CN101852886A - 一种高抗损伤传能光纤及制作方法 - Google Patents

一种高抗损伤传能光纤及制作方法 Download PDF

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黄剑平
任军江
何耀基
顾劭忆
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Abstract

本发明涉及传能光纤。所要解决的技术问题是提供一种高抗损伤传能光纤及制作方法，能解决传能光纤数值孔径低、损耗高、损伤阈值低以及制造成本高等问题，所制造的光纤具高抗损伤能力，可传输高功率激光。其特征在于：所述纤芯的材料为纯石英；所述包层的材料为低折射率有机化合物；所述外保护层的材料为高模量有机化合物。纯石英具有理论最大损伤阈值和低损耗，低折射率材料包层使纤芯具有极高的数值孔径，因而光纤传输损耗小，损伤阈值高，抗弯曲性能强，具有传输高功率激光的能力。直接利用合成的纯石英管或棒作为纤芯拉制高抗损伤传能光纤，并在拉丝过程直接涂覆光学包层，使光纤制造工艺简单化，大大降低了制造成本。

Description

一种高抗损伤传能光纤及制作方法
技术领域：
本发明涉及传能光纤；尤其涉及高抗损伤传能光纤及其制作方法。
背景技术：
传能光纤主要用于光能量传输，能将高功率激光传送到所需要的位置，简化光路系统，提升激光系统的应用工作平台，可应用于军事、激光加工、医疗、照明等众多领域。
现有技术中，常规的传能光纤包层采用纯石英或掺氟石英玻璃材料，对应的光纤纤芯材料为纯石英和掺杂石英玻璃。纯石英纤芯，掺氟石英玻璃包层的传能光纤纤芯数值孔径只有0.2左右，低数值孔径使得光纤聚光不理想，光纤抗弯曲性能低，限制了高功率激光的输出；掺杂纤芯，纯石英或掺氟石英包层的传能光纤由于纤芯掺杂，纤芯损伤阈值远低于纯石英理论值10GW/cm2，光纤传输损耗大，限制了传能光纤的应用。这些传能光纤的光纤预制棒采用MCVD、PCVD、OVD、VAD等工艺技术制作，生产过程复杂，成本高。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种高抗损伤传能光纤及制作方法，能解决传能光纤数值孔径低、损耗高、损伤阈值低以及制造成本高等问题，所制造的光纤具高抗损伤能力，可传输高功率激光。
为解决上述技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的：
一种高抗损伤传能光纤，包括：纤芯；包层；外保护层；其特征在于：所述纤芯的材料为纯石英；所述包层的材料为低折射率有机化合物；所述外保护层的材料为高模量有机化合物。
所述纤芯直径为50μm～1000μm，所述纤芯折射率范围为1.456～1.458；所述包层直径范围为60μm～1200μm，有机化合物的折射率为1.365～1.410；所述外保护层直径范围为125μm～1400μm。
所述包层的材料可以为紫外固化低折射率树脂，或热固化低折射率硅橡胶，或热固化低折射聚酰亚胺聚酰亚胺。
外保护层为高模量紫外固化丙烯酸树脂，或高模量紫外固化硅树脂，或热固化低折射聚酰亚胺。
一种高抗损伤传能光纤的制造方法，主要包括以下步骤：
步骤一：采用合成的纯石英棒或管作为光纤纯石英纤芯预制棒；
步骤二：合成的纯石英棒或管在石墨电阻炉或石墨感应炉高温下加热熔融拉丝；
步骤三：拉丝工艺过程一次涂覆材料采用低折射率有机化合物，作为光纤包层涂覆于纤芯表面；
步骤四：通过紫外光固化或通过热固化包层；
步骤五：拉丝过程二次涂覆材料为高模量有机化合物，作为光纤外保护层涂覆于包层表面；
步骤六：通过紫外光固化或通过热固化外保护层。
所述步骤二中采用合成的低羟基纯石英棒或管作为光纤纯石英纤芯预制棒，所述预制棒加热至2000～2200℃进行拉丝。
所述的光纤在涂覆包层前采用水冷或氦气、氩气等惰性气体对光纤进行冷却。
本发明带来以下有益效果：
本发明提供高抗损伤传能光纤及其制造工艺技术。纯石英具有理论最大损伤阈值和低损耗，低折射率材料包层使纤芯具有极高的数值孔径，因而光纤传输损耗小，损伤阈值高，抗弯曲性能强，具有传输高功率激光的能力。直接利用合成的纯石英管或棒作为纤芯拉制高抗损伤传能光纤，并在拉丝过程直接涂覆光学包层，使光纤制造工艺简单化，大大降低了制造成本。
附图说明：
图1为本发明的高抗损伤传能光纤截面示意图
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：
如图1所示，1为光纤纤芯；2为包层3为外保护层。
实施例1：光纤纯石英纤芯1外围覆盖着热固化低折射率硅橡胶材料包层2，在包层2上覆盖紫外固化丙烯酸树脂保护层3。纤芯1直径为50μm，所述纤芯1的折射率范围为1.456；所述包层2直径为60μm，包层的折射率为1.398；所述外保护层3的直径为125μm；所述外保护层3的折射率为1.410。
实施例2：光纤纯石英纤芯1外围覆盖着低折射率光纤涂覆树脂材料包层2，在包层2上覆盖热固化低折射率硅橡胶保护层3。纤芯1直径为400μm，所述纤芯1的折射率范围为1.457；所述包层2直径为500μm，包层的折射率为1.365；所述外保护层3的直径为580μm；所述外保护层3的折射率为1.380。
实施例3：光纤纯石英纤芯1外围覆盖着热固化低折射率聚酰亚胺材料包层2，在包层2上覆盖热固化低折射聚酰亚胺保护层3。纤芯1直径为1000μm，所述纤芯1的折射率范围为1.458；所述包层2直径为1200μm，包层的折射率为1.410；所述外保护层3的直径为1400μm；所述外保护层3的折射率为1.410。
制造过程如下：光纤纯石英纤芯预制棒直接采用合成的低羟基纯石英棒或管；低羟基纯石英棒或管在石墨电阻炉或石墨感应炉的2150℃高温下熔融，在一定的张力拉伸作用下拉制成光纤纤芯；纤芯直径越大，拉制速度越快，裸纤芯表面温度越高，为了使光纤降低到能够进行涂覆的温度60℃以下，采用水冷或氦气、氩气等惰性气体对光纤进行冷却；拉丝工艺过程一次涂覆材料采用低折射率有机化合物如紫外固化低折射率树脂或热固化低折射率硅橡胶或聚酰亚胺，作为光纤包层涂覆于纤芯表面；拉丝过程二次涂覆材料为高模量有机化合物如紫外固化丙烯酸树脂或高模量紫外固化硅树脂或热固化低折射聚酰亚胺，作为光纤外保护层涂覆于包层表面。

