CN107678086A - 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤 - Google Patents

一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤 Download PDF

Info

Publication number
CN107678086A
CN107678086A CN201710776168.5A CN201710776168A CN107678086A CN 107678086 A CN107678086 A CN 107678086A CN 201710776168 A CN201710776168 A CN 201710776168A CN 107678086 A CN107678086 A CN 107678086A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
flat top
realizing
dimensional flat
covering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710776168.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107678086B (zh
Inventor
薛亚飞
李广
王巍
高文焱
王学锋
王军龙
李凯
李本海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Aerospace Times Electronics Corp
Beijing Aerospace Control Instrument Institute
Original Assignee
China Aerospace Times Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Aerospace Times Electronics Corp filed Critical China Aerospace Times Electronics Corp
Priority to CN201710776168.5A priority Critical patent/CN107678086B/zh
Publication of CN107678086A publication Critical patent/CN107678086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107678086B publication Critical patent/CN107678086B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0911—Anamorphotic systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0994—Fibers, light pipes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，即一种基于特种光纤实现高斯光束整形为一维平顶光束的方法，属于激光光束整形技术领域。所述特种光纤纤芯材质为高折射率SiO2，纤芯形状可为矩形、正方形、六角形或八角形，所述纤芯对角线距离为20um～800um；所述纤芯位于包层内，包层材质为低折射率的熔融硅，包层直径为100um～1600um；包层外为涂覆层，涂覆层材质为尼龙或丙烯酸树脂，涂覆层直径为200um～2000um。所述特种光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。可以将本发明光纤与光纤激光器输出光纤熔接，以实现高斯光束匀化整形为一维平顶光束，本发明所涉及的特种光纤匀化整形方法具有使用方便，成本低，整形效果好，与激光器输出光纤熔接方便，不增加额外机构等优点。

