CN111965758A - 用于高功率激光光束质量优化器件、测试装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高功率激光光束质量优化器件，由渐变折射率多模光纤通过熔融拉锥后形成；渐变折射率多模光纤经过熔融拉锥之后，加热的区域会形成锥区，包括腰区和过渡区；过渡区介于腰区与未熔融拉锥的区域之间，直径随着远离腰区而逐渐变大；两边未熔融拉锥的区域仍是渐变折射率多模光纤。本发明基于渐变折射率多模光纤的自映像效应与克尔效应，实现将高功率激光器输出的杂乱散斑转化为类基模光斑，提升光束质量；提供的器件方案具有结构紧凑、制作简单、低价格成本和兼容其它光纤器件的优点。

Description

用于高功率激光光束质量优化器件、测试装置及制备方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种用于高功率激光光束质量优化器件、测试装置及制备方法。

背景技术

在高功率光纤激光器中，非线性效应限制了功率的提升，通过引入大模场面积光纤可以有效抑制非线性效应，但同时也引入了模式不稳定，造成了输出的高功率光束质量的劣化，限制了高功率光纤激光器功率的进一步提升和应用。常见的提升高功率光束质量的方法包括使用长锥形的增益光纤、改变增益光纤掺杂浓度、选取光纤最佳盘绕半径、改变泵浦驱动电源频率等，但上述方法存在着成本较高、操作复杂或者可靠性低等问题，不利于实际应用。

发明内容

为了解决现有技术中的高功率光纤激光器输出的光束质量差的问题，本发明提出一种用于高功率激光光束质量优化器件、测试装置及制备方法，器件基于自映像效应和克尔效应的原理，具有结构简单、成本低廉、制作简单、兼容性强的优点。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种用于高功率激光光束质量优化器件，由渐变折射率多模光纤通过熔融拉锥后形成；渐变折射率多模光纤经过熔融拉锥之后，加热的区域会形成锥区，包括腰区和过渡区；过渡区介于腰区与未熔融拉锥的区域之间，直径随着远离腰区而逐渐变大；两边未熔融拉锥的区域仍是渐变折射率多模光纤。

进一步地，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为50或62.5微米，包层直径为125微米。

进一步地，拉锥后的渐变折射率多模光纤的腰区直径为10微米，锥区长度为5.0厘米，光纤总长度为1米，未拉锥区的纤芯直径为50或62.5微米，包层直径为125微米。

另一方面，本发明还提供一种用于高功率激光光束质量优化器件的测试装置，包括所述用于高功率激光光束质量优化器件，还包括高功率激光器、准直器、聚焦透镜、玻片和CCD相机；

将高功率激光器的输出光通过准直器和聚焦透镜耦合进固定在玻片上的用于高功率激光光束质量优化器件中，在光纤的输出端用CCD相机记录光斑。

再一方面，本发明还提供一种用于高功率激光光束质量优化器件的制备方法，包括如下步骤：

剥去渐变折射率多模光纤中心部分的涂覆层，并用酒精擦拭干净；

在酒精灯的作用下采用熔融拉锥的方法将光纤中心部分拉锥成为最小直径为10微米的锥区，其它区域保持不变；

将拉锥好的微纳光纤的两端固定在玻片上。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明通过对渐变折射率多模光纤拉锥，可以有效减小纤芯的面积，有效地提升了光纤的非线性，促进了模式之间的非线性能量耦合，从而降低了克尔自清洁发生的功率阈值。

本发明基于渐变折射率多模光纤的自映像效应与克尔效应，实现将高功率激光器输出的杂乱散斑转化为类基模光斑，提升光束质量；提供的器件方案具有结构紧凑、制作简单、低价格成本和兼容其它光纤器件的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是在熔融拉锥后的渐变折射率多模光纤的结构示意图；

图2是测试高功率激光光束质量优化效果的装置示意图；

图3是高功率激光器输出的光斑图；

图4图是采用高功率激光光束质量优化器件后的光斑优化效果图；

图5是高功率激光经过未拉锥的渐变折射率多模光纤后输出的光斑图；

附图标记说明：

1、高功率激光器；2、准直器；3、聚焦透镜；4、熔融拉锥的渐变折射率多模光纤；5、玻片；6、CCD相机；41、锥区；411、腰区、412、过渡区；42、未熔融拉锥的区域。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种用于高功率激光光束质量优化器件，由渐变折射率多模光纤通过熔融拉锥后形成，形成中间细两头粗的结构，两边仍是渐变折射率多模光纤；渐变折射率多模光纤经过熔融拉锥之后，加热的区域会形成锥区41，包括腰区411和过渡区412。其中，腰区411的直径为10微米，过渡区412介于腰区41与未熔融拉锥的区域42之间，直径随着远离腰区而逐渐变大，未熔融拉锥的区域42就是普通的渐变折射率多模光纤。

