CN108562970A - 激光光纤及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光光纤,包括芯部和包层,其特征在于:所述芯部和包层之间设有第一缓冲层,所述芯部的折射率为n1、膨胀系数为η1;所述包层的折射率为n3、膨胀系数为η3;所述第一缓冲层的折射率为n2、膨胀系数为η2;η1>η2>η3,n2=n3,本发明的激光光纤,通过第一缓冲层缓冲芯部和包层的应力差,抑制光纤内部因芯部和包层应力差过大而产生的结构缺陷,同时不影响芯部和包层的波导结构,以此来实现尽可能大的提高激光光纤承载高功率的能力。
Description
技术领域
本发明属于光纤制备技术领域,具体涉及一种激光光纤,还涉及一种激光光纤的制造方法。
背景技术
高功率光纤激光器由于具有光束质量好、电光效率高、体积小、重量轻等传统激光器无法比拟的诸多优点,在工业制造领域具有广泛的应用。高功率光纤激光器用激光光纤,通常通过掺杂稀土元素以及其他共掺元素来实现。在高功率光纤激光实际使用中,通常需要高浓度掺杂来提高激光光纤的吸收系数,从而可以用较短的光纤长度实现高的输出功率,降低非线性效应出现的阈值。但纤芯掺杂元素浓度越大,纤芯和包层之间应力差越大,光纤内部容易出现材料缺陷而导致光纤性能降低,同时高功率激光伴随着高热应力引起光热损伤,严重影响光纤的使用寿命。高功率条件下光纤涂覆层发热严重,长时间使用会导致涂层质量降低甚至烧损,严重降低光纤激光器的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种激光光纤,实现尽可能大的提高激光光纤承载高功率的能力。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种激光光纤,包括芯部和包层,所述芯部和包层之间设有第一缓冲层,所述芯部的折射率为n1、膨胀系数为η1;所述包层的折射率为n3、膨胀系数为η3;所述第一缓冲层的折射率为n2、膨胀系数为η2;η1>η2>η3,n2=n3,
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述包层包括非缓冲层和至少一个第二缓冲层,所述非缓冲层包覆在第一缓冲层外侧,所述第二缓冲层包覆在非缓冲层外侧,所述非缓冲层的折射率为n3、膨胀系数为η3;所述第二缓冲层的折射率为n4;
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述第二缓冲层外侧包覆有涂覆层。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述涂覆层包括第一涂覆层和第二涂覆层,所述第一涂覆层包覆在第二缓冲层外侧,所述第二涂覆层包覆在第一涂覆层外侧;所述第一涂覆层的折射率为n5;所述第二涂覆层的折射率为n6;n4≥n5,n6>n5。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述涂覆层为经过改性后的涂覆材料层。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述包层为非圆对称结构。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述包层为D字形、八边形、六边形或者梅花形。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了一种激光光纤制造方法,其包括以下步骤,
(1)制作套管:基于OVD或VAD沉积法,在靶棒上沉积非缓冲层区域和第二缓冲层区域,沉积产生非缓冲层和第二缓冲层后玻璃化烧结,祛除靶棒获得套管;
(2)制作芯棒:基于MCVD方法,在沉积管中依次沉积第一缓冲层和芯部,沉积结束后萎缩成光纤预制棒芯棒;
(3)组装芯棒:基于RIC光棒技术,将步骤(1)中获得的套管和步骤(2)中获得的芯棒组装成光纤预制棒;
(4)拉制步骤(3)中获得光纤预制棒,获得以上结构的激光光纤。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述第一缓冲层和第二缓冲层均掺杂有Al、P共掺或F、Al、P共掺。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述芯部掺杂有Yb、Al或者P。
本发明的激光光纤,通过第一缓冲层缓冲芯部和包层的应力差,抑制光纤内部因芯部和包层应力差过大而产生的结构缺陷,同时不影响芯部和包层的波导结构,以此来实现尽可能大的提高激光光纤承载高功率的能力。
附图说明
图1是本发明优选实施例中激光光纤的结构示意图。
其中:2-芯部,4-第一缓冲层,6-非缓冲层,8-第二缓冲层,10-第一涂覆层,12-第二涂覆层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所述,本实施例公开了一种激光光纤,包括芯部2、包覆在芯部2外侧的第一缓冲层4、包覆在第一缓冲层4外侧的非缓冲层6、包覆在非缓冲层6外侧的第二缓冲层8、包覆在第二缓冲层8外侧的第一涂覆层10、包覆在第一涂覆层10外侧的第二涂覆层12,上述第二缓冲层8可以是一个或者多个。
