[发明专利]一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤及制作方法

说明书

本发明公开了一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤，所述增益光纤由内到外依次包括纤芯、内包层、第三包层和涂覆层，所述内包层为石英包层，所述第三包层为掺氟石英包层，所述涂覆层为金属涂覆层。本发明在现有光纤激光器结构的设计框架下，对激光器中的关键器件高功率增益光纤开展改进的设计，优化了高功率增益光纤的纤芯半径、内包层半径、纤芯数值孔径、内包层吸收系数、光纤长度和使用中不弯曲盘绕的方式，改变了光纤涂覆层材料和涂覆方式，提升高功率窄线宽光纤激光器的受激布里渊阈值和模式不稳定阈值。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，用于提高高功率窄线宽光纤激光器中的受激布里渊阈值和模式不稳定阈值，提高激光器的光束质量，具体涉及一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤及制作方法。

背景技术

随着光纤激光器不断向更高功率发展，非线性效应和模式不稳定效应成为限制激光输出功率提升的两个越来越重要的因素。为了降低光纤中的非线性效应，需要增大光纤的芯径，但光纤芯径变大会导致抑制光纤的模式不稳定效果差；反之，减小光纤纤芯可以抑制模式不稳定效应，但会增强非线性效应。因此，结合高功率光纤激光器发展的功率要求，在现有光纤激光器整体工业设计框架下，对增益光纤开展新的设计及制作方法的研究，为高功率光纤激光器进一步发展奠定基础。

针对超大模场低数值孔径的光纤而言，光纤的芯径尺寸较大，最大能够实现100μm，纤芯数值孔径较低，最低能够低至0.008，且光纤采用掺氟石英包层结构，常规光纤中使用的涂料折射率低，导致光纤的热承受温度不够高，由于光纤的芯径较大，光纤中的热量较大，难以有效散出，光纤的模式不稳定阈值不够高，会导致光纤烧毁，或者模式不稳定。

发明内容

为解决上述问题，采用导热效果好的金属涂覆层将光纤中的热量迅速的导出，避免光纤烧毁，保证光纤的模式不稳定阈值高。本发明提供了一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤，其特征在于所述增益光纤由内到外依次包括纤芯、内包层、第三包层和涂覆层，所述内包层为石英包层，所述第三包层为掺氟石英包层，所述涂覆层为金属涂覆层。

进一步地，所述纤芯中掺杂稀土离子作为增益介质。

进一步地，所述纤芯直径取值为30-100μm，数值孔径NA取值为0.008-0.03；所述内包层横截面为正八边形或其他非圆形，直径取值为300-1000μm，吸收系数@915nm处为0.4-2dB/m；所述第三包层为圆形，厚度取值为20-100μm。

进一步地，所述涂覆层材料为金、银、铝、铜、锌低熔点合金材料中的一种，在光纤拉制过程中直接将合金材料融化涂覆在光纤表面上，涂覆层厚度取值为20-200μm。其中，铜铝合金中铜的含量4％铝的含量96％，银铝合金中银的含量95％铝的含量4％，铜锌合金中铜的含量65％锌的含量35％。

进一步地，所述增益光纤在搭建高功率窄线宽光纤激光器的使用中不弯曲，光纤长度取值为1-10m。

本发明提供了一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤的制作方法，包括以下步骤：

S1、按常规工艺拉制出由内到外依次包括纤芯、内包层、第三包层的裸光纤；

S2、对裸光纤进行预先加热处理，根据合金材料融化温度确定裸光纤预先加热温度为700℃-1000℃，保证裸光纤与合金材料融化温度差在±15℃范围内；

S3、在光纤拉制过程中直接将合金材料融化涂覆在裸光纤表面。

进一步地，所述步骤S2中，选用的合金材料涂料其熔融温度为700-1000℃。

进一步地，所述步骤S3中，具体实现方法为：