность (нижний график) изменилась с дисперсией 0,03° и стандартным отклонением 0,18°. Среднее значение эллиптичности составляло 1,15°, а минимальное и максимальное значения составили 0,93° и 1,48°, соответственно.

[0055] Фиг. 8 иллюстрирует пример зависимости скорости затухания поляризации от мощности накачки для активного конического оптического волокна типа spun. Как показано на фиг. 8, PER изменяется с дисперсией 0,43 дБ и стандартным отклонением 0,65 дБ при изменении температуры волокна на 2°С. Среднее значение PER составило 17,01 дБ, а минимальное и максимальное значения составили 15,88 дБ и 17,90 дБ, соответственно.

[0056] На основании результатов, представленных на фиг. 5-8, изменения в состоянии поляризации активного spun-волокна значительно ниже для spun-волокна с низким двойным лучепреломлением по сравнению с волокном типа PANDA. В табл. 1 приведены сравнительные данные для волокна типа PANDA и spun-волокна. Как видно из табл. 1, стабильность состояния поляризации, т.е. отклонение азимута и эллиптичности, на порядок лучше для активного конического spun-волокна. Дисперсия эллиптичности лучше даже на два порядка.

[0058] Приведенные выше эксперименты демонстрируют, что активное оптическое волокно с низким двойным лучепреломлением значительно лучше с точки зрения стабильности SOP по сравнению с усилителем с волокном с высоким двойным лучепреломлением, таким как, например, волокно типа PANDA.

[0059] В примерах осуществления предложены различные типы активных оптических волокон, которые обеспечивают стабильное состояние поляризации, которое в достаточной степени не зависит от вводимой мощности накачки. Примеры осуществления обеспечивают, например, участки активных оптических волокон с одинарной или двойной оболочкой, с конусным продольным профилем или без него в сочетании с низким собственным двойным лучепреломлением в сердцевине. Согласно примеру осуществления двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. Согласно примеру осуществления, линейное двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. Согласно примеру осуществления круговое двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. Согласно примеру осуществления как круговое, так и линейное двойное лучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. На основе экспериментов значение(-я) двойного лучепреломления менее 10^-5 может обеспечить достаточно стабильное состояние поляризации при изменении температуры из-за внутреннего нагрева активного оптического волокна. В общем, стабильность состояния поляризации может быть улучшена путем снижения двойного лучепреломления. Например, значение(-я) двойного лучепреломления менее 10^-5, например, в диапазоне 10^-6<В<10^-5, может обеспечить еще более стабильное состояние поляризации, что может быть полезным, например, при большей длине L волокна или более высокой мощности накачки. Согласно примеру осуществления, двойное лучепреломление активной сердцевины может соответствовать активному spun-волокну описанному со ссылками на фиг. 6 и фиг. 7. Например, линейное двойное лучепреломление активной сердцевины может составлять 3,2*10^-6. Круговое двулучепреломление активной сердцевины может составлять 6,7* 10^-6.

[0060] Фиг. 9 иллюстрирует пример продольного сечения активного оптического волокна с одинарной оболочкой в соответствии с примером осуществления. Участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину 901. Сердцевина может содержать любой подходящий материал, такой как, например, диоксид кремния. Активная сердцевина 901 может дополнительно содержать по меньшей мере один редкоземельный элемент. Активная сердцевина 901 может быть легирована редкоземельным элементом (редкоземельными элементами), чтобы сделать возможным усиление оптического сигнала, вводимого в активную сердцевину 901, когда излучение накачки вводится в активную сердцевину 901. Участок активного оптического волокна может дополнительно содержать слой 902 оболочки. Активная сердцевина 901 может иметь первый показатель преломления n_core. Слой 902 оболочки может иметь второй показатель преломления, n_clad. Второй показатель преломления n_clad может быть меньше первого показателя преломления n_core, как показано на профиле 903 показателя преломления поперечного сечения. Двулучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5, как описано выше. Например, разница между показателями преломления n_slow и n_fast медленной и быстрой мод поляризации может быть меньше 10^-5, то есть=n_slow-n_ast<10^-5.