Description

一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤
技术领域
本发明涉及一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，属于激光光束整形技术领域。
背景技术
平顶光束是指在光束传输方向的横截面内光强均匀分布的光束，由于能量分布均匀的特点，在显示、全息、激光加工、激光医疗等领域中有着重要的应用。例如，在激光清洗中，为了得到高的清洗效率，降低基材损伤，这就要求激光束的光场分布为平顶型，平顶光束在激光强化应用中能得到更好的强化效果。由于激光光束的光强一般服从高斯分布，所以需要对高斯光束进行整形，以便得到均匀性好的平顶光束。获得平顶光束的方法有很多，用衍射光学原理设计的衍射光束整形器件能达到较好效果，但其制作工艺复杂，成本高，不利于进行产业化应用；采用几何光学原理设计的光束整形光学系统，存在尺寸大、安装困难、价格昂贵同时稳定性差等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，本发明采用特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光，能够实现光强非均匀分布的高斯光束变为近似均匀分布的平顶光束。具有结构稳定、成本低、寿命长、便于与光学系统集成等优势。
本发明解决的技术方案为：一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，包括：光纤纤芯(1)、包层(2)和涂覆层(3)；所述光纤纤芯(1)材质为SiO2；所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内，包层(2)材质为熔融硅；所述涂覆层(3)位于包层(2)外，涂覆层(3)材质为尼龙或丙烯酸树脂；所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)折射率。
所述光纤纤芯(1)材质为SiO2。
所述光纤纤芯(1)纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形。
所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)的折射率，折射率差位于0.02～0.1之间。
所述矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离为20um～800um。
所述包层直径为100um～1700um.
所述光纤涂覆层直径为200um～2000um。
所述光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。
所述光纤纤芯(1)材质的SiO2的折射率位于1.45-1.50之间。
所述包层(2)材质的熔融硅的折射率位于1.43-1.48之间。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光，具有结构简单，安装简便，不增加或改变激光应用设备结构，使用灵活，可与各种激光应用设备光学系统集成等优势。
(2)本发明所述特殊结构的光纤，与传统匀化整形方法相比，具有使用成本低，寿命长，光束匀化效果好等优势。
(3)本发明所述特殊结构的光纤，较其他匀化整形方法，具有制造工艺简单、制造周期短、合格率高、适合大规模生产等优势。
(4)本发明光纤纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形，以使高斯光束充分激发产生高阶模，各高阶模叠加后形成平顶光，达到光束匀化整形目的。
附图说明
图1为本发明光纤的结构示意图；
图2为采用本发明光纤匀化整形后效果图；
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详细描述。
一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，即一种基于特种光纤实现高斯光束整形为一维平顶光束的方法，属于激光光束整形技术领域。所述特种光纤纤芯材质为高折射率SiO2，纤芯形状可为矩形、正方形、六角形或八角形，所述纤芯对角线距离为20um～800um；所述纤芯位于包层内，包层材质为低折射率的熔融硅，包层直径为100um～1600um；包层外为涂覆层，涂覆层材质为尼龙或丙烯酸树脂，涂覆层直径为200um～2000um。所述特种光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。可以将本发明光纤与光纤激光器输出光纤熔接，以实现高斯光束匀化整形为一维平顶光束，本发明所涉及的特种光纤匀化整形方法具有使用方便，成本低，整形效果好，与激光器输出光纤熔接方便，不增加额外机构等优点，所述光纤纤芯对角线距离为20um～800um，以满足不同种类激光器使用需求。
一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，包括：光纤纤芯(1)、包层(2)和涂覆层(3)；所述光纤纤芯(1)材质为SiO2，所述光纤纤芯(1)材质的SiO2的折射率位于1.45-1.50之间，光纤纤芯(1)纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形，矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离为20um～800um。所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内，包层(2)材质为熔融硅，包层(2)材质的熔融硅的折射率位于1.43-1.48之间，包层直径为100um～1700um；所述涂覆层(3)位于包层(2)外，涂覆层(3)材质为尼龙或丙烯酸树脂，光纤涂覆层直径为200um～2000um；所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)折射率，折射率差位于0.02～0.1之间，所述光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28。
以下结合实施例以优选的纤芯边长为70um的正方形光纤为列，对本发明做进一步描述。
优选的实施例方案如下：
如图1所示，以纤芯(1)为正方形的光纤为列，正方形纤芯(1)边长与包层(2)直径之比范围优选0.3-0.6，包层(2)直径与涂覆层(3)直径之比范围优选0.45-0.8。正方形纤芯(1)材质采用高折射率SiO2，折射率优选范围为1.45-1.50之间，包层(2)材质采用低折射率熔融硅，折射率范围为1.43-1.48之间。纤芯(1)折射率优选1.46，包层(2)折射率优选1.45，包层(2)直径优选190um，涂覆层(3)材质为丙烯酸树脂，涂覆层(3)直径优选400um。
采用实施例光纤与某100W脉冲光纤激光器输出光纤熔接，并对熔接前后光束质量进行了测试分析，若图2所示为采用本发明光纤匀化整形后效果图，熔接前100W脉冲光纤激光器光束质量M2因子小于2，采用特种光纤后，M2因子为13，本发明光纤匀化整形效果明显。
本发明光纤纤芯形状为矩形、正方形、六角形、八角形，以使高斯光束充分激发产生高阶模，各高阶模叠加后形成平顶光，达到光束匀化整形目的，本发明特殊结构的光纤将激光束整形为平顶光，具有结构简单，安装简便，不增加或改变激光应用设备结构，使用灵活，可与各种激光应用设备光学系统集成等优势。所述的本发明的光纤与传统匀化整形方法相比，具有使用成本低，寿命长，光束匀化效果好等优势，本发明的光纤，较其他匀化整形方法，具有制造工艺简单、制造周期短、合格率高、适合大规模生产等优势。

Claims (10)

1.一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于包括：光纤纤芯(1)、包层(2)和涂覆层(3)；所述光纤纤芯(1)材质为SiO2；所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内，包层(2)材质为熔融硅；所述涂覆层(3)位于包层(2)外，涂覆层(3)材质为尼龙或丙烯酸树脂；所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)折射率。
2.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤纤芯(1)形状为矩形、正方形、六角形、八角形。
3.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤纤芯(1)材质优选为SiO2。
4.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤纤芯(1)折射率高于包层(2)的折射率，折射率差优选位于0.02～0.1之间。
5.根据权利要求2所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离优选为20um～800um。
6.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述包层直径优选为100um～1700um。
7.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤涂覆层直径优选为200um～2000um。
8.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤数值孔径优选为0.12或0.22或0.28。
9.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述光纤纤芯(1)材质的SiO2的折射率优选位于1.45-1.50之间。
10.根据权利要求1所述的一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，其特征在于：所述包层(2)材质熔融硅的折射率优选位于1.43-1.48之间。
CN201710776168.5A 2017-08-31 2017-08-31 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤 Active CN107678086B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710776168.5A CN107678086B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710776168.5A CN107678086B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107678086A true CN107678086A (zh) 2018-02-09
CN107678086B CN107678086B (zh) 2020-02-11

