本实用新型属于晶体材料制备装置技术领域，涉及一种高功率光纤激光器光纤制备用微下拉炉装置。
背景技术：
石英光纤在光通讯方面做出了卓越贡献，也有人想用它做高功率激光器以解决目前高功率激光器面临的热效应的问题，热效应会导致热退偏、热致衍射损耗等问题，严重影响激光器的输出功率、转换效率以及光束质量等主要性能指标，严重时甚至引起增益介质的损坏，是高功率激光器性能的最主要限制因素。为缓解热效应带来的影响，相关领域的技术人员通过采用板条、DISK和光纤等形式的增益介质，增加增益介质的表面积体积比，大幅提高散热效率，从而极大地推进了激光器的功率输出能力。与板条和DISK激光器相比，光纤激光器具有如下几方面的优势：其泵浦结构较为简单；光纤本身的结构对于模式的限制作用使之在光束质量方面也存在明显优势；能够采用光纤耦合输出，应用环境适应性很好；基于这些优点，光纤激光器已成为高功率激光器的主要发展方向之一。然而，高功率光纤激光器发展的一个明显障碍在于，目前广泛用作有源光纤基质的石英玻璃导热系数很小，仅为1.4-1.6W m-1K-1，小导热系数对散热带来巨大的不利影响，因此光纤激光器高功率运转时仍然对于制冷有较高的要求，也限制了其功率的继续提升。对于单晶激光增益介质而言，常用的激光晶体钇铝石榴石(YAG)晶体导热系数～14Wm-1K-1，铝酸钇(YAP)晶体的导热系数也超过～11Wm-1K-1，高于石英玻璃数倍；因此，可考虑采用单晶作为有源光纤的基质，利用其高导热系数改善光纤本身的散热性能，降低系统对于制冷的要求，简化系统的复杂性，提升激光器的功率和光束质量等输出性能指标。目前已经有成熟的技术来生长单晶光纤，包括导模法、微下拉法、激光基座加热法等，可生长的单晶光纤直径最小20μm，弗吉尼亚理工大学用浓硫酸和浓磷酸腐蚀光纤，得到了直径为800nm的蓝宝石光纤。
然而，几乎所用的光纤都需要包层，不仅仅只为了将光束限制在光纤内部，也是为了将光纤和周围环境隔开以保持光纤的完整性，包层也可以用来增加光纤的强度，对于石英光纤，做光纤包层是通过将石英管和石英纤芯套在一起制成预制棒，在光纤拉丝塔里共拉成型的，因为石英加热到软化以后有一个介于固态和液态之间的软化态存在，已掺入纤芯中的掺杂剂不会扩散，保持原预制棒中的折射率分布，而对于晶体光纤，由于晶体熔化以后呈液态，可以自由扩散，这样芯棒中掺杂的离子就有可能扩散到管棒中去，管棒作为光纤包层不允许存在掺杂离子，所以，用制作石英包层的方法制作晶体包层不可取。国内外单位都在尝试溶胶凝胶制作晶体光纤包层，并没有取得实质性的进展，因为溶胶凝胶的效率实在太低，10次溶胶凝胶以后才制得5μm厚度的包层，离最终可用的厚度200-300μm相距甚远，并且通过溶胶凝胶制得的包层很容易开裂。目前国内外并没有成熟的晶体光纤包晶体包层的工艺报道，有报道采用晶体芯，石英包层的，是将晶体芯包在石英管里用共拉激光基座加热法制得，并获得了良好的光束质量，但对激光功率的放大没有多大作用，美国US Army Research Laboratory和ONYX Optics公司转而开始研究平面导波--- 即将芯棒和包层横截面做成了方形，芯和包层之间用热键合的方式紧密贴合，真正做到了全晶体光纤，但这种热键合的工艺合格率并不高。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够获得晶体芯和晶体包层的无缝连接，获得均匀的折射率分布的高功率光纤激光器光纤制备用微下拉炉装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高功率光纤激光器光纤制备用微下拉炉装置，其特征在于，包括炉体侧壁设置的保温层(1)、保温层(1) 外设置的感应线圈(2)，设置在炉体底部的石英支撑柱(8)，内部设有籽晶杆(9)，氧化锆底座(7)上方设有加热器(4)；待处理的预制棒(3)穿过加热器(4)插入籽晶杆(9)内。
所述的氧化锆底座(7)和保温层(1)相同高度位置处设置有观察窗口(5)。
