一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤的制作方法

文档序号:9523087
一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种传输高斯分布中高功率能量激光的大忍径石英光纤,该光纤具有 平坦的激光功率禪合分布和高的激光功率损伤阔值,属于光纤激光技术领域。
【背景技术】
[0002] 大忍径多模传能光纤可W在Ξ维复杂空间内灵活安全的传输较高的激光能量,能 将高功率激光传送到特定的位置,起到简化光路系统和提升激光系统应用工作平台灵活性 的作用,已被广泛的应用于军事、激光加工、医疗、传感、照明等众多领域。相对于纤忍直径 不大于10μm的单模光纤而言,纤忍直径大于100μm的大忍径石英光纤是用于传输中高功 率能量的优选材料。大忍径石英光纤具有较大的数值孔径、较大的纤忍直径,非常有利于能 量激光的禪合及传输。
[0003] 纯石英均质的材料结构使得光纤具有较高的材料激光耐受能力。在中国专利 201010606651. 7中,描述了一种用于阳光照明传能的大忍径石英光纤,该光纤采用纯石英 玻璃忍层材料结构。在中国专利201410591146. 8中,描述了一种简单阶梯型折射率分布, 纯石英或渗氣石英忍层大忍径石英传能光纤。在该专利中,没有说明该发明光纤在传输大 功率阳光的过程中如何防止高能量光的聚集,从而导致光纤忍层损伤。
[0004] 在中国专利201310435892.3中,描述了一种忍层渗错并且具有渐变折射率剖面 的大忍径弯曲不敏感多模光纤,该光纤通过折射率下陷的包层来提高光纤的抗弯曲性能。 但采用正渐变折射率忍层设计,会导致传输的光斑的聚焦作用,输出端的光斑的激光能量 会会聚到光纤忍层的中屯、区域,造成传输的失真。