Family

ID=61134925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710776168.5A Active CN107678086B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107678086B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109283637A (zh) * 2018-11-13 2019-01-29 南京理工大学 一种用于干涉图背景匀化的光纤耦合激光器
CN109445019A (zh) * 2018-11-02 2019-03-08 北京大学 一种矩形纤芯结构光纤
CN112684538A (zh) * 2020-12-30 2021-04-20 长飞光纤光缆股份有限公司 一种方芯光纤
WO2021093565A1 (zh) * 2019-11-12 2021-05-20 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种光源装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584644A (zh) * 2004-06-02 2005-02-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 光束整形光纤
US20090143773A1 (en) * 2007-12-03 2009-06-04 Ekkyo Device for assistance in the wound healing processes
CN105058617A (zh) * 2014-04-16 2015-11-18 J-等离子有限公司 具有非圆形纤芯的光导体的预成型件
CN106116138A (zh) * 2016-05-18 2016-11-16 中天科技光纤有限公司 一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺
CN106501551A (zh) * 2016-12-29 2017-03-15 山东大学 一种基于光纤的原子力显微镜探头及原子力显微镜系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105925792B (zh) * 2016-07-08 2018-10-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光冲击强化系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584644A (zh) * 2004-06-02 2005-02-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 光束整形光纤
US20090143773A1 (en) * 2007-12-03 2009-06-04 Ekkyo Device for assistance in the wound healing processes
CN105058617A (zh) * 2014-04-16 2015-11-18 J-等离子有限公司 具有非圆形纤芯的光导体的预成型件
CN106116138A (zh) * 2016-05-18 2016-11-16 中天科技光纤有限公司 一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺
CN106501551A (zh) * 2016-12-29 2017-03-15 山东大学 一种基于光纤的原子力显微镜探头及原子力显微镜系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRUNO CHAZELAS ET.AL.: "《Optical fibers for precise radial velocities: an updateOptical fibers for precise radial velocities: an update》", 《SPIE》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109445019A (zh) * 2018-11-02 2019-03-08 北京大学 一种矩形纤芯结构光纤
CN109283637A (zh) * 2018-11-13 2019-01-29 南京理工大学 一种用于干涉图背景匀化的光纤耦合激光器
WO2021093565A1 (zh) * 2019-11-12 2021-05-20 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种光源装置
CN112684538A (zh) * 2020-12-30 2021-04-20 长飞光纤光缆股份有限公司 一种方芯光纤

Also Published As

Publication number Publication date
CN107678086B (zh) 2020-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107678086A (zh) 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤
CN109313353A (zh) 用于从入射电磁波在近区中形成场强图案的器件
TW594237B (en) Light guide plate having anti-reflection layer, method of manufacturing the same, illumination device, and liquid crystal display
CN103278879B (zh) 可控制光型的导光元件
CN103645536B (zh) 一种全固态大模场光子带隙光纤
CN106168712B (zh) 一种高斯光束变换为平顶光束整形透镜的粒子群设计方法
CN105667043B (zh) 一种带有减反功能的全方位防窥膜及其制作工艺
CN112071462B (zh) 一种可调单光纤微粒输送器
Yuan et al. Directional control and enhancement of light output of scintillators by using microlens arrays
Zhang et al. Four-core optical fiber micro-hand
CN102736170B (zh) 一种正方形光纤结构的光纤传像元件
CN105511014A (zh) 一种纳米空气孔传光的多孔芯光子晶体光纤
CN101893736B (zh) 基于阵列芯光纤的轴向阵列光镊及光动力控制方法
CN102721004B (zh) 一种一体化微光学增亮膜及其背光模组
CN208782225U (zh) 一种光纤自固定盘绕装置
CN110220874A (zh) 一种提高荧光物质定向发光的微透镜复合微流通道
TW201310081A (zh) 微奈米複合結構及其製作方法
CN202306006U (zh) 可产生单个局域空心光束的新型轴棱锥
CN102455467B (zh) 一种集成于光纤端面的亚波长聚焦透镜
CN204142992U (zh) 平顶光子带隙光纤
CN203012192U (zh) 光学系统及激光熔覆设备
CN2754113Y (zh) 一种半导体激光器光束整形器
CN104316991B (zh) 平顶光子带隙光纤
CN106908894A (zh) 一种色散平坦全固微结构光纤
CN207279379U (zh) 一种led面板灯扩散板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant