[发明专利]一种反高斯型传能光纤及其应用

说明书

本发明公开了一种反高斯型传能光纤及其应用。所述反高斯型传能光纤包括多个同心嵌套的独立传输波导结构；所述波导结构包括较内层和较外层，所述较内层的折射率大于所述较外层；所述较内层的径向折射率分布存在凹陷；光功率分布于所述波导结构的较内层，形成反高斯光。其应用于制作多合一传能型合束器或可调模式光束激光器。本发明提供的反高斯型传能光纤，在具有光功率分布的波导结构的较内层，采用折射率分布凹陷设计，起到一定的匀化效果，与多个同心嵌套的独立传输波导结构相结合，形成反高斯光斑，使光纤具备了累加传递更高更均匀功率能力。

技术领域

本发明属于特种光纤领域，更具体地，涉及光纤激光器里一种可调光束加工应用的传能光纤。

背景技术

传能光纤也称为能量传输光纤，相对于传统通信光纤追求的低损耗，少模式，低功率，长距离传输，传能光纤要求的是大芯径，高功率，短距离传输能量。从严格意义上说，能实现较高的激光能量传输的光纤都可以称为传能光纤，因此通常被用于激光器相关工业中。

激光切割和焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密加工材料方法。随着激光技术深入发展，对高品质激光切割及焊接的质量、效率与运营成本要求越来越高，于是一种可调模式光束(AMB)激光器应运而生。它可以根据加工要求，任意切换输出模式，将小光斑高能量高亮度核心光束与较大环形光束任意组合，在焊接过程中能有效抑制飞溅产生，实现薄金属切割所需的精度，以及更厚金属所需的质量和速度，并提高切割和焊接的灵活性。

在激光加工领域，很多应用对光纤输出光束的空间分布有着较高的要求，但实际通常使用的是单模激光，光斑属于高斯型分布，中间能量最强，周围能量随离心的距离逐渐减弱，这种功率的不均匀会导致加工区域过渡曝光或曝光不足，加工过程中产生的热效应也难以消除，从而影响加工质量。比如在医疗美容领域，光斑的不均匀性会导致能量阈值的差异，使得接受面的功率密度大小不一，从而弱化治疗效果，而且具有匀化功能的医疗设备往往也具备更高的效率和更好的安全性。

因此，需要设计出一款光纤，通过应用到可调模式光束激光器中，可实现两种波导结构传输光功率的独立或同时输出。另外当独立输出纤芯和环区光功率时，输出光斑能量为非高斯型分布，可实现近似匀化效果。

发明内容

为更准确描述本发明内容，定义如下概念：

相对折射率差△＝(纤芯折射率-包层折射率)/包层折射率(％)，包层可以是纯石英，也可以是相邻掺杂包层。

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种反高斯型传能光纤、其应用及光纤激光器，其目的在于采用具有凹陷设计的光波导较内层结合独立工作嵌套设置的光波导，形成更高功率的反高斯光斑，由此解决高功率下形成高斯光斑的传能光纤，能量集中，局部温升过高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种反高斯型传能光纤，其包括多个同心嵌套的独立传输波导结构；所述波导结构包括较内层和较外层，所述较内层的折射率大于所述较外层；所述较内层的径向折射率分布存在凹陷；光功率分布于所述波导结构的较内层，形成反高斯光。

优选地，所述反高斯型传能光纤，其所述较内层凹陷为倒三角形或下凹弧型。

优选地，所述反高斯型传能光纤，其对于一波导结构，其较内层折射率凹陷最低点与其较内层折射率最高点的相对折射率差Δn_凹在-0.05％～0之间；优选其较内层折射率最高点与纯石英层折射率的相对折射率差Δn_内外在-0.05％～0.05％。

优选地，所述反高斯型传能光纤，其所述较内层为纯石英层或掺杂石英层，优选所述较内层的数值孔径在0.01～0.05之间。

优选地，所述反高斯型传能光纤，其较外层为掺杂石英，其对于纯石英层相对折射率差在-0.5％～-1.25％，转换为数值孔径(NA)在0.15～0.25之间，厚度在10um以上，优选在20um以下。