【发明内容】

[0005] 为方便介绍本
【发明内容】
,定义W下术语: 相对折射率差兹.:该层折射率η与纯石英材料折射率的相对差值,计算公式如下:Δ1=2Χ(nl-1.457)/ (nl+1. 457)X100% ; 本发明所要解决的技术问题是针对前述的现有技术存在的不足而提供一种平坦的激 光功率禪合分布和高的激光功率损伤阔值的中高功率用折射率负渐变型大忍径传能石英 光纤。
[0006] -般的,渗杂剂会改变石英玻璃的相对折射率。错(Ge)、憐(P)等渗杂剂可W使得 渗杂后的石英玻璃的相对折射率增加,我们称之为"正渗杂剂",而氣(F)、棚(B)等渗杂剂 可W使得渗杂后的石英玻璃的相对折射率减少,我们称之为"负渗杂剂"。如果同时使用一 种"正渗杂剂"和一种"负渗杂剂"对石英玻璃进行渗杂,则渗杂后的石英玻璃的相对折射 率可W为正值、负值、或者为0。
[0007] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为: 一种折射率负渐变型大忍径传能石英光纤,所述光纤包含有纤忍、包层和涂覆层,纤 忍为负渐变型折射率分布、包层为均质折射率分布,所述的纤忍为渗错和氣石英玻璃层, 直径D1e(100μm,1000μm),该层为负渐变折射率分布,从包层边界向纤忍中屯、材料 的折射率值逐渐降低,纤忍的中屯、最低点相对于纤忍最外层边界的相对折射率差A1e (-0. 5%,-0. 1%);纤忍最外层边界的折射率值nle(1. 454,1. 459);所述的石英包层为渗氣 石英玻璃层,均质折射率分布,其直径D2e(110μm,1400μm),包层相对于纤忍最外层边 界的相对折射率差A2e(-1. 4%,-0. 6%)。
[0008] 按上述方案,所述的包层直径与纤忍直径的比值D2/D1e(1. 1,1. 4)。
[0009] 按上述方案,所述的光纤涂覆层为渗杂丙締酸树脂材料。
[0010] 本发明的有益效果在于: 1. 渗错和氣石英玻璃忍的纤忍材料,具有较高的粘度匹配,降低纤忍内的应力和纤忍 /内包层界面的应力,负渐变折射率分布的设计与激光光斑104高斯分布正好相反,对高斯 分布的激光能量起平均,能够将中屯、聚集的激光能量向纤忍外围分散,从而降低纤忍中屯、 聚集的激光能量密度,使得中高功率的激光能量均匀平坦禪合分布在光纤的纤忍中,提高 了光纤与激光光斑禪合时的禪合效率; 2. 负渐变折射率分布的石英玻璃纤忍,当激光在光纤中传播时,激光能量的传播常数 将会随着负渐变折射率的分布结果而逐渐变化调整,W保证中高功率激光能量在光纤纤忍 中均匀稳定传输,提高光纤传输效率和稳定性。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明一种折射率负渐变型大忍径传能石英光纤的结构简图。
[0012] 图2为本发明一种折射率负渐变型大忍径传能石英光纤的光纤折射率分布图。 [001引其中: 纤忍101、包层102、涂覆层103。
[0014] 本发明的具体实施例如下: 实施例: 图1~2,本发明设及的一种折射率负渐变型大忍径传能石英光纤,所述光纤包含有包裹 于包层102中屯、的纤忍101,纤忍101的直径D1e(100μm,1000μm),纤忍101中屯、最低点 相对于纤忍101最外层边界的相对折射率差Δ1e(-〇. 5%,-〇. 1%);纤忍101最外层边界 的折射率值nle(1.454,1.459);包层 102 的直径D2e(110μm,1400μm),包层 102 相 对于纤忍101最外层边界的相对折射率差A2e(-1. 4%,-0. 6%);应用时还在包层102外 涂覆上内涂覆层103。
[0015] 下面结合具体实验数据对本专利的折射率负渐变型大忍径传能石英光纤进行说 明: 表1 :
表1为7根不同几何尺寸结构的本发明折射率负渐变型大忍径传能石英光纤,光纤的 几何结构和纤忍直径、纤忍折射率差、内包层直径、内包层折射率差大小不同,实验表明,按 照本发明的技术方案所制造的光纤,具有良好的激光光斑禪合性能和激光能量长距离传输 性能,具体的为:激光能量经光纤1虹1传输之后,传输效率仍能保持在97%W上;光纤可W 禪合传输的激光能量达到600W的中高功率激光;光纤具有良好的稳定性,在长距离传输 长期工作条件下,光纤输入输出的连接头溫度可W保持在38ΓW下,传输效率稳定,运种性 能的大忍径石英光纤能够满足长距离中高功率激光传输的应用。
[0016] 由上述实验可知,本发明采用折射率负渐变型结构设计,平坦了激光能量禪合进 光纤纤忍之后的功率分布,提高了激光能量在光纤纤忍的传输均匀性,降低了激光能量聚 集导致光纤纤忍损伤的几率,延长了激光能量在光纤中传输的距离;折射率负渐变型结构 能够配合激光高斯光束传播常数的变化要求,扩展了激光能量在光纤纤忍的传输截面;采 用运种设计能够增强大忍径石英光纤激光传输的传输有效距离和均匀性。
[0017] 另外:需要注意的是,上述【具体实施方式】仅为本专利的一个优化方案,本领域的技 术人员根据上述构思所做的任何改动或改进,均在本专利的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,所述光纤包含有包裹于包层(102)中心 的纤芯(101 ),其特征在于:该纤芯(101)的折射率为负渐变结构设计,即纤芯(101)由外缘 向中心折射率逐渐降低。2. 如权利要求1所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征在于:上述纤 芯(101)内掺杂有锗和氟元素,且掺杂浓度由外缘向中心折射率逐渐降低,从而使得其折射 率依次减少。3. 如权利要求1所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征在于:所述纤 芯(101)的直径D1e(1〇〇μm,1000μm)。4. 如权利要求1、2或3所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征在于: 所述包层(102)为均质掺氟石英材料,其直径D2e(110μm,1400μm)。5. 如权利要求1、2或3所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征 在于:纤芯(101)中心最低点相对于纤芯(101)最外层边界的相对折射率差Δ1e (-0.5%,-0. 1%),纤芯(101)最外层边界的折射率值nle(1.454,1.459),包层(102)相对 于纤芯(101)最外层边界的相对折射率差Δ2e(-1. 4%,-0. 6%)。6. 如权利要求1、2或3所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征在于: 所述包层(102)直径D2与纤芯(101)直径D1的比值:D2/D1e(1. 1,1.4)。7. 如权利要求1、2或3所述一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,其特征在于: 所述包层(102)外涂覆有内涂覆层(103)。
【专利摘要】本发明一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,所述光纤包含有包裹于包层(102)中心的纤芯(101),所述纤芯(101)的折射率分布结构为由外缘向中心折射率逐渐降低,纤芯(101)中心最低点相对于纤芯(101)最外层边界的相对折射率差Δ1∈(-0.5%,-0.1%),所述纤芯(101)的直径D1∈(100μm,1000μm);纤芯(101)最外层边界的折射率值n1∈(1.454,1.459);所述包层(102)为掺氟均质石英材料,其直径D2∈(110μm,1400μm),包层(102)相对于纤芯(101)最外层边界的相对折射率差Δ2∈(-1.4%,-0.6%)。本发明涉及一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤,能增强大芯径石英光纤激光传输的传输有效距离和均匀性。
【IPC分类】G02B6/028
【公开号】CN105278033
【申请号】CN201510758870
【发明人】赵霞, 苏武, 周震华, 冯术娟, 黄本华, 候树虎, 赵轩, 徐律
【申请人】江苏法尔胜光电科技有限公司, 江苏法尔胜泓昇集团有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月10日
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