CN103304134A - 用于制造有源激光纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造有源激光纤维的方法，该纤维具有玻璃表面的被干扰的圆柱对称性。该方法的特征在于，首先由一个由玻璃制成的中央棒、多个绕中央棒环形地设置的、由玻璃制成的辅助棒和一个外部的玻璃外周管构造一个预制型。在一个中间步骤中或直接在拉伸时将该预制型融合成一个紧凑的、具有被干扰的圆柱对称性的玻璃形成物。将该紧凑的预制型拉伸成纤维，其中，这样选择拉伸条件，使得预制型的被干扰的圆柱对称性传递到纤维上。

Description

用于制造有源激光纤维的方法
技术领域
有源激光纤维用于产生激光。这种类型的装置也被称为“纤维激光器”。在激光纤维中，导光的芯被掺杂并且构成激光活性介质。外部的泵浦激励被施加到整个纤维横截面上并且对有源纤芯产生影响。由于在芯的内部传导的光的多重反射和纤维的大的长度，在此，达到激光辐射的高增益，该激光辐射在纤维端部退耦。
背景技术
为了在将泵浦能量转化成激光功率时达到高的光学效率，使用具有稀土元素的有源纤维。利用泵浦芯给这些纤维加套，该泵浦芯的特征在于被干扰的圆柱对称性或者机械的应力，该机械的应力通过在泵浦芯中的折射率差别引起。按照现有技术，这种泵浦芯由圆柱形的预制型制造，其中，已知地，通过磨平各区段有意地干扰所述预制型的圆柱对称性。由此产生的泵浦芯具有所谓的D形结构、双D形或者多重W形结构。泵浦芯的这种磨平需要单独的工作步骤并且与财力和工作时间方面的额外耗费相联系。
按照现有技术，主要提出以下的用于更合理地制造有源激光纤维的方法：
在文献US6411762中描述一种激光纤维，在该激光纤维中借助绕一个有源的芯插入不同掺杂的棒达到更好的模混合。在此，利用超声波处理这样准备多模预制型，使得钻出各孔，在一个后续的工作步骤中将掺杂的棒插进这些孔中。
在文献US4978377中描述一种用于偏振保持的纤维的制造方法，其中，在保持圆柱对称性的情况下接合并接着连接不同的包层部分。
然而，不仅超声波钻孔而且包层部分的接合都是相对费事的并且需要高程度的生产技术上的经验。
发明内容
因此，本发明的任务在于，改进一种用于制造有源激光纤维的方法，在该方法中，与圆柱对称性的偏离能够直接在纤维拉伸过程期间产生。
按照本发明，该任务利用具有权利要求1的特征的方法来解决。从属权利要求包含按照本发明的方法的符合目的的和/或有利的实施方式。
首先由一个由玻璃制成的中央棒、多个绕该中央棒环形地设置的、由玻璃制成的辅助棒和一个外部的玻璃外周管构造一个预制型。在一个中间步骤中或直接在拉伸时将该预制型融合成一个紧凑的、具有被干扰的圆柱对称性的玻璃形成物。此后将该紧凑的预制型拉伸成纤维。在此，这样选择拉伸条件，使得预制型的被干扰的圆柱对称性传递到纤维上。
因此由此解决本发明的任务，即以下述方式：这样产生具有非圆柱对称的泵浦芯的有源激光纤维，使得绕用于有源激光芯的预制型设置多个掺杂的/未掺杂的玻璃棒并且利用一个玻璃管给这些玻璃棒加套。可以在纤维拉伸之前或纤维拉伸期间实施该加套。通过绕有源芯设置多个玻璃棒，在原始预制型中已经预给定了非圆柱对称的结构，该结构在加套步骤期间得以保留。因此能够在一个唯一的处理步骤中制造具有非圆柱对称的泵浦芯的纤维。
在一种符合目的的实施形式中，所述的中央棒具有多边形的或圆形的横截面，其中，辅助棒具有多边形的、圆形的、截圆形的或圆弓形的横截面。
在本方法的另一种符合目的的实施形式中，在预制型外周上的对称干扰部的数量通过辅助棒的数量调整。每个对称干扰部的大小分别通过各个辅助棒的直径调整。由此提供两个方法参数，这两个方法参数基本上能够被相互独立地选择。
在另一种实施形式中，对称干扰部的大小通过使用具有不同直径的辅助棒调整。由此能够产生位置依赖的或也分级的对称干扰部。
不仅中央棒而且辅助棒能够被掺杂。在一种第一实施形式中，中央棒具有掺杂的芯，其中，该芯掺杂稀土，由此中央棒能够被用于产生激光。