[0061] Активная сердцевина 901 может быть конфигурирована для поддержки одномодового режима работы. Например, активная сердцевина 901 может удовлетворять условию распространения оптического сигнала для одномодового режима работы. Условие распространения может быть 2πrNA/λ<2,405, где r - радиус активной сердцевины, NA - числовая апертура активной сердцевины, а λ - длина волны оптического сигнала. Как показано на фиг. 9, активная сердцевина 901 может быть конфигурирована для приема оптического сигнала и излучения накачки. Другими словами, оптический сигнал может быть введен в активную сердцевину 901, например, на одном конце активной сердцевины 901. Излучение накачки может быть сконфигурировано для приема или ввода на одном или обоих концах участка активной сердцевины 901.

[0062] Фиг. 10 иллюстрирует пример продольного сечения активного оптического волокна с двойной оболочкой согласно примеру осуществления. Участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину 1001. Активная сердцевина 1001 может иметь первый показатель преломления, u_core. Участок активного оптического волокна может дополнительно содержать внутренний слой 1002 оболочки вокруг активной сердцевины 1001. Внутренний слой 1002 оболочки может иметь второй показатель преломления u_clad1. Участок активного оптического волокна может дополнительно содержать внешний слой 1003 оболочки вокруг внутреннего слоя 1002 оболочки. Внешний слой 1003 оболочки может иметь третий показатель преломления, u_clad2. Первый показатель преломления n_core может быть меньше второго показателя преломления u_clad1, а третий показатель преломления u_clad2 может быть меньше второго показателя преломления u_clad1, как показано на профиле 1004 показателя преломления поперечного сечения. Двулучепреломление активной сердцевины 1001 может быть меньше 10^-5. Активная сердцевина 1001 может быть конфигурирована для приема оптического сигнала. Другими словами, оптический сигнал может быть введен в активную сердцевину 1001. Внутренний слой 1002 оболочки может быть конфигурирован для приема излучения накачки с одного или обоих концов участка активного оптического волокна. Другими словами, излучение накачки может быть введено с одного или обоих концов участка активного оптического волокна во внутренний слой 1002 оболочки.

[0063] Низкое двойное лучепреломление активной сердцевины улучшает устойчивость к внутреннему нагреву, вызванному накачкой. Наличие низкого двойного лучепреломления в неконической одномодовой активной сердцевине может быть выгодным, поскольку относительно тонкая одномодовая сердцевина может быть более восприимчива к внутреннему нагреву из-за мощности накачки, чем более широкая многомодовая сердцевина. Например, одномодовая сердцевина меньшего диаметра приводит к меньшей площади поверхности, что, в свою очередь, определяет способность рассеивать тепло. Таким образом, низкое двойное лучепреломление в одномодовой сердцевине позволяет вводить более высокую мощность излучения накачки в одномодовое волокно и, следовательно, обеспечивает лучшее усиление оптического сигнала при сохранении достаточно стабильного состояния поляризации.

[0064] Фиг. 11 иллюстрирует пример продольного сечения активного конического оптического волокна с одинарной оболочкой в соответствии с примером осуществления. Участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину 1101 и слой 1102 оболочки, которые могут быть аналогичны активной сердцевине 901 и слою 902 оболочки на фиг. 9. Однако участок активного оптического волокна может иметь конический продольный профиль, так что диаметр d активной сердцевины 1101 может постепенно изменяться по длине L участка активного оптического волокна, тем самым образуя конический продольный профиль. В результате участок активного оптического волокна может содержать первую часть и вторую часть, причем радиус первой части активной сердцевины меньше радиуса второй части активной сердцевины. Кроме того, толщина слоя 1102 оболочки может постепенно изменяться вдоль конического продольного профиля. Например, толщина слоя 1102 оболочки может быть пропорциональна диаметру d соответствующей части активной сердцевины 1101.

[0065] Первая часть активной сердцевины может быть конфигурирована так, чтобы удовлетворять условию распространения оптического сигнала для одномодового режима работы. Остальная часть активной сердцевины, например, вторая часть, может быть конфигурирована для поддержки многомодового режима работы оптического сигнала. Условие распространения может быть 2πrNA/λ<2,405, где r - радиус (d/2) первой части активной сердцевины, NA - числовая апертура первой части активной сердцевины, а λ - длина волны оптического сигнала. Первая часть активной сердцевины может быть конфигурирована для приема оптического сигнала. Другими словами, оптический сигнал может быть введен в первую часть активной сердцевины 1101. Первая часть и/или вторая часть активной сердцевины 1101 могут быть конфигурированы для приема излучения накачки. Другими словами, излучение накачки может вводиться в первую часть и/или вторую часть активной сердцевины 1101.

