CN114355505A

CN114355505A - 一种激光整形光纤、其制备方法及应用

Info

Publication number: CN114355505A
Application number: CN202111667393.8A
Authority: CN
Inventors: 李粲; 黎宇; 陈章汝; 卢涛; 曹蓓蓓; 喻建刚; 孟悦
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Current assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114355505B

Abstract

本发明公开了一种激光整形光纤、其制备方法及应用。所述激光整形光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；所述纤芯包括几何对称的第一与第二掺杂区域；所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率形成。本发明提供的激光整形光纤，在保留不对称折射率设计的基础之上，通过几何对称的掺杂区域设计，在保证匀化效果的同时，提高应力分布的对称性，减少由于应力分布不对称导致的光纤结构缺陷，以及由于光纤结构缺陷导致的激光整形光纤温升、损耗的问题。另外，为了配合成熟的加工工艺，设计了圆形横截面的玻璃部分，从而减少形成掺杂区域时的加工缺陷，并且提高光纤尺寸加工工艺的精度，配合几何对称设计的掺杂区域，光纤尺寸精度更高，提高了产品批次之间的一致性。

Description

一种激光整形光纤、其制备方法及应用

技术领域

本发明属于光学与激光光电子领域，更具体地，涉及一种激光整形光纤、其制备方法及应用。

背景技术

随着光纤通信技术的迅猛发展，光纤的使用范围越来越广泛，近些年来，光纤不仅大量应用于常规通信领域，同时也被应用到工业激光领域，针对激光清洗、激光切割、激光焊接、补偿激光器的增益踏边效应等应用，急需高抗损伤阈值、光斑匀化效果好的特殊结构光纤，对激光光斑进行整形是发展的方向。例如在激光焊接应用中，为了获得优异的焊接质量同时防止飞溅，通常需要使加工点附近受热均匀，这就要求激光的功率密度是均匀的。

激光整形可以通过强度分布转换、角发散转换或偏振控制来实现，自由空间激光整形技术可应用于在自由空间或光波导结构中传播的任何类型的光束。这种技术通常局限于低转换效率、高成本维护和集成困难。随着光纤和光纤耦合光源的发展，在光纤中实现激光整形的技术提供了无与伦比的优势。中国专利文献CN108474906A提供了一种通过模式混合产生均匀平顶光的光纤，通过在纤芯中设置不对称的掺杂区域，从而尽可能更多的激发高阶模式，通过模式混合形成平顶光出射，实现激光整形。

然而几何不对称设计的掺杂区域，难以实现掺杂区域的大小和折射率精确控制，光纤制备过程难以做到标准可控，其制备的激光整形光纤的批次一致性差、次品率高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光整形光纤、其制备方法及应用，其目的在于光纤玻璃部分整体呈圆形，并在纤芯部分形成具有几何对称性的掺杂区域，从而减小由于不对称掺杂区域、以及非圆形玻璃部分的设计导致的加工难度增加，最终激光整形效果不稳定、批次之间一致性差、次品率高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光整形光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；

所述纤芯包括几何对称的第一与第二掺杂区域；

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。

优选地，所述激光整形光纤，其所述掺杂区域的横截面具有圆形或非圆形的外轮廓，所述掺杂区域横截面具有圆形外轮廓例如圆形、环形；所述掺杂区域横截面具有非圆形的外轮廓，例如扇形、正多边形，典型的正多边形如方形。

优选地，所述激光整形光纤，其第一与第二掺杂区域之间的距离在2～600μm范围内，所述第一与第二掺杂区域的距离为第一与第二掺杂区域最接近处的间隔；优选第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的1％至30％。

优选地，所述激光整形光纤，其所述掺杂区域内部可为均匀折射率分布、阶跃式折射率分布或渐变式折射率分布。

优选地，所述激光整形光纤，其所述第一与第二掺杂区域的相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％，所述第一掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第二掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％。

优选地，所述激光整形光纤，其所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂或异向掺杂同向掺杂及所述第一与第二掺杂区域同为高掺杂或同为低掺杂，所述异向掺杂即所述第一与第二掺杂区域其中之一为高掺杂且另一为低掺杂，优选所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第一与第二掺杂区域为异向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％。

