CN109343170B - 一种同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法 - Google Patents

一种同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法。采用在圆形掺镱光纤预制棒与外层石英玻璃管中间再次沉积一层掺镱石英层，呈现圆环形几何分布形状。之后将外层石英管与内部圆形光纤预制棒进行负压缩棒处理，使环形掺镱纤芯与外层石英管和圆形光纤预制棒融合，形成同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。之后对预制棒进行磨抛加工处理，使光纤包层形状为八角形。经拉丝后，涂覆低折射率涂料作为涂覆层，从而拉制成同轴双波导型掺镱光纤。该方法简单实用，具有较强的工艺灵活性，可制备不同芯包比的同轴双波导型掺镱光纤。增强了泵浦光在包层中与增益介质纤芯的相互作用，提高了光纤输出光场强度，可用于高功率光纤激光器相关器件的研制。

Description

一种同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤制备技术，具体涉及一种同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法，可应用于大功率光纤激光器研制领域。
背景技术
光纤激光器由于其良好的输出激光光束质量、高转换效率、较低的极光与之低成本、体积小、结构简单等优点，具有重大的研究价值和优势。而高功率光纤激光器又是未来发展的重要趋势。为了进一步研制出体积小、输出功率更高的光纤激光器，对现有光纤激光器中增益光纤的改进是必然的。因此使用多纤芯有源光纤作为增益介质的光纤激光器的出现可以有效解决器件小型化，输出功率高等问题。传统光纤激光器以掺镱双包层单模光纤作为增益介质，泵浦光经过纤芯放大而产生激光，但是这种结构泵浦光的耦合效率不高，因此对输出激光效率产生较大影响。
发明内容
发明目的在于提供了一种能够提高输出激光功率的新型同轴双波导型掺镱有源光纤及其制备方法。该制备方法采用在圆形掺镱光纤预制棒与外层石英玻璃管中间再次沉积一层掺镱石英层，呈现圆环形几何分布形状。之后将外层石英管与内部圆形掺镱光纤预制棒进行负压缩棒处理，使环形掺镱纤芯部分与外层石英管和圆形光纤预制棒融合在一起，形成同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。之后对制备好的光纤预制棒进行磨抛加工处理，使光纤包层形状为八角形。经光纤拉丝塔拉丝后，在光纤外涂覆低折射率涂料作为涂覆层，从而拉制成同轴双波导型掺镱有源光纤。
本发明的目的是这样实现的：一种同轴双波导型掺镱有源光纤，其特征在于，该光纤从内至外的结构依次为：中间掺镱纤芯、内包层、环形掺镱纤芯、外包层、内涂覆层、光纤保护涂覆层，所述的环形掺镱纤芯是在光纤内包层与外包层之间沉积的一层呈圆环形分布的掺镱石英层。
本发明所述的一种同轴双波导型掺镱有源光纤的制备方法，其特征在于，该制备方法有如下步骤：
一、制备圆形掺镱光纤预制棒作为同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒的中间部分
（1）、选择外径与内径尺寸适合的石英玻璃管作为圆形掺镱光纤预制棒的反应管。
（2）、将石英玻璃管接入MCVD车床，经过高温抛光后，在管壁内部沉积一定厚度隔离层和掺镱石英层形成空心棒。
（3）、将空心棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒，即制成中间掺镱纤芯层；
（4）、将棒体两端截断，得到圆形掺镱光纤预制棒。
二、制备环形掺镱纤芯层
（1）、重新选择一根大尺寸内径的石英玻璃管作为反应管，将其接入到MCVD车床，进行高温抛光。
（2）、同样在反应管壁内部沉积隔离层与掺镱石英层，根据设计的环形掺镱纤芯的半径和厚度，设定沉积石英层层数，制备出环形掺镱纤芯层。
三、得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒
（1）、掺镱石英芯层沉积完毕后，切断反应管与尾管连接部分。
（2）、将制备完的圆形掺镱光纤预制棒熔接在支撑棒上，并插入到反应管中间，使圆形掺镱预制棒长度略微超过反应管；在反应管尾端将尾管重新熔接。
（3）、再一次将棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒体；将棒体两端切断，得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。
四、制备成同轴双波导型掺镱有源光纤
（1）、将圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒在磨抛机进行八角形状加工处理，磨抛至设定的八角形几何尺寸，并对预制棒表面进行抛光处理。
（2）、在磨抛加工后的光纤预制棒尾端熔接一根支撑棒，将支撑棒卡在光纤拉丝塔顶端的夹盘中，准备拉丝。
（3）、在光纤拉丝塔上拉丝时，先在光纤外层涂覆一层低折射率紫外光固化树脂涂料作内涂覆层，经过紫外灯固化后，再一次涂覆一层聚丙烯酸脂涂料作外光纤保护涂覆层，即制备成同轴双波导型掺镱有源光纤。