Claims (7)

1.一种高抗损伤传能光纤，包括：纤芯、包层、外保护层；其特征在于：所述纤芯的材料为纯石英；所述包层的材料为低折射率有机化合物；所述外保护层的材料为高模量有机化合物。
2.根据权利要求1所述的高抗损伤传能光纤，其特征在于：所述纤芯直径为50μm～1000μm，所述纤芯折射率范围为1.456～1.458；所述包层直径范围为60μm～1200μm，有机化合物的折射率为1.410～1.365；所述外保护层直径范围为125μm～1400μm。
3.根据权利要求2所述的高抗损伤传能光纤，其特征在于：所述包层的材料可以为紫外固化低折射率树脂，或热固化低折射率硅橡胶，或热固化低折射聚酰亚胺。
4.根据权利要求2所述的高抗损伤传能光纤，其特征在于：外保护层为高模量紫外固化丙烯酸树脂，或高模量紫外固化硅树脂，或热固化低折射聚酰亚胺。
5.一种高抗损伤传能光纤的制造方法，主要包括以下步骤：
步骤一：采用合成的纯石英棒或管作为光纤纯石英纤芯预制棒；
步骤二：合成的纯石英棒或管在石墨电阻炉或石墨感应炉高温下加热熔融拉丝；
步骤三：拉丝工艺过程一次涂覆材料采用低折射率有机化合物，作为光纤包层涂覆于纤芯表面；
步骤四：通过紫外光固化或通过热固化包层；
步骤五：拉丝过程二次涂覆材料为高模量有机化合物，作为光纤外保护层涂覆于包层表面；
步骤六：通过紫外光固化或通过热固化外保护层。
6.根据权利要求5所述的高抗损伤传能光纤制造方法，其特征在于：采用合成的低羟基纯石英棒或管作为光纤纯石英纤芯预制棒加热至温度范围为2150℃±50℃进行拉丝。
7.根据权利要求5所述的高抗损伤传能光纤制造方法，其特征在于：所述的光纤在涂覆包层前采用水冷或氦气、氩气等惰性气体对光纤进行冷却。
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