CN107678086B - 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤 - Google Patents

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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 (1)

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)形状为矩形、正方形、六角形或八角形；所述光纤纤芯(1)位于包层(2)内，包层(2)材质为熔融硅；所述包层外截面形状为圆形，内截面形状与纤芯形状一致；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，折射率差位于0.02～0.1之间；矩形、正方形、六角形、八角形对角线距离为20um～800um；包层直径为100um～1700um；光纤涂覆层直径为200um～2000um；光纤数值孔径为0.12或0.22或0.28；光纤纤芯(1)材质的SiO2的折射率位于1.45-1.50之间；包层(2)材质熔融硅的折射率位于1.43-1.48之间，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。
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