同轴双波导型掺镱有源光纤即多纤芯有源光纤是具有多个增益介质的光纤，在光纤激光器上使用时，相当于多个光纤激光器并联使用，因此可以大幅度提高有源光纤的吸收效率，激光器输出功率以及出光效率也会得到提升。多纤芯光纤将多个掺稀土离子纤芯包在标准的多模硅基玻璃光纤中，为了提高输出光功率和同轴光密度，使用同一泵浦光源对多纤芯有源光纤进行泵浦，泵浦光可以经过所有的掺稀土离子纤芯而产生激光，相当于多个激光器同时工作，可以输出更高的功率。
与现有技术相比，本发明具有非常明显的优势：
1.光纤预制棒中环形掺镱纤芯和中间掺镱纤芯均用MCVD工艺方法制备，制备方法简单实用，可以随意调节掺镱纤芯的厚度和半径，掺镱环形芯厚度是由圆形掺镱光纤预制棒外径，外层石英反应管内径和沉积环形石英层厚度决定。不需受限于规格限定的石英玻璃棒成品，光纤芯径、芯包比等参数。
2.对于同轴双波导型掺镱有源光纤，可以根据泵浦的需要，灵活的选取所需要的不同尺寸的外层石英反应管以及插入的圆形掺镱光纤预制棒，光纤内包层直径和中间掺镱芯径由圆形掺镱光纤预制棒的外包层直径和芯层直径决定，形成不同型号规格的同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。
3.增强了泵浦光在包层中与增益介质纤芯的相互作用，提高了光纤输出光场强度，因此，该新型掺镱有源光纤可用于高功率光纤激光器相关器件的研制，在高功率光纤激光器领域拥有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明同轴双波导型掺镱有源光纤截面示意图；
图2为本发明采用的八角形加工夹具示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例，对本发明进行详细说明：
本发明采用的所有工艺设备均为本行业通用设备。
如图1所示，本发明的同轴双波导型掺镱有源光纤从内至外的结构依次为：中间掺镱纤芯6、内包层5、环形掺镱纤芯4、外包层3、内涂覆层2、光纤保护涂覆层1，环形掺镱纤芯4是在光纤内包层5与外包层3之间沉积的一层呈圆环形分布的掺镱石英层。
本发明的同轴双波导型掺镱有源光纤的制备方法为：
一、制备圆形掺镱光纤预制棒作为同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒的中间部分
（1）、选择外径与内径尺寸适合的石英玻璃管作为圆形掺镱光纤预制棒的反应管。
（2）、将石英玻璃管接入MCVD车床，经过高温2180℃抛光后，在管壁内部沉积一定厚度隔离层和掺镱石英层形成空心棒。
（3）、将空心棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒，即制成中间掺镱纤芯层。
（4）、将棒体两端截断，得到圆形掺镱光纤预制棒。
二、制备环形掺镱纤芯层
（1）、重新选择一根大尺寸内径的石英玻璃管作为反应管，将其接入到MCVD车床，进行高温2180℃抛光。
（2）、同样在反应管壁内部沉积隔离层与掺镱石英层，根据设计的环形掺镱纤芯的半径和厚度，设定沉积石英层层数，制备出环形掺镱纤芯层。
（3）、掺镱环形芯和中间掺镱纤芯具有相同的折射率
三、得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒
（1）、掺镱石英芯层沉积完毕后，切断反应管与尾管连接部分；掺镱石英芯层沉积完毕后，切断反应管与尾管连接部分。
（2）、将制备完的圆形掺镱光纤预制棒熔接在支撑棒上，并插入到反应管中间，使圆形掺镱预制棒长度略微超过反应管；在反应管尾端将尾管重新熔接。
（3）、再一次将棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒体；将棒体两端切断，得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。
四、制备成同轴双波导型掺镱有源光纤
（1）、将圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒在磨抛机进行八角形状加工处理，磨抛至设定的八角形几何尺寸，八角形加工夹具如图2所示，并对预制棒表面进行抛光处理。
（2）、在磨抛加工后的光纤预制棒尾端熔接一根支撑棒，将支撑棒卡在光纤拉丝塔顶端的夹盘中，准备拉丝。
（3）、在光纤拉丝塔上拉丝时，先在光纤外层涂覆一层低折射率紫外光固化树脂涂料作内涂覆层，经过紫外灯固化后，再一次涂覆一层聚丙烯酸脂涂料作外光纤保护涂覆层，即制备成同轴双波导型掺镱有源光纤。
具体实施例：外层石英反应管外径30mm，管壁厚2mm，沉积掺镱石英部分厚度2mm。制备圆形掺镱光纤预制棒石英反应管外径/内径尺寸25/21mm。经过MCVD工艺与缩棒处理后，预制棒直径13.5mm，中心掺镱芯部直径1.5mm。两部分组合后缩棒并经过八角形磨抛加工处理，制成同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒。在光纤拉丝塔上拉出制成同轴双波导型掺镱有源光纤，其标准外径400um，中间掺镱纤芯20um，环形掺镱纤芯厚度30um。将泵浦光注入光纤后，由于环形掺镱纤芯与中间掺镱纤芯之间的光场相干作用，使泵浦出激光能量大大增强。同轴双波导型掺镱有源光纤可应用于大功率光纤激光器的制作。

