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光纖激光系統。

背景技術：

1、得益于高效率、高光束質量以及優(yōu)異的散熱性能，光纖激光技術在近20年間大放異彩，激光器各項指標全面提升。同時，光纖本身具有高穩(wěn)定性、高環(huán)境適應性以及易于集成化特點，這一優(yōu)勢使其在很多領域中得到廣泛應用。盡管如此，目前業(yè)內公認的事實是光纖非線性效應、模式不穩(wěn)定等因素制約了光纖激光系統功率進一步提升。隨著研究不斷深入，許多具有針對性的抑制手段被提出，一定程度上達到了提高起始閾值的效果，但并未從根本上解決問題。比如，單芯光纖激光器（包含全反射機理及反諧振機理），由于極端功率下的光纖非線性效應限制了功率提升；基于全反射導光機理的多芯光纖及激光器的研究主要集中在1μm波段，關于多芯光纖的研究還有通信波段，這種多芯光纖用于可見光波段，與單芯光纖用于可見光波段面臨相同的難題，難以兼顧大模場及高光束質量，而為了維持高光束質量，需要多芯光纖的纖芯及數值孔徑（na）小，這樣的小模場面積同樣限制了功率水平。另外，基于光路合束的多波長、高功率激光系統復雜，成本高，同時控制效率和合成效率制約了方案的可擴展性。

2、多芯光纖激光器的出現為光纖激光系統的功率提升提供了一種可行方案。近幾年，基于全反射導光機理的多芯光纖激光器的研究成為熱點方向，大功率、高亮度激光器的研究主要集中1μm波段，少見可見光波段和中紅外的研究，主要是是因為常用的石英基質光纖聲子能量高，不適用于可見光、中紅外激光激射，同時石英基質光纖在中紅外波段傳輸損耗高。

3、此外，多芯光纖的出現為多波長激光器提供了一種新的技術路線。此前關于多波長激光器的技術路線有多波長半導體激光器、基于非線性效應的多波長激光器（光纖、固體）、基于光路合束的多波長激光器。但是上述激光器或多或少存在系統復雜、成本高、波長數量及波長選擇受限等不足。一纖多芯的光纖激光器不僅豐富了多波長激光器的波長數量及波長選擇的多樣性，而且極大程度上簡化了系統復雜程度、提升了系統穩(wěn)定性。但是基于全反射機理的多芯光纖激光器無法兼顧大模場和高光束質量的優(yōu)勢。

4、本領域廣泛認為多芯光纖的纖芯結構之間間隔太小容易產生模式耦合、串擾增加，為了獲得弱耦合則需增大纖芯結構之間的間距，如此就不利于多芯光纖中纖芯結構高密度集成，如公開號為cn?117613647?a的專利申請中提到要求基于全反射導光機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不小于2.5倍稀土摻雜纖芯的直徑。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的技術問題，本發(fā)明提出一種多芯全固態(tài)反諧振光纖及多波長光纖激光系統，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構之間的間距，如此就不利于多芯光纖中纖芯結構高密度集成的問題。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構高密度集成。

2、為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、一方面，提供一種多芯全固態(tài)反諧振光纖，包括內包層區(qū)域、設置在內包層區(qū)域內部的至少兩個纖芯結構以及設置在內包層區(qū)域外圍的外包層區(qū)域或者涂覆層區(qū)域；各纖芯結構包含纖芯區(qū)域以及反諧振區(qū)域，所述反諧振區(qū)域由至少一個毛細管組構成，每個毛細管組包括多個毛細管，每個毛細管組中的毛細管以纖芯區(qū)域為中心、環(huán)形布局在纖芯區(qū)域外圍，所述反諧振區(qū)域中各毛細管內填充的光纖基質相同，反諧振區(qū)域折射率n3>內包層區(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、不同纖芯結構的結構、參數彼此相同或彼此不同，且各纖芯結構呈中心對稱結構，各纖芯結構之間的中心間距不小于1倍最大纖芯結構直徑。