所述的氧化锆底座(7)上设有观察孔(5)，该观察孔(5)的截面为圆形或半圆形或方形。
所述的观察孔(5)位于氧化锆底座(7)上部，加热器(4)下方。观察孔(5) 的直径为6-8mm，或宽度为6-8mm，用以监控光纤在套管中生长情况，以及时调整加热的功率。
所述的加热器(4)为直径10-16mm，高度3-5mm的圆环。
所述的加热器(4)材料为铱金或铂金。
所述的预制棒为晶体光纤插入微孔晶体或晶体套管中组成。
所述的感应线圈的感应电源频率为10-20khz。
所述的籽晶杆(9)内部可以装直径3-8mm的圆棒，孔深10-30mm。
使用时，加热器的温度控制在晶体光纤的熔点温度，这样中心的晶体光纤其部分熔化；熔化以后晶体光纤和微孔晶体或晶体套管一起向下运动，速度为 3-20mm/h，以未熔化的晶体光纤作为籽晶，熔化了的晶体光纤在未熔的籽晶上面结晶，形成与籽晶同晶向的晶体光纤，填满整个微孔晶体或晶体套管，从而实现了新生长出的晶体光纤和包层之间的无缝衔接，实现了光纤和包层(微孔晶体或晶体套管)之间的截面的连续性。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种获得全晶体光纤的装置，能够获得晶体芯和晶体包层的无缝连接，获得均匀的折射率分布，从而有可能获得高功率的晶体光纤激光器。
附图说明
图1为本实用新型在微下拉炉内生长过程示意图；
图2为最终得到的光纤的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1
一种高功率光纤激光器光纤制备用微下拉炉装置采用了如图1所示微下拉炉装置，包括炉体侧壁设置的保温层1、保温层1外设置的感应线圈2，设置在炉体底部的石英支撑柱8，石英支撑柱8上设置氧化锆底座7，氧化锆底座7上方设有加热器4，炉体内部设有籽晶杆9，籽晶杆9位于石英支撑柱8内部，并置于炉体底部，晶体光纤塞入微孔晶体中形成预制棒3穿过加热器4，插入籽晶杆9内。并在氧化锆底座7和保温层1相同高度位置处设置观察窗口6。所述的氧化锆底座7 上设有观察孔5，该观察孔5的截面为半圆形。观察孔5位于氧化锆底座7上部，靠近加热器4。半圆形观察孔5的直径为6-8mm，用以监控光纤在套管中生长情况，以及时调整加热的功率。
所述的加热器4为直径10-16mm，高度3-5mm的圆环。加热器4材料为铱金或铂金。所述的预制棒3为晶体光纤插入微孔晶体或晶体套管中组成。所述感应线圈2的感应电源频率为10-20khz。所述的籽晶杆9内部可以装直径3-8mm的圆棒，孔深10-30mm。
采用上述装置制作全晶体光纤及包层的具体步骤如下：
1、先用微下拉法生长直径0.3-1mm长度60-180mm的GGG晶体光纤，再用专利号201410765560.6提到的微孔晶体生长方法得到直径0.32-1.02mm长度 180mm以上的YAG微孔晶体，将微孔晶体加工外圆得到圆管套棒，最后将生长的晶体光纤塞入微孔晶体中形成预制棒3；
2、将第一步获得的光纤预制棒3放入图1所示的微下拉炉中固定在籽晶杆9 上，依次安装好石英支撑柱8、氧化锆底座7、加热器4、保温层1、氧化锆底座7 的孔和保温层1的视孔对正，并正对炉体的观察窗口6，以便于观察长晶情况；
3、安装热场完毕后关炉门抽真空到10Pa以内，充入氩气到1.1个大气压，开始加热直到能看到GGG开始熔化，由于晶体光纤GGG熔点1800℃，外层的微孔晶体YAG熔点1950℃，加热时控制好温度使GGG熔化而不熔化外层的YAG，此后开始以3-10mm的速度向下拉，熔化了的GGG开始在YAG孔内生长，由于重力和毛细管的作用熔体会填满整个空隙，并且GGG和YAG同是立方石榴石结构，不存在方向性的问题，它们之间也是会有表面张力的存在而吸引在一起，形成一个整体的结构，最终得到图2所示的光纤-包层结构：纤芯21包裹在包层22内，形成两者之间无缝隙的全晶体光纤，该全晶体光纤的折射率GGG为1.915，包层YAG 折射率为1.788，将该全晶体光纤制成激光器功率为50kw以上。