[发明专利]实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法

说明书

本发明涉及激光光束整形技术，旨在提供一种实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法，包括一根主信号光纤和至少一根侧泵信号光纤，主信号光纤由内而外具有三层结构，分别为纤芯、内包层和外包层，折射率分布为：纤芯n3<外包层n1<内包层n2，所述侧泵信号光纤为至少有两层波导结构大模场双包层光纤，所述侧泵信号光纤的一端与主信号光纤融合。通过控制侧泵信号光纤的融合角度及融合长度，将光路限制在内包层内并沿包层环形传播，从而在主信号光纤中实现环形模式光斑的输出。

技术领域

本发明涉及激光光束整形技术领域，尤其涉及一种实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法。

背景技术

光纤激光器目前被誉为第三代激光器，相对CO₂或YAG激光器，光纤激光器具有光电转换效率高、结构简单、易于维护、光束质量好等优点，目前已成为激光技术发展的主流方向和激光应用的主力军，在激光打标、激光切割、医疗设备、激光光纤通讯等方面均有应用。为在不同应用条件下充分实现光纤激光器的优势，在特定条件下需要将输出光斑进行整形，将输出光斑整形为平顶光斑、环形光斑等特定形状，从而满足不同应用需求。

针对激光环形光斑的研究日益增多，应用广泛。在宏观机械切割方面，环形光斑已经表现出了明显优势，尤其在切割厚板时获得的断面质量明显优于平顶光斑；环形光斑用于激光熔覆，低功率下获得的合金熔覆层无孔洞、无裂纹且合金层分布均匀；激光内雕机，利用输出环形光斑的激光器，配合三维电机控制平台，可以在玻璃上打出任意三维内雕图形，与高斯光斑打出长锥形区别相比，环形光斑在应用过程中出现球差要小的多，在玻璃内打出的点直径小且为圆球形，美观度得到大大提升。随着应用范围的增大，如何获得稳定、高光束质量的环形光斑尤为重要。

目前实验上实现光束环形光斑的可以分为腔外变换及腔内变换。腔外变换目前为主要获取方式，如几何光学法、横模选择法、光学全息法等，腔外变换的最大的劣势是空间整形，结构较复杂，需要增加额外器件，且对光路要求高；腔内变换偏少，有通过在腔内增加特殊膜片或小孔，使输出光斑直接为环形，该方法激光器功率偏低，不适用于高功率光纤激光器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧泵信号合束器及其制备方法，通过直接将信号光通过侧泵入主信号光纤方式，实现腔内对输出光束进行环形光整形。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种实现环形光束的侧泵信号合束器，包括一根主信号光纤和至少一根侧泵信号光纤，主信号光纤由内而外具有三层结构，分别为纤芯、内包层和外包层，折射率分布为：纤芯n3<外包层n1<内包层n2，所述侧泵信号光纤为至少有两层波导结构大模场双包层光纤，所述侧泵信号光纤的一端与主信号光纤融合。

侧泵信号光纤的融合角度为20′～50′，融合长度为20um～1000um。

在另一优选例中，所述侧泵信号光纤的融合角度为20′-30′，融合长度为100um～500um。

所述主信号光纤的纤芯直径为10um～150um；内包层直径为30um～400um，外包层直径为100um～1000um。

在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为15um～100um；内包层直径为50um～300um，外包层直径为150um～800um。

在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为20um～100um；内包层直径为70um～150um，外包层直径为300um～600um。

在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为20um，内包层直径为70um，外包层直径为360um。

所述侧泵信号光纤的纤芯直径为10～1000um，包层直径为125～1100um。

在另一优选例中，所述侧泵信号光纤的纤芯直径为10～200um，包层直径为200～500um。