[发明专利]一种径向掺杂浓度渐变的激光光纤及其制备方法

说明书

本发明提供了一种径向掺杂浓度渐变的激光光纤及其制备方法，该激光光纤包括纤芯和包层，所述纤芯的折射率为均匀正渐变结构设计，所述纤芯包括同轴设置的中心部和渐变部，所述中心部的折射率保持不变，所述渐变部内侧的折射率与所述中心部相同，所述渐变部的折射率从内向外均匀降低，所述中心部的半径为0μm～40μm，所述渐变部的半径为50μm～10μm。本发明通过将纤芯分为折射率不变的中心部和折射率均匀变化的渐变部，使纤芯的折射率剖面图类似于梯形或三角形，能够在不牺牲转换效率的条件下提高光束质量。同时，相较于现有技术中折射率按曲线变化的结构，制造工艺更为简单。

技术领域

本发明涉及光纤激光器的增益光纤技术，尤其涉及一种径向掺杂浓度渐变的激光光纤及其制备方法。

背景技术

掺杂稀土离子的激光光纤由于具有光束质量好、体积小、速度快、工作寿命长等优点，已经广泛运用于激光焊接、生物医疗等众多领域。随着光纤激光器在各行业的广泛应用，各国对激光产品的光束质量提出了更多的要求，激光光纤的折射率剖面结构是提高激光光束质量的关键因素之一。其中，激光光纤中稀土离子的分布状态、浓度大小等对光纤和激光器的整体性能都有较大的影响。

这种双包层有源光纤在较小的纤芯尺寸(通常纤细为10um或20um)时光束质量十分优异，但是当纤芯尺寸超过25um，或者更大时光束质量严重下降，在高功率领域激光的光束质量更加难以控制。现有常规双包层掺稀土光纤中，纤芯的稀土离子均匀掺杂，由于基模的光强分布解决高斯分布，以及基模占优势引起的中心区域增益饱和效应，使得高阶模在放大，导致光束质量恶化，降低光纤性能。

现有技术中，主要存在渐变型折射率分布和阶跃型折射率分布两种方式，阶跃折射率分布类型的光纤能够易于产生单模输出，但模场面积有限，不能用于产生很高的功率；渐变折射率分布类型的光纤有较大的模场面积，但不易于产生单模输出。此外，渐变折射率分布的光纤制备工艺较为复杂，如专利CN201210108838.3所述，需要不停按照折射率曲线计算并改变相邻沉积层的化学组成，以形成不同折射率和层厚的沉积层，从而形成″准渐变″结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光束质量更好、制备工艺更为简单的径向掺杂浓度渐变的激光光纤。

本发明的另一目的在于提供一种上述激光光纤的制备方法。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种径向掺杂浓度渐变的激光光纤，包括纤芯和包层，所述纤芯的折射率为均匀正渐变结构设计，所述纤芯包括同轴设置的中心部和渐变部，所述中心部的折射率保持不变，所述渐变部内侧的折射率与所述中心部相同，所述渐变部的折射率从内向外均匀降低，所述中心部的半径为0μm～40μm，所述渐变部的半径为50μm～10μm。

在一实施例中，该激光光纤的所述中心部与所述渐变部最外侧的折射率差为0.0001～0.0005。

在一实施例中，该激光光纤的所述中心部相对于所述包层的折射率差为0.0010～0.0015。

在一实施例中，该激光光纤的所述中心部的半径为0μm，所述渐变部的半径为50μm。

在一实施例中，该激光光纤的所述中心部的半径为40μm，所述渐变部的半径为10μm。

在一实施例中，该激光光纤的所述包层截面为正多边形。

在一实施例中，该激光光纤的所述包层截面为正八边形。

在一实施例中，该激光光纤的所述包层外还依次设置有低折射率内涂覆层和高折射率外涂覆层。