一种滤波环结构大芯径传能石英光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种大巧径传能石英光纤，尤其是设及一种具有滤波环结构的 大巧径传能石英光纤，该大巧径传能石英光纤具有较高的光纤端面激光禪合效率和良好 的传输效率，属于光纤激光技术领域。
【背景技术】
[0002] 大巧径多模传能光纤可W在S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。相对于纤巧直径 不大于IOym的单模光纤而言，纤巧直径大于80ym的大巧径石英光纤是用于传输中高 功率能量的良好材料。大巧径石英光纤具有较大的数值孔径、较大的纤巧直径，非常有利于 能量光的禪合及传输；
[0003] 纯娃巧的材料结构使得光纤具有较高的能量损伤阔值，在中国专利 201010606651.7中，描述了一种用于照明传能的大巧径石英光纤，该光纤纤巧直径在 400ym左右，采用纯石英玻璃巧层材料结构；在该专利中，没有说明该实用新型光纤如何 能够减少高斯型激光光斑与光纤巧层禪合时的光功率泄露。
[0004] 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 氣石英巧层大巧径石英传能光纤；该专利中，同样没有考虑巧层折射率的正渗杂控制与光 纤纤巧禪合损失的因素。
[0005] 在中国专利201310435892. 3中，描述了一种巧层渗错并且具有渐变折射率剖面 的大巧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； 但采用渐变折射率巧层设计，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 会聚到光纤巧层的中屯、区域，造成传输的失真。
[0006] 综上所述，目前市面上常规的大巧径传能石英光纤在传输过程中无法解决光斑的 聚焦作用W及因此造成的传输失真问题。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种具有较高的光纤端面激光禪合效 率和良好的传输效率的滤波环结构大巧径传能石英光纤。
[0008] 本实用新型的目的是该样实现的：
[0009] -种滤波环结构大巧径传能石英光纤，所述光纤包含有位于中屯、的巧层，所述巧 层外依次包裹有内包层、滤波环层、外包层和涂覆层；且外包层的折射率 <内包层的折射率 <滤波环层的折射率小于巧层的折射率。
[0010] 本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，上述巧层与纯石英材料的相对 折射率差A1G(-0. 1%，0. 5%);
[0011] 上述内包层与纯石英材料的相对折射率差A2G(-1. 2%，-0. 9%);
[0012] 上述滤波环层与纯石英材料的相对折射率差A3G(-0. 6%，-0. 2%);
[0013] 上述外包层与纯石英材料的相对折射率差A4G(-1. 4%，-1. 0%)。
[0014] 本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，所述巧层为渗错和氣玻璃层， 所述内包层为渗氣玻璃层，所述滤波环层为渗错和氣玻璃层，所述外包层为渗棚和氣玻璃 层。
[0015] 本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，所述巧层的直径DlG(80um， lOOOum)，所述内包层的直径D2G(88um，llOOum)，所述滤波环层的直径D3G(lOOum， 1400um)，所述外包层的直径D4G(125um，1500um)。
[0016] 本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，内包层直径与巧层直径的比值 D2/D1G(1.05,1.1)，滤波环层直径与巧层直径的比值D3/D1G(1.2,1.4)，外包层直径 与巧层直径的比值D4/D1G(1.3,1.5)。
[0017] 本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，所述涂覆层为渗杂丙締酸树脂 材料。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0019] 1、渗错和氣玻璃巧的巧层材料，具有较高的粘度匹配，降低巧层内的应力和巧层/ 内包层界面的应力，阶梯型折射率分布有利于巧层激光能量的均匀散布，提高石英光纤的 激光能量损伤阔值，适合于较高功率的激光能量的传输；2、深渗氣的内包层，使得光纤具有 较高的数值孔径，有利于激光能量的禪合W及传输；3、渗错和氣的滤波环层，其折射率较 高，该样，匹配激光光斑能量高斯分布，使得激光光斑与光纤巧层禪合过程中泄露的部分高 斯光能量被滤波环层高效率地收集，防止泄露的激光能量再往外扩散，造成涂覆层的高温 损伤；4、外包层通过渗棚和氣，其折射率得到再次降低，该样，将对内层已经很低几率可能 泄露出来的激光能量进行强约束，更加有利于将激光能量约束在内层部分传输，阻止功率 在传输过程中向涂覆层的泄漏。
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤的结构示意图。
[0021] 图2为本实用新型一种滤波环结构大巧径传能石英光纤的光纤波导结构示意图 和激光高斯光束包络示意图。
[0022] 其中；
[0023] 巧层101、内包层102、滤波环层103、外包层104、涂覆层105、高斯分布106。
【具体实施方式】
[0024] 参见图1和图2,本实用新型设及的一种滤波环结构大巧径传能石英光纤，所述光 纤包含有位于中屯、的巧层101，所述巧层101外依次包裹有内包层102、滤波环层103、外包 层104和涂覆层105 ;且外包层104的折射率< 内包层102的折射率<滤波环层103的折 射率小于巧层101的折射率；
[00巧]上述巧层101与纯石英材料的相对折射率差A1G(-0. 1%，0. 5%);
[0026] 上述内包层102与纯石英材料的相对折射率差A2G(-1. 2%，-0. 9%);
[0027] 上述滤波环层103与纯石英材料的相对折射率差A3G(-0. 6%，-0. 2%);