上述芯部的折射率为n1、膨胀系数为η1;上述第一缓冲层的折射率为n2、膨胀系数为η2;上述非缓冲层的折射率为n3、膨胀系数为η3;上述第二缓冲层的折射率为n4;上述第一涂覆层的折射率为n5;上述第二涂覆层的折射率为n6。本实施例技术方案中,控制:①、②、③、n2=n3;④、n4≥n5;⑤、n6>n5;⑥、η1>η2>η3。
本实施例技术方案中,在芯部2和包层之间设置第一缓冲层4来缓冲芯部和包层的应力差,抑制光纤内部因芯部2和包层之间应力差过大而产生的结构缺陷,同时不影响芯部2和包层的波导结构,以此来实现尽可能大的提高激光光纤承载高功率的能力。
另一方面,包层中的第二缓冲层8将溢出的高阶模或泵浦光限制在包层和第二缓冲层8内,抑制高功率情况下光纤发热对涂覆层的损害。
进一步的,本实施例技术方案中,上述第一涂覆层10和第二涂覆层12均采用经过改性后的涂覆材料层,优选的,在现有涂覆材料中添加AIN(氮化铝膜)、碳纳米管、碳涂覆材料,目的在于提高涂覆层的导热系数,在高功率使用时能够快速散热。
本实施例技术方案中,组成上述包层的非缓冲层6和第二缓冲层8在制造包层的过程中形成,无需后续组装,保证非缓冲层6和第二缓冲层8具有最佳的同心度。进一步的,上述包层为非圆对称结构,具体的,上述包层为D字形、八边形、六边形或者梅花形,使得每次折射都会激发活性元素。
实施例二
本实施例公开一种激光光纤制造方法,其包括以下步骤,
(1)制作套管:基于OVD或VAD沉积法,在靶棒上沉积非缓冲层区域和第二缓冲层区域,沉积过程中,上述第二缓冲层掺杂有Al、P共掺或F、Al、P共掺,以此来降低第二缓冲层8的折射率,直至其中,上述非缓冲层的折射率为n3,上述第二缓冲层的折射率为n4;沉积产生非缓冲层和第二缓冲层后玻璃化烧结,祛除靶棒获得套管;
(2)制作芯棒:基于MCVD方法,在沉积管中依次沉积第一缓冲层和芯部,上述第一缓冲层掺杂有Al、P共掺或F、Al、P共掺,上述芯部掺杂有Yb、Al或者P,以此来降低第一缓冲层4的折射率,直至其中,上述芯部的折射率为n1、上述第一缓冲层的折射率为n2。沉积结束后萎缩成光纤预制棒芯棒;
(3)组装芯棒:基于RIC光棒技术,将步骤(1)中获得的套管和步骤(2)中获得的芯棒组装成光纤预制棒;
(4)拉制步骤(3)中获得光纤预制棒,获得以上结构的激光光纤。拉制激光光纤过程中用紫外光固化第一层涂覆层10和第二层涂覆层,获得实施例一种的激光光纤。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种激光光纤,包括芯部和包层,其特征在于:所述芯部和包层之间设有第一缓冲层,所述芯部的折射率为n1、膨胀系数为η1;所述包层的折射率为n3、膨胀系数为η3;所述第一缓冲层的折射率为n2、膨胀系数为η2;η1>η2>η3,n2=n3,
2.如权利要求1所述的激光光纤,其特征在于:所述包层包括非缓冲层和至少一个第二缓冲层,所述非缓冲层包覆在第一缓冲层外侧,所述第二缓冲层包覆在非缓冲层外侧,所述非缓冲层的折射率为n3、膨胀系数为η3;所述第二缓冲层的折射率为n4;
3.如权利要求2所述的激光光纤,其特征在于:所述第二缓冲层外侧包覆有涂覆层。
4.如权利要求3所述的激光光纤,其特征在于:所述涂覆层包括第一涂覆层和第二涂覆层,所述第一涂覆层包覆在第二缓冲层外侧,所述第二涂覆层包覆在第一涂覆层外侧;所述第一涂覆层的折射率为n5;所述第二涂覆层的折射率为n6;n4≥n5,n6>n5。
5.如权利要求3所述的激光光纤,其特征在于:所述涂覆层为经过改性后的涂覆材料层。
6.如权利要求1所述的激光光纤,其特征在于:所述包层为非圆对称结构。
7.如权利要求6所述的激光光纤,其特征在于:所述包层为D字形、八边形、六边形或者梅花形。
8.一种激光光纤制造方法,其特征在于:其包括以下步骤,
(1)制作套管:基于OVD或VAD沉积法,在靶棒上沉积非缓冲层区域和第二缓冲层区域,沉积产生非缓冲层和第二缓冲层后玻璃化烧结,祛除靶棒获得套管;
(2)制作芯棒:基于MCVD方法,在沉积管中依次沉积第一缓冲层和芯部,沉积结束后萎缩成光纤预制棒芯棒;
(3)组装芯棒:基于RIC光棒技术,将步骤(1)中获得的套管和步骤(2)中获得的芯棒组装成光纤预制棒;
(4)拉制步骤(3)中获得光纤预制棒,获得权利要求1-7任一项所述的激光光纤。
9.如权利要求8所述的激光光纤制造方法,其特征在于:所述第一缓冲层和第二缓冲层均掺杂有Al、P共掺或F、Al、P共掺。
10.如权利要求8所述的激光光纤制造方法,其特征在于:所述芯部掺杂有Yb、Al或者P。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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