优选地，所述激光整形光纤，其所述第一与第二掺区域所述第一掺杂区域与第二掺杂区域可采用不同的掺杂元素形成，所述纤芯除掺杂区域以外的其他部分优选为纯石英玻璃。

优选地，所述激光整形光纤，其所述纤芯的第一与第二掺杂区域在轴向上与纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心平行或成螺旋状。

优选地，所述激光整形光纤，其所述纤芯的横截形状为圆形或非圆形，优选所述圆形纤芯直径在20～3000μm；所述非圆形纤芯其横截面内存在的最大圆形的直径在20～3000μm之间。所述纤芯为非圆形时可以是中心对称或者不对称的，中心对称的非圆形纤芯如：正多边形、梅花形，典型正多边形纤芯如正方形，中心不对称的非圆形纤芯如：由前体圆形经弦切分形成的D型。优选所述纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5-30μm。

优选地，所述激光整形光纤，其所述包层具有折射率阶跃分布的一个或多个区域，所述包层靠近纤芯的区域与所述纤芯的相对折射率差在0.2％-2％。

按照本发明的另一个方面，提供了所述的激光整形光纤的制备方法，其包括以下步骤：

(1)在包括用于形成纤芯的横截面为圆形的基棒上，采用冷加工工艺形成与关于所述基棒中心几何对称的第一与第二通孔；

(2)在所述第一与第二通孔内分别相应插入用于形成所述第一与第二掺杂区域的第一棒组和第二棒组，形成基棒组；

(3)当还存在用于形成所述激光整形光纤其他部分的套管时，将所述基棒组与所述套管组合形成激光整形光纤预制棒；当不存在用于形成所述激光整形光纤其他部分的套管时，将所述基棒组作为激光整形光纤预制棒；

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。

优选地，所述激光整形光纤的制备方法，其步骤(1)当纤芯为圆形时，其基棒仅为用于形成圆形纤芯的芯棒或采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒；当所述光纤为非圆形纤芯时，优选采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒；例如当纤芯设计为非圆形时，将异形芯棒与用于形成至少部分包层的衬管嵌套并烧实，有必要的情况下，对其进行机加工形成圆形外形的基棒。

优选地，所述激光整形光纤的制备方法，其所述通孔为圆形；或

所述通孔具有与掺杂区域相应的横截面轮廓。

优选地，所述激光整形光纤的制备方法，其第一棒组和第二棒组，为具有和第一与第二掺杂区域折射率分布相应折射率的单棒或多根嵌套和/组合的多棒；优选，采用渐变沉积或匀质掺杂的单根棒作为单棒，例如芯棒、毛细管、套管嵌套烧实后形成的单根棒作为单棒；所述多棒为按照折射率分布设计的多根棒的划分组合和/或内外嵌套。

按照本发明的另一方面，提供了一种所述激光整形光纤的应用，其特征在于，用作平顶光发生器。

优选地，所述激光整形光纤的应用，其将所述激光整形光纤与激光器泵浦源或输出端熔接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的激光整形光纤的原理是：通过不对称的纤芯折射率设计，激发高阶模式，通过模式混合实现激光能量匀化。现有的不对称的纤芯不对称设计，采用几何不对称的掺杂区域实现，导致掺杂区域和纤芯其他区域成分及应力差异不对称，在光纤制备过程中往往难以控制应力分布导致光纤结构缺陷或加工难度大。本发明提供的激光整形光纤，在保留不对称折射率设计的基础之上，通过几何对称的掺杂区域设计，在保证匀化效果的同时，提高应力分布的对称性，减少由于应力分布不对称导致的光纤结构缺陷，以及由于光纤结构缺陷导致的激光整形光纤温升、损耗的问题。另外，为了配合成熟的加工工艺，设计了圆形横截面的玻璃部分，从而减少形成掺杂区域时的加工缺陷，并且提高光纤尺寸加工工艺的精度，配合几何对称设计的掺杂区域，光纤尺寸精度更高，提高了产品批次之间的一致性。