5、進一步地，所述纖芯區(qū)域的光纖基質中可以摻雜稀土離子，也可以不摻雜稀土離子。進一步地，如所述纖芯區(qū)域的光纖基質中摻雜稀土離子，所述纖芯區(qū)域的光纖基質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)域的光纖基質中摻雜三種或三種以上稀土離子。進一步地，各纖芯結構的纖芯區(qū)域的光纖基質摻雜的稀土離子類型彼此相同或者存在不同。

6、進一步地，同一纖芯結構中的同一個毛細管組中的各毛細管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同；同一纖芯結構中的不同毛細管組之間的毛細管數目、毛細管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同或彼此存在不同；不同纖芯結構中的毛細管組的數目、各毛細管組中毛細管的形狀、尺寸以及壁厚彼此相同或彼此存在不同。

7、進一步地，每個纖芯結構中的反諧振區(qū)域均包含一個毛細管組，每個毛細管組包含六個毛細管，六個毛細管以纖芯區(qū)域為中心、環(huán)形布局在纖芯區(qū)域外圍，各毛細管的壁厚相同。

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

9、進一步地，多波長光纖激光系統，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成諧振腔，泵浦源輸出的泵浦光經高反光纖光柵一端耦合進入諧振腔，增益光纖輸出的信號光經低反光纖光柵、包層光濾除器輸出，泵浦源的泵浦波長在增益光纖的諧振帶內，信號波長在增益光纖的反諧振帶內，且要求信號波長的高階模抑制比大于100。進一步地，所述泵浦源為藍光半導體激光器。所述增益光纖中各纖芯結構的纖芯區(qū)域的光纖基質中分別摻雜單一稀土離子鈥或鏑，即一部分的纖芯結構的纖芯區(qū)域的光纖基質中摻雜鈥離子，一部分的纖芯結構的纖芯區(qū)域的光纖基質中摻雜鏑離子。

10、進一步地，多波長光纖激光系統，包括多波長傳輸光纖，所述多波長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)域的光纖基質中均未摻雜稀土離子，多波長傳輸光纖用于兩個或兩個以上不同波長的激光，兩個或兩個以上不同波長的激光分別通過不同的纖芯區(qū)域傳輸。

11、進一步地，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)域采用的光纖基質相同且均為zblan，zblan的組分包括zrf4、baf2、laf4、alf3、naf。

12、相比現有技術，本發(fā)明的技術效果：

13、本發(fā)明提出的多芯全固態(tài)反諧振光纖，設置在內包層區(qū)域內部的至少兩個纖芯結構，各纖芯結構包含纖芯區(qū)域以及反諧振區(qū)域，如此的結構設計能夠很好的將傳輸的光束約束在各纖芯結構的纖芯區(qū)域中。而且如此結構設計的多芯全固態(tài)反諧振光纖其纖芯結構之間的間距不受限制，如果不考慮當前工藝水平，通過對該結構的多芯全固態(tài)反諧振光纖進行仿真發(fā)現，即便各纖芯結構相互交疊，從仿真結果來看同樣能夠很好的將傳輸的光束約束在各纖芯結構的纖芯區(qū)域中?？紤]到當前的拉制光纖的工藝局限，本發(fā)明設置各纖芯結構彼此間不交疊，?各纖芯結構之間的中心間距不小于1倍最大纖芯結構直徑，這遠低于現有技術中多芯光纖中纖芯間距的要求，如公開號為cn?117613647?a的專利申請中提到要求基于全反射導光機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構高密度集成。

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量的優(yōu)點。

15、本發(fā)明多波長光纖激光系統采取光纖結構，光纖體積小、體表比大、抗干擾能力強，因此具有結構簡單緊湊、穩(wěn)定性高、散熱性好等優(yōu)點。在其它非光纖結構的多波長激光系統技術方案中，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。

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，采取反諧振導光機理，在增益光纖設計之初，可設計出大模場面積、高高階模抑制比的增益光纖，使高階模在傳輸過程中損耗掉（通常高階模抑制比大于100可被認為單模傳輸），兼顧了高功率和高光束質量。在全反射導光機理的多芯光纖中，受自身機理限制，尤其是針對短波長而言，為實現高功率而設計的大模場與高光束質量的目標相矛盾，因此不具備本發(fā)明所具有的優(yōu)點。