本实施例中，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为62.5微米，包层直径为125微米。

拉锥后的渐变折射率光纤的腰区直径为10微米，锥区长度为5.0厘米，光纤总长度为1米，未拉锥区的纤芯直径为62.5微米，包层直径为125微米。

实施例2

如图2所示，本发明还提供一种用于高功率激光光束质量优化器件的测试装置，包括高功率激光器1、准直器2、聚焦透镜3、熔融拉锥的渐变折射率多模光纤(用于高功率激光光束质量优化器件)4、玻片5和CCD相机6；

将高功率激光器1的输出光通过准直器2和聚焦透镜3耦合进固定在玻片5上的熔融拉锥的渐变折射率多模光纤(用于高功率激光光束质量优化器件)4中，在光纤的输出端用CCD相机6记录光斑。

图3为输入熔融拉锥的渐变折射率多模光纤之前的杂散光斑，图4为经过了熔融拉锥的渐变折射率多模光纤以后的清洁光斑，图5为高功率激光经过未熔融拉锥的渐变折射率多模光纤输出的光斑。输入光纤之前的高功率激光光斑为杂散光斑，经过熔融拉锥的光纤之后，光斑从杂散状态变成光强往中心聚集的类基模光斑，光斑的质量得到极大的改善。而相同的高功率激光经过相同长度的未拉锥的多模光纤，输出的光斑仍然是一个散斑。由此可见熔融拉锥的渐变折射率多模光纤对高功率激光光束质量有优化的作用。

实施例3

本发明还提供一种用于高功率激光光束质量优化器件的制备方法，包括如下步骤：

(1)剥去渐变折射率多模光纤中心部分的涂覆层，并用酒精擦拭干净；

(2)在酒精灯的作用下采用熔融拉锥的方法将光纤中心部分拉锥成为最小直径为10微米的锥区，其它区域保持不变；

(3)将拉锥好的微纳光纤两端固定在玻片上。

由于渐变折射率多模光纤的自映像效应，激光在进入光纤后在纤芯内形成周期性的光强调制。克尔效应会在纤芯内引起周期性的折射率调制，形成类似长周期光纤光栅的结构，满足准相位匹配条件的不同模式之间会有非线性的能量耦合。当入射光满足一定的功率阈值条件，能量从高阶模式不可逆转地集中到基模，最终光纤的输出从一个杂乱的散斑转变为一个强度呈高斯分布的亮斑，也就是克尔自清洁现象。本发明通过对渐变折射率多模光纤拉锥，可以有效减小纤芯的面积，有效地提升了光纤的非线性，促进了模式之间的非线性能量耦合，从而降低了克尔自清洁发生的功率阈值。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于高功率激光光束质量优化器件，其特征在于，由渐变折射率多模光纤通过熔融拉锥后形成；渐变折射率多模光纤经过熔融拉锥之后，加热的区域会形成锥区，包括腰区和过渡区；过渡区介于腰区与未熔融拉锥的区域之间，直径随着远离腰区而逐渐变大；两边未熔融拉锥的区域仍是渐变折射率多模光纤。

2.根据权利要求1所述的用于高功率激光光束质量优化器件，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为50或62.5微米，包层直径为125微米。

3.根据权利要求1所述的用于高功率激光光束质量优化器件，其特征在于，拉锥后的渐变折射率多模光纤的腰区直径为10微米，锥区长度为5.0厘米，光纤总长度为1米，未拉锥区的纤芯直径为50或62.5微米，包层直径为125微米。

4.一种用于高功率激光光束质量优化器件的测试装置，其特征在于，包括如权利要求1-3任一所述的用于高功率激光光束质量优化器件，还包括高功率激光器、准直器、聚焦透镜、玻片和CCD相机；

将高功率激光器的输出光通过准直器和聚焦透镜耦合进固定在玻片上的用于高功率激光光束质量优化器件中，在光纤的输出端用CCD相机记录光斑。

5.一种用于高功率激光光束质量优化器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

剥去渐变折射率多模光纤中心部分的涂覆层，并用酒精擦拭干净；

在酒精灯的作用下采用熔融拉锥的方法将光纤中心部分拉锥成为最小直径为10微米的锥区，其它区域保持不变；

将拉锥好的微纳光纤的两端固定在玻片上。

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