[0066] В соответствии с примером осуществления, первая часть активной сердцевины 1101 может быть расположена на первом конце участка активного оптического волокна, а вторая часть активной сердцевины 1101 может быть расположена на втором конце участка активного оптического волокна. В соответствии с примером осуществления, первая часть активной сердцевины 1101 может содержать узкий конец активной сердцевины 1101. Вторая часть активной сердцевины 1101 может содержать широкий конец активной сердцевины 1101.

[0067] Ввод оптического сигнала в первую часть конической активной сердцевины 1101 позволяет обеспечить распространение только основной моды и во второй (многомодовой) части активной сердцевины 1101. Больший диаметр второй части активной сердцевины 1101 позволяет вводить излучение накачки от мощных мало интенсивных источников накачки с высокой эффективностью в активное конусное волокно. Низкое двойное лучепреломление конической сердцевины активного оптического волокна позволяет использовать более высокую мощность накачки второй части, сохраняя при этом достаточно стабильное состояние поляризации одномодового оптического сигнала. В соответствии с примером осуществления, примерно 90% излучения накачки может быть введено во вторую часть активной сердцевины 1101, например, для достижения желаемого усиления с низкой нелинейностью. Приблизительно 10% излучения накачки может быть направлено в первую часть активной сердцевины 1101, например, чтобы вызвать насыщение активной сердцевины 1101.

[0068] Фиг. 12 иллюстрирует пример продольного сечения активного конического оптического волокна с двойной оболочкой в соответствии с примером осуществления. Участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину 1201, внутренний слой 1202 оболочки и внешний слой 1203 оболочки, аналогичные активной сердцевине 1001 и слоям 1002 и 1003 оболочки на фиг. 10. Однако участок активного оптического волокна может иметь конический продольный профиль. Например, диаметр d активной сердцевины 1201 может постепенно изменяться по длине L участка активного конического оптического волокна. Кроме того, толщина внутреннего и/или наружного слоя покрытия может постепенно изменяться вдоль конического продольного профиля. Например, толщина внутреннего и/или внешнего слоя оболочки может быть пропорциональна диаметру d соответствующей части активной сердцевины 1201.

[0069] Согласно примеру осуществления, активная сердцевина 1201 может содержать первую и вторую части, аналогичные активной сердцевине 1101 на фиг. 11. Согласно примеру осуществления, участок активного оптического волокна может содержать первую часть внутреннего слоя 1202 оболочки вокруг первой части активной сердцевины 1201 и вторую часть внутреннего слоя 1202 оболочки вокруг второй части активной сердцевины 1201. Толщина первой части внутреннего слоя 1202 оболочки может быть меньше толщины второй части внутреннего слоя 1202 оболочки. Первая часть и/или вторая часть внутреннего слоя 1202 оболочки могут быть конфигурированы для приема излучения накачки. Другими словами, излучение накачки может быть введено в первую часть и/или вторую часть внутреннего слоя 1202 оболочки. Большая толщина второй части внутреннего слоя 1202 оболочки позволяет вводить излучение накачки более высокой мощности в коническое волокно. Низкое двойное лучепреломление конической сердцевины активного оптического волокна позволяет извлечь выгоду из более высокой способности ввода мощности накачки второй части внутреннего слоя 1202 оболочки, сохраняя при этом достаточно стабильное состояние поляризации для одномодового оптического сигнала.

[0070] В соответствии с примером осуществления, первая часть внутреннего слоя 1202 оболочки может быть расположена на первом конце участка активного оптического волокна, а вторая часть внутреннего слоя 1202 оболочки может быть расположена на втором конце активного оптического волокна. В соответствии с примером осуществления, первая часть внутреннего слоя 1202 оболочки может содержать узкий конец внутреннего слоя оболочки. Вторая часть внутреннего слоя 1202 оболочки может содержать широкий конец внутреннего слоя оболочки.

[0071] Несмотря на то, что это не показано на фиг. 9-12, участок активного оптического волокна может также содержать дополнительные структуры, такие как, например, один или несколько слоев покрытия вокруг слоя(-ев) оболочки. Слой(-и) покрытия может, например, содержать полимерное покрытие. Слой(-и) покрытия может быть конфигурирован для уменьшения влияния окружающей среды, которое может вызвать внешнее двойное лучепреломление в активной сердцевине 901, 1001, 1101, 1201, имеющей низкое собственное двойное лучепреломление. Таким образом, низкое внутреннее двойное лучепреломление в сочетании с одним или более слоями покрытия в совокупности создают активное оптическое волокно, обеспечивающее достаточно стабильное состояние поляризации при изменении (внутренней/внешней) температуры и других воздействиях окружающей среды, таких как механические изгибы. В приведенных выше примерах осуществления излучение накачки может быть конфигурировано для распространения в том же или по существу в том же направлении, что и оптический сигнал, и/или в направлении, противоположном или по существу противоположном оптическому сигналу.

[0072] Фиг. 13 иллюстрирует пример волоконно-лазерного устройства 1300 согласно примеру осуществления. Волоконно-лазерное устройство 1300 может содержать активное оптическое волокно 1301. Активное оптическое волокно 1301 может содержать любой из различных типов активных оптических волокон или их участок (участки), описанные выше. Волоконно-лазерное устройство 1300 может быть конфигурировано для обеспечения выходного излучения, которое усилено внутри активного оптического волокна 1301 при распространении туда и обратно между парой отражающих зеркал. Волоконно-лазерное устройство 1300 может содержать источник 1305 излучения накачки. Источник излучения накачки может быть оптически соединен с ответвителем 1304 излучения накачки. Источник излучения накачки может быть конфигурирован для генерирования излучения накачки с соответствующей мощностью. Ответвитель 1304 излучения накачки может быть конфигурирован для ввода излучения от источника 1305 излучения накачки в активное оптическое волокно 1301. Ответвитель 1304 излучения накачки может, например, содержать многомодовый объединитель накачки, систему линз в свободном пространстве и/или мультиплексор по длинам волн (wavelength dependent multiplexer, WDM) для волокон с одинарной оболочкой. Многомодовый объединитель накачки может быть типа (1+n)*1, что может указывать на то, что одно входное сигнальное волокно и n волокон накачки объединяют вместе, например, путем сужения, в одно выходное сигнальное волокно. Примером такого многомодового объединителя накачки является объединитель (1+6)*1, который объединяет вместе шесть волокон накачки и одно сигнальное волокно. Ответвитель 1304 излучения накачки может быть конфигурирован для ввода излучения накачки в соответствующую часть и/или слой активного оптического волокна 1301. Например, в случае волокна с одинарной оболочкой ответвитель 1304 излучения накачки может быть конфигурирован для ввода излучения накачки, исходящего от источника 1305 накачки, в сердцевину активного оптического волокна 1301. В случае волокна с двойной оболочкой ответвитель 1304 излучения накачки может быть конфигурирован для ввода излучения накачки, исходящего от источника 1305 накачки, в сердцевину активного оптического волокна. 1301. Ответвитель 1304 излучения накачки может быть оптически соединен с первым концом активного оптического волокна 1301. Наличие оптического соединения может позволить свету распространяться между двумя оптически соединенными или оптически связанными компонентами. Оптическое соединение может включать в себя прямое оптическое соединение, так что между оптически соединенными компонентами нет промежуточных компонентов, таких как, например, зеркала или ответвители излучения накачки.

[0073] Волоконно-лазерное устройство 1300 может дополнительно содержать второй источник 1307 излучения накачки и второй ответвитель 1306 излучения накачки, которые могут быть аналогичны ответвителю 1304 накачки и источнику 1305 излучения накачки, соответственно. Однако ответвитель 1306 излучения накачки может быть оптически соединен со вторым концом, например, выходным концом активного оптического волокна 1301. Кроме того, источник 1307 излучения накачки может быть конфигурирован для генерирования излучения накачки, имеющего уровень мощности, отличный от уровня излучения накачки, исходящего от источника 1305 излучения накачки. Например, в случае активного конического оптического волокна, источник излучения накачки может быть оптически соединен с первым концом активного оптического волокна 1301, который может быть тоньше, чем второй конец активного оптического волокна 1301. Уровень мощности второго источника 1307 излучения накачки может быть выше, чем уровень мощности источника 1305 излучения накачки, как описано выше.

