[发明专利]掺稀土多芯光纤、光纤预制棒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺稀土多芯光纤、光纤预制棒及其制备方法和应用，属于光学与激光光电子领域，该光纤的中间纤芯的相对折射率差Δ1在0.12％～0.17％，直径D1为10～20um；中间纤芯周围的其余纤芯的相对折射率差Δ2在0.07％～0.12％，直径D2为12～25um，各纤芯的芯间距相同，其大小L均为16～30um；光纤的内包层为正八边形，其边‑边距在250～400um；光纤的内涂层为低折射率聚合物，其相对折射率差Δ3为‑5％，光纤的外涂层为高折射率涂料，其相对折射率差Δ4为3.5％。本发明光纤对泵浦光具备较高的吸收并且转化为所需波段的信号光，同时获得很高的输出光功率而不产生非线性效应，并且具备优良的光束质量，可以为高功率光纤激光器提供新的途径。

技术领域

本发明属于光学与激光光电子领域，更具体地，涉及一种掺稀土多芯光纤、光纤预制棒及其制备方法和应用。

背景技术

光纤激光器因其高光束质量、高转换效率、良好的散热性能和易于集成等优点在近些年得到迅猛的发展，广泛应用于工业加工、生物医疗以及国防应用等领域，并且其输出功率逐步得到提高，已达到万瓦量级平均功率，但是高功率的激光输出会带来一系列问题，比如功率密度过高导致的非线性效应、光纤损伤以及光束质量劣化，而光纤作为光纤激光器中的关键部件，其包括作为增益介质的有源光纤和作为传输介质的无源光纤，其性能的改进直接关乎这些恶性效应的抑制，通过优化光纤的模场分布可以很大程度上改善非线性效应、规避功率密度过高引发的损伤并且获得良好的光束质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种掺稀土多芯光纤、光纤预制棒及其制备方法和应用，其通过在同一玻璃包层中增加掺稀土纤芯的个数来增加模场面积，提高非线性阈值，利于散热，从而提高输出功率，同时，通过将正中间纤芯区别于周围的其余纤芯，并且减小芯间距来增强各个纤芯之间的耦合强度，使得同相位超模得到最大增益，实现模式整形并最终获得近衍射极限的输出，即优异的光束质量，这为高功率光纤激光器的发展提供了新的途径。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多芯掺稀土光纤预制棒，其特征在于，包括：用于形成中间纤芯的预制棒、形成除中间纤芯外的其余纤芯的预制棒、形成包层的玻璃套管以及用于填充间隙的玻璃丝；

中间纤芯预制棒及其余各纤芯预制棒均由掺稀土的芯区和包层组成；

构成中间纤芯预制棒的纤芯相对折射率差为Δ1，直径为d₁，Δ1和d₁需要满足的关系为：

构成除中间纤芯预制棒之外的其余各纤芯预制棒的纤芯相对折射率差为Δ2，直径为d₂，Δ2和d₂需要满足的关系为：

各构成纤芯的预制棒的包层材料均为纯二氧化硅，包层均为六边形，并且边-边距均为l，其中，l和d₁、d₂之间需要满足的关系为：

中间纤芯预制棒及除中间纤芯外的其余纤芯预制棒均位于玻璃套管内部，所述玻璃套管的材料为纯二氧化硅，内径为ID，其中，ID的大小和围绕中间纤芯的周围纤芯的圈数N之间需要满足的关系为：ID＝(2N-1)×1.1l,N≥2；

所述玻璃套管的外径为八边形，其边-边距大小为OD，其中，OD和ID需要满足的关系为：

优选地，中间纤芯预制棒及除中间纤芯外的其余各纤芯预制棒对称地呈正六边形的排布在用于形成包层的玻璃套管内部。

优选地，由确定光纤预制棒的中间纤芯的相对折射率差Δ1，由确定除中间纤芯外的其余各纤芯的相对折射率差Δ2，其中，n₁为中间纤芯的折射率，n_Si为纯硅折射率，n₂为除中间芯外的其余纤芯的折射率。

按照本发明的另一方面，提供了一种掺稀土多芯光纤预制棒的制备方法，包括：