在另一种实施形式中，所述辅助棒中的至少一个完全或部分地掺杂硼。在拉伸的纤维中使用掺杂的辅助棒作为应力元件，用于产生内部的应力和与该内部应力联系的双折射。由这样的预制型拉伸的纤维是偏振保持的。
在另一种实施形式中，所述辅助元件中的至少一个完全或部分地具有比外周管的折射指数更高的折射指数。辅助棒的该更高的折射指数能够通过第四主族的元素、特别是通过掺杂锗来调整。
在另一种实施形式中，辅助棒的更高的折射指数通过掺杂第五主族的元素、特别是磷来调整。
能够使用具有提高的折射率的辅助棒，用于沿着已拉伸的纤维传递光。在此，在已拉伸的纤维中由辅助棒传递的光用于对在中央棒中的掺杂的芯进行泵浦。
在本方法的一种实施方式中，中央棒、环形地设置的辅助棒和外周管的融合在真空下进行。
在本方法的一种进一步扩展方案中，一个或多个辅助棒构成为毛细管。
附图说明
以下应借助实施例更详细地阐述按照本发明的方法。图1a至5用于阐明。对相同或相同作用的部件使用相同的附图标记。
图中：
图1a示出在陷缩步骤（Kollabierschritt）之前的一种由中央棒、多个辅助棒和外周管组成的初始配置，
图1b示出在实施陷缩步骤之后的图1a中所示的配置，
图2示出一种具有构成为多边形的、这里是三角形的辅助棒的实施形式，
图3示出一种具有包括圆弓状的区段的辅助棒实施形式，
图4示出一种包括具有不同直径的辅助棒的实施形式，
图4a示出包括具有不同直径的在另一种的配置中的辅助棒的另一种实施形式，
图5示出一种具有部分地掺杂硼的辅助棒的实施形式。
具体实施方式
图1a示出一种由一个中央棒1和多个辅助棒2构成的初始配置。它们由一个外周管3包围。在这里存在的情况中，中央棒和辅助棒分别具有一个圆形的横截面。辅助棒绕中央棒均匀地设置。外周管可以在本来的拉伸过程之前被安装或者在拉伸处理期间才直接地被附接。在图1中示出的、示例性的形状具有六重对称性，但该对称性显著地与圆柱对称偏离。
在后续的拉伸处理中，被干扰的圆柱对称性被传递到产生的纤维上。图1b示出在此产生的纤维横截面。该纤维具有一个外轮廓4，该外轮廓显著地从圆形轮廓偏离。图1a中的外周管3在纤维拉伸过程中已被改型成一个填充料或玻璃基（Glasmatrix）5，该填充料或玻璃基已陷入到在辅助棒之间的间隙中。在此，辅助棒被压靠到中央棒上并且已与该中央棒连接。在此，在中央棒和辅助棒之间的融合也是可能的。如果两棒具有相同的折射率，则因此产生一个具有一个星形的、非圆柱对称的纤芯的纤维。
图1b中示出的设置能够特别是用于将电磁的泵浦能量经由辅助棒输送到在完成的激光纤维中用作激光芯的中央棒。对此特别是在中央棒和辅助棒之间的耦合是有益的。在此，在辅助棒中引导的泵浦光直接投向到中央棒、亦即激光芯中。
图2示出对于辅助棒2的另一种实施形式。这些辅助棒在这里存在的示例中构造成具有一个多边形的、特别是一个三角形的横截面。这里对称性是八重的，但不是圆柱对称的。加工如在图1a和1b中的实施例中实行。这里示出的实施形式能实现一个在辅助棒和中央棒1之间的更宽的纤维接触并且因此关于在激光纤维的内部的泵浦过程同样被证实为有利的。外周管3以先前（vorgergehend）描述的方式构成。
图3示出一种具有下述中央棒1的实施形式，该中央棒具有正方形的横截面和一个掺杂的芯6。在各侧面上分别邻接有一个辅助棒2。在本实施例中，每个辅助棒在横截面中具有一个圆弧形的造型。在此，每个单个的辅助棒的外轮廓的指向中央棒的部分指向中央棒。在陷缩时，辅助棒与中央棒融合成一个十字形的并且因此非圆柱对称的形成物，该形成物在其内部中包含一个芯，该芯特别是能够作为激光纤维的泵浦芯起作用，该泵浦芯能够通过辅助棒、亦即十字臂被加载泵浦光。