优选方案，通过精确的控制第一与第二掺杂区域的相对位置和面积占比，以及第一与第二掺杂区域的折射率设计，有效的提升了激光整形光纤的匀化效果。

优选方案，配合非圆形或者不对称的纤芯截面，或者配合偏芯设计的芯包结构，能更多的激发高阶模式，从而提高匀化效果。

本发明提供的激光整形光纤的制备方法，结合成熟的圆形基棒以及对称的通孔加工工艺，良品率高，加工精度高，批次之间的一致性好。优选方案，配合相应的拉丝工艺，可制作出轴向具有螺旋状的掺杂区域，具有更好的激光整形效果。

本发明提供的激光整形光纤，用作平顶光发生器，温升小、平顶光性能良好。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图3是本发明实施例3提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图4是本发明实施例4提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图5是本发明实施例5提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图6是本发明实施例6提供的激光整形光纤横截面结构示意图；

图7是本发明提供的激光整形光纤偏芯方案横截面结构示意图；

图8是本发明实施例7提供的激光整形光纤结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为纤芯，2为包层，3为掺杂区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；圆形横截面的玻璃部分，可以保证至少有一种方案能实现圆形定位的通孔加工。

所述纤芯的横截形状为圆形或非圆形，所述圆形纤芯直径在20～3000μm；所述非圆形纤芯其横截面内存在的最大圆形的直径在20～3000μm之间，以匹配激光发生器尾纤。所述纤芯为非圆形时可以是中心对称或者不对称的，中心对称的非圆形纤芯如：正多边形、梅花形，典型正多边形纤芯如正方形，中心不对称的非圆形纤芯如：由前体圆形经弦切分形成的D型。非圆形的纤芯能进一步激发高阶模式，由于更多的高阶模式被激发，混模匀化的效果更好。所述纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5-30μm。偏芯光纤在与激光器尾纤进行熔接后，同样可以激发更多的高阶模式，提高匀化效果。

所述纤芯包括几何对称的第一与第二掺杂区域，优选所述纤芯包括关于纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心对称的第一与第二掺杂区域；

所述掺杂区域的横截面具有圆形或非圆形的外轮廓，所述掺杂区域横截面具有圆形外轮廓，例如圆形、环形，圆形的直径在-200μm之间；所述掺杂区域横截面具有非圆形的外轮廓，例如扇形、正多边形，典型的正多边形如方形。第一与第二掺杂区域之间的距离在2～600μm范围内，所述第一与第二掺杂区域的距离为第一与第二掺杂区域最接近处的间隔；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的1％至30％；实验显示，第一与第二掺杂区域的距离越远，相对的匀化效果越好；而第一与第二掺杂区域的总面积越大，相对的匀化效果越好。然而由于第一与第二掺杂区域越大，可能的掺杂区域的总面积相对较小，故本发明提供的掺杂区域的距离和总面积占比，能有效的保证所述激光整形光纤获得具有较为显著的整形效果。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率形成，包括所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布或者所述第一掺杂区域与第二掺杂区域采用不同的掺杂元素形成相同的折射率分布。所述掺杂区域内部可为均匀折射率分布、阶跃式折射率分布或渐变式折射率分布。所述第一与第二掺杂区域的相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％，所述第一掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第二掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％。所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂或异向掺杂；同向掺杂及所述第一与第二掺杂区域同为高掺杂或同为低掺杂，所述异向掺杂即所述第一与第二掺杂区域其中之一为高掺杂且另一为低掺杂。所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第一与第二掺杂区域为异向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％。

材料的相对折射率差定义如下：

其中，n为材料的折射率，n_Si为纯石英折射率。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域可采用不同的掺杂元素形成，所述纤芯除掺杂区域以外的其他部分优选为纯石英玻璃。

所述纤芯的第一与第二掺杂区域在轴向上与纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心平行或成螺旋状。