[0074] Волоконно-лазерное устройство 1300 может дополнительно содержать первое отражающее зеркало 1302, которое может быть оптически связано с первым концом активного оптического волокна 1301. Первое отражающее зеркало 1302 может быть конфигурировано для передачи излучения накачки от ответвителя 1304 накачки к активному оптическому волокну 1301. Первое отражающее зеркало 1302 может быть конфигурировано для отражения большей части света, распространяющегося к нему в активном оптическом волокне 1301. Первое отражающее зеркало 1302 может, например, представлять собой объемное зеркало с диэлектрическим или металлическим покрытием в свободном пространстве, волоконную брэгговскую решетку (fiber Bragg grating, FBG,), записанную на другом оптическом волокне, которое соединено с первым концом активного оптического волокна 1301, волоконное петлевое зеркало или сопряженное с волокном зеркало с вращением Фарадея. Альтернативно, волоконная брэгговская решетка может быть записана на первом конце активного оптического волокна 1301. Отражательная способность первого отражающего зеркала может быть, например, выше 90%.

[0075] Волоконно-лазерное устройство 1300 может дополнительно содержать второе отражающее зеркало 1303, которое может быть оптически связано со вторым концом, т.е. выходным концом активного оптического волокна 1301. Второе отражающее зеркало 1303 может быть конфигурировано для передачи излучения накачки от ответвителя 1306 накачки к активному оптическому волокну 1301. Второе отражающее зеркало 1303 может быть конфигурировано для пропускания части света, распространяющегося к нему, в активное оптическое волокно для обеспечения возможности вывода усиленного света из волоконно-лазерного устройства 1300. Второе отражающее зеркало 1303 может, например, представлять собой объемное зеркало с диэлектрическим или металлическим покрытием в свободном пространстве, волоконную брэгговскую решетку (ВБР), записанную или сращенную на втором конце активного оптического волокна 1301, или оптоволоконное петлевое зеркало. Отражательная способность второго отражающего зеркала может быть, например, менее 90%.

[0076] Фиг. 14 иллюстрирует другой пример волоконно-лазерного устройства 1400 согласно примеру осуществления. Волоконно-лазерное устройство 1400 может содержать компоненты, аналогичные волоконно-лазерному устройству 1300. Однако некоторые из компонентов могут быть расположены в другом порядке. Например, первое отражающее зеркало 1302 может быть оптически связано с ответвителем 1304 излучения накачки, а ответвитель 1304 излучения накачки может быть оптически соединен с первым концом активного оптического волокна 1301. Кроме того, второе отражающее зеркало 1303 может быть оптически связано с ответвителем 1306 излучения накачки, а ответвитель 1306 излучения накачки может быть оптически соединен со вторым концом активного оптического волокна 1301. Ответвители 1304 и 1306 излучения накачки могут быть конфигурированы для передачи света так, чтобы он мог отражаться между отражающими зеркалами 1302 и 1303 для обеспечения усиления света в активном оптическом волокне 1301.

[0077] На фиг. 15 показан другой пример волоконно-лазерного устройства 1500 в соответствии с примером осуществления. Волоконно-лазерное устройство 1500 может содержать компоненты, аналогичные волоконно-лазерному устройству 1300. Однако некоторые из компонентов могут быть расположены в другом порядке. В этом примере первое отражающее зеркало 1302 может быть оптически связано с ответвителем 1304 излучения накачки, а ответвитель 1304 излучения накачки может быть оптически соединен с первым концом активного оптического волокна 1301, аналогично фиг. 14. На выходной стороне второе отражающее зеркало 1303 может быть оптически связано со вторым концом активного оптического волокна 1301, а ответвитель 1306 излучения накачки может быть соединен со вторым отражающим зеркалом 1303, аналогично фиг. 13.

[0078] Фиг. 16 иллюстрирует другой пример устройства волоконно-лазерного устройства 1600 согласно примеру осуществления. Волоконно-лазерное устройство 1500 может содержать компоненты, аналогичные волоконно-лазерному устройству 1300. Однако некоторые из компонентов могут быть расположены в другом порядке. В этом примере первое отражающее зеркало 1302 может быть оптически связано с ответвителем 1304 излучения накачки, а ответвитель 1304 излучения накачки может быть оптически соединен с первым концом активного оптического волокна 1301, аналогично фиг. 13. На стороне выхода второе отражающее зеркало 1303 может быть оптически связано со вторым концом активного оптического волокна 1301, а ответвитель 1306 излучения накачки может быть соединен со вторым отражающим зеркалом 1303.

