[发明专利]点环状激光输出的光纤器件及其制备方法

权利要求书

1.一种点环状激光输出的光纤器件，包括输入光纤束和输出光纤，其特征在于由依次的输入光纤、输入光纤拉锥段和输出光纤构成，所述的输入光纤至少有两层波导结构，所述的输入光纤分为内层输入光纤束、外层输入光纤束、内低折射率套管和外低折射率套管，所述的内层输入光纤束的数量为1或3根，所述的外层输入光纤束的数量不低于6根，所述的内低折射率套管内光纤为内层光纤，位于内低折射率套管与外低折射率套管间光纤为外层输入光纤，所述的输入光纤束的输出端为拉锥端；所述的输出光纤的结构与所述的输入光纤束的拉锥端的结构相匹配并相连接。

2.根据权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件，其特征在于所述的内层输入光纤束的纤芯直径尺寸范围是20≤D1≤50un，包层直径尺寸范围是50≤D2≤200um；纤芯的数值孔径范围是0.06≤NA1≤0.1；所述的外层输入光纤束束的纤芯直径尺寸为20≤D5≤50un，包层直径尺寸为150≤D6≤250um；纤芯的数值孔径为0.06≤NA3≤0.1。

3.根据权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件，其特征在于所述的内层光纤束与外层光纤束所使用光纤的类型与尺寸选择可不同也可相同。

4.根据权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件，其特征在于所述的内低折射率套管，相对纯石英材料的数值孔径为0.12≤NA2≤0.22，内径170um～200um，外径201um～300um。

5.根据权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件，其特征在于所述的外低折射率套管，相对纯石英材料的数值孔径为0.12≤NA4≤0.22，内径760um～900um，外径901um～1500um，所述的外低折射率套管的数值孔径NA4大于等于内低折射率套管的数值孔径NA2，即NA4≥NA2。

6.根据权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件，其特征在于所述的输出光纤为多包层光纤且光纤至少有四波导结构，纤芯A的直径以D.A表示；范围是40um≤D.A≤100um；包层B的直径以D.B表示；包层B的厚度以d.B表示；d.B范围是10um≤d.B≤20um；包层C的直径以D.C表示；包层C厚度以d.C表示；d.C范围是50um≤d.C≤240um；包层D的直径以D.D表示；包层D厚度以d.D表示；d.D的范围是20um≤d.D≤40um；包层E的直径以D.E表示；包层E厚度以d.E表示；d.E的范围是30um≤d.E≤250um；

输出光纤各包层直径与各包层厚度的数值关系如下：

D.B＝D.A+2*d.B

D.C＝D.A+2*(d.B+d.C)

D.D＝D.A+2*(d.B+d.C+d.D)

D.D＝D.A+2*(d.B+d.C+d.D+d.E)；

所述的输出光纤整体使用纯石英和掺氟下陷层，所述的输出光纤包层B掺氟层与纤芯形成的数值孔径NA5小于等于输出光纤包层D与输出光纤包层B形成的数值孔径NA6即NA5≤NA6；包层B内圈掺氟层数值孔径0.08≤NA5≤0.22，包层D外圈的掺氟层数值孔径，0.20≤NA6≤0.46。

7.权利要求1所述的点环状激光输出的光纤器件的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)根据实际定输出光纤的尺寸对输入光纤束物料的尺寸进行设计，确定内层输入光纤束、内低折射率套管、外层输入光纤束、外低折射率套管的参数，包括数量、内径、外径、长度；截取一定长度的光纤若干根，剥除尾纤涂覆层一定长度，采用激光刻蚀、化学腐蚀或其他的物理方法的方式预先处理输入光纤，调整输入光纤束的包层的直径D2至设计范围，，或者直接使用通过拉丝塔制备的满足纤芯和包层直径参数的光纤；

2)将内层输入光纤束预处理后以密堆积的方式组合成束，水平穿入所述的内低折射率套管中，保持内低折射率套管的内光纤相对平行且无打结纠缠情况出现，生成组件1；

3)将外层输入光纤束与所述的组件1以密堆积的方式组合成束，组件1居于组束的几何中心，水平穿入所述的外低折射率套管中，保持外低折射率套管内的光纤之间，光纤与组件1之间相对平行无打结纠缠情况出现，生成组件2；

4)在满足绝热拉锥的前提下，将所述的组件2进行拉锥，控制拉锥后的组件2的尺寸满足入如下条件：

D3≤D.A＜D.B≤D4；D7≤D.C＜D.D≤D8≤D.E；

控制输入组件2的拉锥比控制在1～10(拉锥比＝拉锥前输入光纤束尺寸/拉锥后输入光纤束尺寸)；

5)将拉锥后的组件2从平锥区域切割开，与所述的输出光纤进行对应熔接；

令内层输入光纤束束的纤芯直径D1，包层直径D2；内低折射率套管的内径D3、外径D4；外层输入光纤束的纤芯直径D5、包层直径D6；外低折射率套管的内径D7、外径D8；输出光纤纤芯直径D.A，输出光纤包层的厚度分别为d.B、d.C、d.D、d.E，则

D3≤D.A＜D.B≤D4，通过控制内层输入光纤束的尺寸，使通过内层输入光纤束束的激光被输出光纤纤芯A全部接收，并实现点状光斑输出；

D7≤D.C＜D.D≤D8≤D.E；通过控制外层输入光纤束的尺寸，使通过外层输入光纤束的激光被输出光纤的包层C全部接收，并实现环状光斑输出。