[0028] 上述外包层104与纯石英材料的相对折射率差A4G(-1. 4%，-I. 0%);
[0029] 具体的讲，渗杂剂会改变石英玻璃的相对折射率；如错（Ge)、氯（Cl)、磯（P)等渗 杂剂可W使得渗杂后的石英玻璃的相对折射率为正值，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为负值，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为正值或者负值，或者为0 ;因此，所述巧层101为渗错和氣玻璃层， 所述内包层102为渗氣玻璃层，所述滤波环层103为渗错和氣玻璃层，所述外包层104为渗 棚和氣玻璃层；渗错和氣的滤波环层103,其折射率较高，从而可W匹配激光光斑能量高斯 分布106,使得激光光斑与光纤巧层禪合过程中泄露的部分高斯光能量被滤波环层高效率 地收集，防止泄露的激光能量再往外扩散，造成涂覆层的高温损伤；
[0030] 并且，对于其具体尺寸，所述巧层101的直径DlG(80um，lOOOum)，所述内包层 102的直径D2G(88um，llOOum)，所述滤波环层103的直径D3G(lOOum，1400um)，所述外 包层104的直径D4G(125um，1500um);尤其需要注意的是；各层之间的直径关系需要满 足；内包层102直径与巧层101直径的比值D2/D1G(1.05,1. 1)，滤波环层103直径与巧 层101直径的比值D3/D1G(1.2,1.4)，外包层104直径与巧层101直径的比值D4/D1G (1. 3，1. 5);
[0031] 同时，所述涂覆层105为渗杂丙締酸树脂材料；
[0032] 本实用新型设及一种滤波环结构大巧径传能石英光纤的制作方法，其制作方法 为：首选通过PCVD工艺、MCVD工艺、OVD工艺或VAD工艺制造巧椿；然后通过等离子体 外喷工艺、套管工艺或OVD工艺完成整个预制椿的制造；随后进行拉丝工艺，并在拉丝过 程中涂覆丙締酸树脂材料构成涂覆层；最后通过紫外固定进行固化，并利用NR-9200设备 (EXFO)对光纤折射率剖面进行检测；
[0033] 下表1为^；：例具体实施例：
[0034] 表 1 ;
[00巧]
[0036] 表1为本实用新型走根不同几何尺寸结构的滤波环结构大巧径传能石英光纤，并 对其折射率进行检测，通过实验表明，按照本实用新型的技术方案所制造的光纤，具有良 好的激光传输性能；光纤具有较高的禪合效率和传输效率，光纤传输效率可W达到96%W 上；光纤可W传输达到700W的中高功率激光；光纤具有良好的稳定性，在长期工作条件 下，光纤跳线的连接头温度可W保持在40°CW下，传输效率稳定，该种性能的大巧径石英光 纤能够满足中高功率激光传输的应用；
[0037] 由上述实验可知，本实用新型采用滤波环结构设计，减少了激光器输出高斯光斑 与大巧径石英光纤巧层端面的禪合激光损失，提高了激光与光纤巧层的禪合效率；滤波环 还能够将禪合溢出的高斯光斑的高阶模式激光能量进一步约束，减少了激光能量扩散到外 包层的几率；采用该种设计能够降低激光传输高阶激光能量溢出的比率，增强大巧径石英 光纤激光传输的稳定性；
[0038] 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. 一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，所述光纤包含有位于中心的芯层（101)，其 特征在于：所述芯层（101)外依次包裹有内包层（102)、滤波环层（103)、外包层（104)和涂 覆层（105);且外包层（104)的折射率< 内包层（102)的折射率<滤波环层（103)的折射率 小于芯层（101)的折射率。2. 如权利要求1所述一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，其特征在于：上述芯层 (101)与纯石英材料的相对折射率差A I G (-〇. 1%，〇. 5%); 上述内包层（102)与纯石英材料的相对折射率差A 2 G (-1. 2%，-0. 9%); 上述滤波环层（103)与纯石英材料的相对折射率差A 3 G (-〇. 6%，-0. 2%); 上述外包层（104)与纯石英材料的相对折射率差A4 G (-1. 4%，-1. 0%)。3. 如权利要求1所述一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，其特征在于：所述芯层 (101)的直径 Dl G (80um，1000um)，所述内包层（102)的直径 D2 G (88um，1100um)，所述 滤波环层（103)的直径03￡(10011111，140011111)，所述外包层（104)的直径04￡(12511111， 1500um)〇4. 如权利要求3所述一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，其特征在于：内包层（102) 直径与芯层（101)直径的比值D2/D1 G (1.05,1. 1)，滤波环层（103)直径与芯层（101)直 径的比值D3/D1 G (1. 2,1.4)，外包层（104)直径与芯层（101)直径的比值D4/D1 G (1. 3， 1. 5)〇
【专利摘要】本实用新型涉及一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，所述光纤包含有位于中心的芯层（101），所述芯层（101）外依次包裹有内包层（102）、滤波环层（103）、外包层（104）和涂覆层（105）；且外包层（104）的折射率＜内包层（102）的折射率＜滤波环层（103）的折射率小于芯层（101）的折射率。本实用新型一种滤波环结构大芯径传能石英光纤，具有较高的光纤端面激光耦合效率和良好的传输效率。
【IPC分类】G02B6/036
【公开号】CN204679679
【申请号】CN201520294353
【发明人】赵霞, 刘礼华, 周震华, 苏武, 冯术娟, 黄本华, 候树虎, 赵轩
【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】2015年9月30日
【申请日】2015年5月9日