本发明涉及一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤,属于激光光束整形技术领域。
背景技术:
平顶光束是指在光束传输方向的横截面内光强均匀分布的光束,由于能量分布均匀的特点,在显示、全息、激光加工、激光医疗等领域中有着重要的应用。例如,在激光清洗中,为了得到高的清洗效率,降低基材损伤,这就要求激光束的光场分布为平顶型,平顶光束在激光强化应用中能得到更好的强化效果。由于激光光束的光强一般服从高斯分布,所以需要对高斯光束进行整形,以便得到均匀性好的平顶光束。获得平顶光束的方法有很多,用衍射光学原理设计的衍射光束整形器件能达到较好效果,但其制作工艺复杂,成本高,不利于进行产业化应用;采用几何光学原理设计的光束整形光学系统,存在尺寸大、安装困难、价格昂贵同时稳定性差等问题。
技术实现要素:
本发明解决的技术问题为:克服现有技术不足,提供一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤,本发明采用特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光,能够实现光强非均匀分布的高斯光束变为近似均匀分布的平顶光束。具有结构稳定、成本低、寿命长、便于与光学系统集成等优势。
本发明解决的技术方案为:一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤,包括:光纤纤芯(1)、包层(2)和涂覆层(3);所述光纤纤芯(1)材质为sio2;所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内,包层(2)材质为熔融硅;所述涂覆层(3)位于包层(2)外,涂覆层(3)材质为尼龙或丙烯酸树脂;所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)折射率。
所述光纤纤芯(1)材质为sio2。
所述光纤纤芯(1)纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形。
所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)的折射率,折射率差位于0.02~0.1之间。
所述矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离为20um~800um。
所述包层直径为100um~1700um.
所述光纤涂覆层直径为200um~2000um。
所述光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。
所述光纤纤芯(1)材质的sio2的折射率位于1.45-1.50之间。
所述包层(2)材质的熔融硅的折射率位于1.43-1.48之间。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光,具有结构简单,安装简便,不增加或改变激光应用设备结构,使用灵活,可与各种激光应用设备光学系统集成等优势。
(2)本发明所述特殊结构的光纤,与传统匀化整形方法相比,具有使用成本低,寿命长,光束匀化效果好等优势。
(3)本发明所述特殊结构的光纤,较其他匀化整形方法,具有制造工艺简单、制造周期短、合格率高、适合大规模生产等优势。
(4)本发明光纤纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形,以使高斯光束充分激发产生高阶模,各高阶模叠加后形成平顶光,达到光束匀化整形目的。
附图说明
图1为本发明光纤的结构示意图;
图2为采用本发明光纤匀化整形后效果图;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤,即一种基于特种光纤实现高斯光束整形为一维平顶光束的方法,属于激光光束整形技术领域。所述特种光纤纤芯材质为高折射率sio2,纤芯形状可为矩形、正方形、六角形或八角形,所述纤芯对角线距离为20um~800um;所述纤芯位于包层内,包层材质为低折射率的熔融硅,包层直径为100um~1600um;包层外为涂覆层,涂覆层材质为尼龙或丙烯酸树脂,涂覆层直径为200um~2000um。所述特种光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。可以将本发明光纤与光纤激光器输出光纤熔接,以实现高斯光束匀化整形为一维平顶光束,本发明所涉及的特种光纤匀化整形方法具有使用方便,成本低,整形效果好,与激光器输出光纤熔接方便,不增加额外机构等优点,所述光纤纤芯对角线距离为20um~800um,以满足不同种类激光器使用需求。
一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤,包括:光纤纤芯(1)、包层(2)和涂覆层(3);所述光纤纤芯(1)材质为sio2,所述光纤纤芯(1)材质的sio2的折射率位于1.45-1.50之间,光纤纤芯(1)纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形,矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离为20um~800um。所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内,包层(2)材质为熔融硅,包层(2)材质的熔融硅的折射率位于1.43-1.48之间,包层直径为100um~1700um;所述涂覆层(3)位于包层(2)外,涂覆层(3)材质为尼龙或丙烯酸树脂,光纤涂覆层直径为200um~2000um;所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)折射率,折射率差位于0.02~0.1之间,所述光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。
以下结合实施例以优选的纤芯边长为70um的正方形光纤为列,对本发明做进一步描述。
优选的实施例方案如下:
如图1所示,以纤芯(1)为正方形的光纤为列,正方形纤芯(1)边长与包层(2)直径之比范围优选0.3-0.6,包层(2)直径与涂覆层(3)直径之比范围优选0.45-0.8。正方形纤芯(1)材质采用高折射率sio2,折射率优选范围为1.45-1.50之间,包层(2)材质采用低折射率熔融硅,折射率范围为1.43-1.48之间。纤芯(1)折射率优选1.46,包层(2)折射率优选1.45,包层(2)直径优选190um,涂覆层(3)材质为丙烯酸树脂,涂覆层(3)直径优选400um。
采用实施例光纤与某100w脉冲光纤激光器输出光纤熔接,并对熔接前后光束质量进行了测试分析,若图2所示为采用本发明光纤匀化整形后效果图,熔接前100w脉冲光纤激光器光束质量m2因子小于2,采用特种光纤后,m2因子为13,本发明光纤匀化整形效果明显。
本发明光纤纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形,以使高斯光束充分激发产生高阶模,各高阶模叠加后形成平顶光,达到光束匀化整形目的,本发明特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光,具有结构简单,安装简便,不增加或改变激光应用设备结构,使用灵活,可与各种激光应用设备光学系统集成等优势。所述的本发明的光纤与传统匀化整形方法相比,具有使用成本低,寿命长,光束匀化效果好等优势,本发明的光纤,较其他匀化整形方法,具有制造工艺简单、制造周期短、合格率高、适合大规模生产等优势。