辅助棒能够构成为不同大小、亦即构成有不同直径。图4示出一个相应的示例。这里造成的对称干扰因此不仅由辅助棒2的数量，而且此外还由其大小产生。在这里存在的实施例中，具有较大直径的辅助棒与具有较小直径的辅助棒分别交替。这些辅助棒全部均匀地绕中央棒1设置。但较粗的和较细的辅助棒的一种非对称的设置也是可能的。在此，不同种类的辅助棒也可以是不同数量的。
图4a示例性地示出一种包括两个具有较大直径的辅助棒的设置，这两个辅助棒在一条直线上在中央棒旁设置在左边和右边，而较细的辅助棒处于这条直线的上方和下方。
图5示出下述的实施形式，在该实施形式中，使用两个分别具有一个掺杂硼的芯7的辅助棒。设有掺杂硼的芯的辅助棒在所述两个硼芯之间延伸的连接线内产生一个机械性的应力分布，该应力分布在预制型以及已拉伸的纤维的横截面中引起诱导的双折射。已拉伸的光学纤维因此具有其偏振保持的特性。
已借助各实施例阐述了按照本发明的方法。其他的实施形式在本领域技术人员的处理的范围之内是可能的。这些实施形式特别是由从属权利要求得出。
附图标记列表
1  中央棒
2  辅助棒
3  外周管
4  外轮廓
5  玻璃基
6  掺杂的芯

Claims (12)

1.用于制造光学纤维的方法，该纤维具有玻璃表面的被干扰的圆柱对称性，其特征在于，
首先由一个由玻璃制成的中央棒（1）、多个绕该中央棒环形地设置的、由玻璃制成的辅助棒（2）和一个外部的玻璃外周管（3）构造一个预制型；在一个中间步骤中或直接在拉伸时将该预制型融合成一个紧凑的、具有被干扰的圆柱对称性的玻璃形成物；将该紧凑的预制型拉伸成纤维，其中，这样选择拉伸条件，使得预制型的被干扰的圆柱对称性传递到纤维上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的中央棒（1）具有多边形的或圆形的横截面；并且辅助棒（2）具有多边形的、圆形的、截圆形的或圆弓形的横截面。
3.按照权利要求1和2所述的方法，其特征在于，在预制型外周上的对称干扰部的数量通过辅助棒的数量调整，并且相应对称干扰部的大小分别通过各个辅助棒的直径调整。
4.按照权利要求1至3所述的方法，其特征在于，通过使用具有不同直径的辅助棒调整对称干扰部的大小。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，中央棒具有掺杂的芯并且掺杂稀土，其中，设置中央棒用于产生激光。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述辅助棒中的至少一个完全或部分地掺杂硼，其中，在已拉伸的纤维中使用掺杂的辅助棒作为应力元件，用于产生内部的应力和与该内部应力联系的双折射。
7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述辅助棒中的至少一个完全或部分地具有比外周管的折射指数更高的折射指数。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅助棒的更高的折射指数通过掺杂第四主族的元素、特别是锗来调整。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅助棒的更高的折射指数通过掺杂第五主族的元素、特别是磷来调整。
10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用具有提高的折射率的辅助棒，用于沿着已拉伸的纤维传递光，其中，在已拉伸的纤维中在辅助棒中传递的光用于对在中央棒中的掺杂的芯进行泵浦。
11.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，中央棒、环形地设置的辅助棒和外周管的融合在真空下进行。
12.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在，一个或多个辅助棒构成为毛细管。
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