[0079] Фиг. 17 иллюстрирует пример волоконного устройства 1700 усилителя мощности задающего генератора (МОРА) согласно примеру осуществления. Волоконное устройство 1700 усилителя мощности задающего генератора может содержать активные оптические волокна любого из различных типов или их участок(-и), как описано выше. Кроме того, волоконное устройство 1700 усилителя мощности задающего генератора может содержать источник 1305 излучения накачки и/или источник 1307 излучения накачки, аналогичные тем, что показаны на фиг. 13. Волоконное устройство 1700 усилителя мощности задающего генератора волокна может дополнительно содержать ответвитель 1304 излучения накачки и/или второй ответвитель 1306 излучения накачки, аналогичные показанным на фиг. 13. Ответвитель 1304 излучения накачки может быть соединен с первым концом активного оптического волокна 1301 и может быть конфигурирован для ввода излучения накачки, исходящего от источника 1305 излучения накачки, в активное оптическое волокно 1301. Второй ответвитель 1306 излучения накачки может быть оптически соединен со вторым концом активного оптического волокна 1301 и может быть конфигурирован для ввода излучения накачки, исходящего от источника 1307 излучения накачки, в активное оптическое волокно 1301. Второй ответвитель 1306 излучения накачки может быть дополнительно конфигурирован для обеспечения вывода излучения из активного оптического волокна 1301. Волоконное устройство 1700 усилителя мощности задающего генератора может дополнительно содержать задающий лазерный источник 1701, оптически соединенный с ответвителем 1304 излучения накачки. Лазерный источник 1701 может быть конфигурирован для обеспечения затравочного сигнала лазера для усиления в активном оптическом волокне 1301. Ответвитель 1304 накачки может быть конфигурирован для передачи света от лазерного источника 1701 в активное оптическое волокно 1301.

[0080] Примеры осуществления обеспечивают термически стабильный участок активного оптического волокна, который может использоваться в различных применениях, таких как, например, волоконные лазеры и волоконные усилители мощности задающего генератора, например, чтобы обеспечить более высокий коэффициент усиления благодаря более высокой устойчивости к внутреннему нагреву вызванному излучением накачки.

[0081] Любой диапазон или значение устройства, указанные здесь, могут быть расширены или изменены без потери желаемого эффекта. Кроме того, любой вариант осуществления может быть объединен с другим вариантом осуществления, если это явно не запрещено.

[0082] Хотя объект изобретения был описан на языке, характерном для структурных признаков и/или действий, следует понимать, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты в качестве примеров реализации пунктов формулы изобретения, и другие эквивалентные признаки и действия находятся в пределах объема формулы изобретения.

[0083] Следует понимать, что выгоды и преимущества, описанные выше, могут относиться к одному варианту осуществления или могут относиться к нескольким вариантам осуществления. Варианты осуществления не ограничиваются теми, которые решают какие-либо или все заявленные проблемы, или теми, которые обеспечивают какие-либо или все заявленные выгоды и преимущества. Кроме того, понятно, что ссылка на какой-то «элемент» может относиться к одному или более таких элементов.

[0084] Термин «содержащий» используется здесь для обозначения включения идентифицированных блоков или элементов, но такие блоки или элементы не составляют исчерпывающий список. Поэтому устройство может содержать дополнительные блоки или элементы.

[0085] Хотя объекты могут упоминаться как «первые» или «вторые», это не обязательно указывает на какой-либо порядок или важность объектов. Такие атрибуты могут использоваться исключительно с целью установления различий между объектами.

[0086] Следует понимать, что вышеприведенное описание дано только в качестве примера и что специалисты в данной области техники могут внести различные модификации. Вышеупомянутая описание, примеры и данные обеспечивают полное описание структуры и использования примеров осуществления. Хотя различные варианты осуществления были описаны выше с определенной степенью конкретности или со ссылкой на один или несколько отдельных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники могут внести многочисленные изменения в раскрытые варианты осуществления, не выходя за рамки настоящего описания.

