[发明专利]一种平顶光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体为一种大模场面积特性的平顶光纤。

背景技术

对激光束进行整形已是激光加工中不可缺少的一个环节，例如在激光焊接中，为了获得较好的焊接效果，通常需要使焊点受热均匀，这就要求激光束的光场分布为平顶型。获得平顶激光束的方法很多，其中一种方法是利用平顶光纤将入射激光束整形为具有平顶型光场分布的激光束。所谓平顶光纤，即经它输出的激光束具有平顶型的模场结构。众所周知，从普通光纤输出的激光束在光纤横截面上的光场是呈类高斯型分布。要获得平顶型的光场，就要采用特殊的光纤结构。普通光纤的导光原理为全光反射，其基本结构是：内层为纤芯区，外层为包层区，纤芯区的折射率比包层区的折射率稍大，以便把光约束在纤芯区并向前传输。由于普通光纤轴心附近的折射率较大，导致光纤输出端的激光光场在横向分布不均匀，呈高斯或近高斯型分布。

为了获得平顶光束，需要对光纤结构进行改进。一种结构稍比普通光纤复杂的光束整形光纤由卢兴强、周秦岭等人于2004年提出（光束整形光纤，申请号：200410024873.2）。这种光纤包括纤芯区和包层区，和普通光纤不同的是，其纤芯区和包层区都由两层组成。纤芯区包括内纤芯区和外纤芯区，外纤芯区填充高折射率材料，内纤芯区由低折射率材料形成，该纤芯区的形状与光纤输出光斑的形状一致。包层区由内包层区和外包层区组成，内包层区所用材料的折射率小于内纤芯区的折射率，外包层区由更低折射率的材料形成。该光束整形光纤能对导入的激光进行空间整形，获得光场中部平顶或中部凹陷的激光输出，可以应用到激光整形、均匀化、补偿激光器的增益塌边效应及设计具有特殊光场分布的光纤激光器等领域中。

传输高功率激光时，为了有效降低非线性效应对传输光束的影响，需要采用具有大模场面积的光纤。在高功率激光运用时，为了获得均匀稳定的激光输出，同样需要平顶型光束分布的光纤。具有大模场面积的平顶光纤技术急待开发。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提出一种具有大模场面积且能够实现平顶光束输出的新型光纤。

本发明的技术方案是：包括纤芯和包层，其特征在于：所述纤芯由基质材料和排布在规则网格中的高折射率介质柱组成，所述包层由基质材料(1)和低折射率孔组成；所述高折射率介质柱的折射率n_h大于基质材料(1)的折射率n_b，所述低折射率孔的折射率n_l小于基质材料的折射率n_b，所述纤芯中最外一层的高折射率介质柱直径d_m大于内层的高折射率介质柱直径d_h，所述低折射率孔的直径d_l大于最外一层的高折射率介质柱直径d_m。

作为本发明的进一步改进，所述高折射率介质柱的周期Λ的取值范围为：3~8μm；所述高折射率介质柱的周期Λ、最外一层的高折射率介质柱直径d_m和内层的高折射率介质柱直径d_h之间的关系为：d_m/Λ=0.3~0.8，d_h/Λ=0.1~0.4，且有d_m- d_h≥0.05Λ；所述高折射率介质柱与基质材料的折射率差关系为：n_h-n_b=0.001~0.003。

所述低折射率孔为空气孔或由掺杂的石英材料组成；所述低折射率孔的直径d_l的取值范围为：10~40μm。

本发明的技术效果：采用不同尺寸的高折射率介质柱形成平顶光束所需的折射率分布，解决了采用普通光纤结构时，纤芯的折射率分布变化过小而无法实际制作的技术障碍。采用低折射率孔束缚光，并使光束具有陡直的光场分布。可以将本发明光纤运用于光纤激光器输出端，以实现大模场的平顶光束输出。

附图说明

图1 一种普通圆对称平顶光纤的径向折射率分布示意图；

图2 为图1所示结构的模场分布图；

图3 为一种本发明光纤的横截面结构示意图；

图4本发明光纤的模场分布图；

其中，1为基质材料，2为高折射率介质柱，3为低折射率孔。

具体实施方式