Claims (2)

1.一种同轴双波导型掺镱有源光纤的制备方法，其特征在于，该制备方法有如下步骤：
一、制备圆形掺镱光纤预制棒作为同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒的中间部分
（1）、选择外径与内径尺寸适合的石英玻璃管作为圆形掺镱光纤预制棒的反应管；
（2）、将石英玻璃管接入MCVD车床，经过高温抛光后，在管壁内部沉积一定厚度隔离层和掺镱石英层形成空心棒；
（3）、将空心棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒，即制成中间掺镱纤芯层；
（4）、将棒体两端截断，得到圆形掺镱光纤预制棒；
二、制备环形掺镱纤芯层
（1）、重新选择一根大尺寸内径的石英玻璃管作为反应管，将其接入到MCVD车床，进行高温抛光；
（2）、同样在反应管壁内部沉积隔离层与掺镱石英层，根据设计的环形掺镱纤芯的半径和厚度，设定沉积石英层层数，制备出环形掺镱纤芯层；
三、得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒
（1）、掺镱石英芯层沉积完毕后，切断反应管与尾管连接部分；
（2）、将制备完的圆形掺镱光纤预制棒熔接在支撑棒上，并插入到反应管中间，使圆形掺镱预制棒长度略微超过反应管；在反应管尾端将尾管重新熔接；
（3）、再一次将棒体进行缩棒处理，熔缩成实心棒体；将棒体两端切断，得到圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒；
四、制备成同轴双波导型掺镱有源光纤
（1）、将圆形同轴双波导型掺镱有源光纤预制棒在磨抛机进行八角形状加工处理，磨抛至设定的八角形几何尺寸，并对预制棒表面进行抛光处理；
（2）、在磨抛加工后的光纤预制棒尾端熔接一根支撑棒，将支撑棒卡在光纤拉丝塔顶端的夹盘中，准备拉丝；
（3）、在光纤拉丝塔上拉丝时，先在光纤外层涂覆一层低折射率紫外光固化树脂涂料作内涂覆层，经过紫外灯固化后，再一次涂覆一层聚丙烯酸脂涂料作外光纤保护涂覆层，即制备成同轴双波导型掺镱有源光纤。
2.如权利要求1所述的一种同轴双波导型掺镱有源光纤的制备方法，其特征在于，所述同轴双波导型掺镱有源光纤从内至外的结构依次为：中间掺镱纤芯（6）、内包层（5）、环形掺镱纤芯（4）、外包层（3）、内涂覆层（2）、光纤保护涂覆层（1），所述的环形掺镱纤芯（4）是在光纤内包层（5）与外包层（3）之间沉积的一层呈圆环形分布的掺镱石英层。
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