Различные примеры осуществления относятся к активным оптическим волокнам и устройствам, содержащим активные оптические волокна. Участок активного оптического волокна может содержать активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним редкоземельным элементом. Активная сердцевина может иметь первый показатель преломления и может быть конфигурирована для поддержки одномодового режима работы оптического сигнала. Участок активного оптического волокна может дополнительно содержать по меньшей мере один слой оболочки, имеющий второй показатель преломления. Второй показатель преломления может быть меньше первого показателя преломления. Двулучепреломление активной сердцевины может быть меньше 10^-5. Также раскрыты волоконные лазеры и усилители мощности, содержащие участок активного оптического волокна. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Участок активного оптического волокна для усиления оптического сигнала, содержащий: активную сердцевину, легированную по меньшей мере одним редкоземельным элементом, при этом активная сердцевина имеет первый показатель преломления и конфигурирована для поддержки одномодового режима работы для оптического сигнала, причем радиус первой части активной сердцевины меньше радиуса второй части активной сердцевины, первая часть активной сердцевины удовлетворяет условию распространения оптического сигнала для одномодового режима работы, вторая часть активной сердцевины поддерживает многомодовый режим работы для оптического сигнала, и первая часть активной сердцевины конфигурирована для приема оптического сигнала; внутренний слой оболочки вокруг активной сердцевины, имеющий второй показатель преломления, при этом второй показатель преломления меньше первого показателя преломления, и внешний слой оболочки вокруг внутреннего слоя оболочки, имеющий третий показатель преломления, меньший второго показателя преломления, при этом двойное лучепреломление активной сердцевины составляет менее 10^-5, а диаметр активной сердцевины постепенно изменяется по длине участка активного оптического волокна, образуя конический продольный профиль, причем толщина внутреннего слоя оболочки постепенно изменяется вдоль конического продольного профиля, и активное оптическое волокно содержит первую часть внутреннего слоя оболочки вокруг первой части активной сердцевины и вторую часть внутреннего слоя оболочки вокруг второй части активной сердцевины, при этом толщина первой части внутреннего слоя оболочки меньше толщины второй части внутреннего слоя оболочки, и первая часть внутреннего слоя оболочки конфигурирована для приема излучения накачки.

2. Участок активного оптического волокна по п.1, в котором условие распространения представляет собой 2πrNA/λ<2,405, где r – радиус первой части активной сердцевины, NA – числовая апертура первой части активной сердцевины, λ – длина волны оптического сигнала.

3. Участок активного оптического волокна по п.1 или 2, в котором первая часть активной сердцевины конфигурирована для приема излучения накачки и/или вторая часть активной сердцевины конфигурирована для приема излучения накачки.

4. Участок активного оптического волокна по любому из пп.1-3, в котором активная сердцевина конфигурирована для приема оптического сигнала, а внутренний слой оболочки конфигурирован для приема излучения накачки.

5. Участок активного оптического волокна по п.1, в котором вторая часть внутреннего слоя оболочки конфигурирована для приема излучения накачки.

6. Участок активного оптического волокна по любому из пп.1-5, в котором первая часть активной сердцевины содержит узкий конец активной сердцевины, а вторая часть активной сердцевины содержит широкий конец активной сердцевины.

7. Участок активного оптического волокна по любому из пп.1-6, в котором первая часть внутреннего слоя оболочки содержит узкий конец внутреннего слоя оболочки, а вторая часть внутреннего слоя оболочки содержит широкий конец внутреннего слоя оболочки.

8. Участок активного оптического волокна по любому из пп.3-7, в котором излучение накачки сконфигурировано для распространения по существу в том же направлении, что и оптический сигнал, и/или в направлении, по существу противоположном оптическому сигналу.

9. Волоконно-лазерное устройство, содержащее участок активного оптического волокна по любому из пп.1-8, а также дополнительно содержащее: по меньшей мере один источник излучения накачки, оптически соединенный по меньшей мере с одним ответвителем излучения накачки, при этом ответвитель излучения накачки конфигурирован для ввода излучения от источника излучения накачки в активное оптическое волокно.

10. Волоконно-лазерное устройство по п.9, дополнительно содержащее: первое отражающее зеркало, оптически связанное с первым концом активного оптического волокна или с первым ответвителем излучения накачки, оптически соединенным с первым концом активного оптического волокна.

11. Волоконно-лазерное устройство по п.10, дополнительно содержащее второе отражающее зеркало, оптически связанное со вторым концом активного оптического волокна или со вторым ответвителем излучения накачки, оптически соединенным со вторым концом активного оптического волокна.

12. Волоконно-лазерное устройство по п.9, которое содержит волоконный усилитель мощности задающего генератора и дополнительно содержит: лазерный источник, оптически соединенный с ответвителем накачки, при этом ответвитель накачки сконфигурирован для передачи света от лазерного источника в активное оптическое волокно.