所述包层具有折射率阶跃分布的一个或多个区域，所述包层靠近纤芯的区域与所述纤芯的相对折射率差在0.2％-2％。

本发明还公开了一种激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

(1)在包括用于形成纤芯的横截面为圆形的基棒上，采用冷加工工艺形成与关于所述基棒中心集合对称的第一与第二通孔；当基棒为圆形时，加工最为方便尤其是后续打孔步骤的定位，故当纤芯为圆形时，其基棒可仅为用于形成圆形纤芯的芯棒，亦可采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒；当所述光纤为非圆形纤芯时，则优选采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒，例如当纤芯设计为非圆形时，事先将异形芯棒与用于形成至少部分包层的衬管嵌套并烧实，有必要的情况下，例如纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴横向偏移设计、异形芯棒与圆形衬管烧实后形成的套管不圆度明显，可通过机加工形成圆形外形的基棒。

由于本发明提供的激光整形光纤，其玻璃部分整体横截面为圆形，因此至少可保证用于芯层和完整包层的玻璃棒横截面为圆形，可作为基棒使用。

所述通孔优选为圆形，优选所述通孔具有与掺杂区域相应的横截面轮廓，亦可形成扇形、方形、其他正多边形以及其他异形的通孔。

(2)在所述第一与第二通孔内分别相应插入用于形成所述第一与第二掺杂区域的第一棒组和第二棒组，形成基棒组；所述第一与第二棒组具有和第一与第二掺杂区域相应的横截面形状；

较为复杂的，亦可采用仅用于形成芯层的圆形基棒，在形成通孔后，插入异形的第一与第二棒组，烧实后进行机加工形成相应形状，如D型、正方形的基棒组，故基棒为圆形而基棒组可为圆形或非圆形。该工艺虽较为复杂，然而可以形成尺寸较为准确的非圆形芯层和和/或非圆形掺杂区域，尤其是适用于圆形通孔和异形棒组的嵌套，避免由于加工精度导致、通孔和异形孔。

而第一棒组和第二棒组，则可根据相应的折射率分布要求，为具有相应折射率的单棒或多根嵌套和/组合的多棒。单棒的方案，可采用渐变沉积或匀质掺杂的单根棒作为单棒，芯棒、毛细管、套管嵌套烧实后形成的单根棒作为单棒；多棒的方案，则按照折射率分布设计的多根棒的划分组合和/或内外嵌套，例如多个扇形横截面棒的组合、圆形及一个或多个环形的棒或管的嵌套。

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。一般而言需要在拉丝后涂覆有机地折射率涂层形成激光整形光纤。

本发明提供的激光整形光纤的制备方法，在圆形基棒上打通孔，定位和加工技术同较为成熟的具有应力棒的保偏光纤，如熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤，相对于不对称的加工方式，不但精度高，且应力差异较小。相对于不对称型的激光整形光纤，拉丝难度大大降低，成品率高，且产品一致性好。

本发明提供的激光整形光纤，用作平顶光发生器，输出平顶化光束能量；

将所述激光整形光纤与激光器泵浦源或输出端熔接，即可输出大模场的平顶化光束能量。

以下为实施例：

实施例1

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图1所示：

纤芯为圆形，圆形纤芯其横截面圆形的直径为200μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5μm。

所述纤芯包括关于纤芯几何中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为圆形，第一与第二掺杂区域之间的距离为45μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的20％。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。所述掺杂区域内部为均匀折射率分布，所述第一与第二掺杂区域为异向掺杂；第一掺杂区域与第二掺杂区域的相对折射率差为0.3％；除掺杂区域外纤芯其他区域为石英玻璃。

所述纤芯的第一与第二掺杂区域在轴向上与纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心平行。

所述包层阶跃折射率，为掺F低折射率石英包层，包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为1.14％，包层直径是220μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

(1)在包括用于形成纤芯的横截面为圆形的基棒上，采用冷加工工艺形成与关于所述基棒中心集合对称的第一与第二通孔；

基棒为纯石英圆形芯棒，冷加工打圆形孔。

第一棒组和第二棒组为具有相应折射率的圆形实心棒，即为单棒。

(3)再与用于形成包层的掺氟套管组合，形成激光整形光纤预制棒，熔缩烧实或者拉伸烧实。

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。涂覆后形成低折射率涂层的光纤外径在400um。

本发实施例制备的激光整形光纤，用作平顶光发生器，输出平顶化光束能量；将1080nm的单模光源作为输入的信号光源，注入到平顶光发生器中，利用CCD对最终输出的远场光斑进行成像。

BPP＞6.5mm*mrad，典型值例如8mm*mrad。

实施例2

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图2所示：

纤芯为圆形，圆形纤芯其横截面圆形的直径为105μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5μm。

所述纤芯包括关于纤芯几何中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为环形，第一与第二掺杂区域之间的距离为20μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的10％。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。所述掺杂区域内部为阶跃式折射率分布。所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂；第一与第二掺杂区域的环形部分具有最大的相对折射率，环形掺杂区域内部皆为纯石英，第一与第二掺杂区域相对折射率最大值的差值为0.02％，；除掺杂区域外纤芯其他区域为石英玻璃。

所述包层阶跃折射率，为掺F低折射率石英包层，包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为0.6％，包层直径是125μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

基棒为纯石英圆形芯棒，冷加工打圆形孔。

第一棒组为多棒，包括第一掺杂区域相应最大相对折射率的套管和内嵌的纯石英实心棒；第二棒组为多棒，包括第二掺杂区域相应最大相对折射率的套管和内嵌的纯石英实心棒。

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。涂覆后形成低折射率涂层的光纤外径在245um。

BPP＞3mm*mrad，典型值例如5mm*mrad。

实施例3

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图3所示：

纤芯为圆形，圆形纤芯其横截面圆形的直径为50μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5μm。

所述纤芯包括关于纤芯几何中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为方形，第一与第二掺杂区域之间的距离为5μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的25％。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。所述掺杂区域内部为均匀折射率分布。所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂；第一掺杂区域与第二掺杂区域的相对折射率差为0.005％；除掺杂区域外纤芯其他区域为石英玻璃。

所述包层包括两层掺F包层，内包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为0.6％，外径70μm；外包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为1.14％，外径360μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

基棒为纯石英圆形芯棒和用于形成内包层的掺氟套管烧实形成的具有阶跃型折射率分布的圆形实心棒，冷加工打方形孔。

第一棒组和第二棒组为具有相应折射率的方形实心棒，即为单棒。

(3)再与用于形成外包层的掺氟套管组合，形成激光整形光纤预制棒，熔缩烧实或者拉伸烧实。

BPP＞1mm*mrad，典型值例如2mm*mrad。

实施例4

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图4所示：

纤芯为圆形，圆形纤芯其横截面圆形的直径为1000μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移30μm。

所述纤芯包括关于纤芯几何中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为方形，第一与第二掺杂区域之间的距离为200μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的12％。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。所述掺杂区域内部为渐变式折射率分布。所述第一与第二掺杂区域为异向掺杂，第一与第二掺杂区域相对折射率最大值的差值为0.3％；除掺杂区域外纤芯其他区域为石英玻璃。

所述包层渐变折射率，为掺F低折射率石英包层，包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为2％，包层直径是1200μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

基棒为纯石英圆形芯棒，冷加工打方形孔。

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝并形成低折射率涂层。

实施例5

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图5所示：

纤芯为D型，D型纤芯其横截面内存在的最大的圆形的直径在2500μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移20μm。

所述纤芯包括关于D型纤芯前体圆形的中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为圆形，第一与第二掺杂区域之间的距离为550μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的18％。

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率分布。所述掺杂区域内部为渐变式折射率分布，所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂；第一与第二掺杂区域相对折射率最大值的差值为0.2％；除掺杂区域外纤芯其他区域为石英玻璃。

所述包层阶跃折射率，为掺F低折射率石英包层，包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为1.5％，包层直径是3000μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

采用仅用于形成芯层的圆形基棒，在形成圆形通孔。

插入圆形的第一与第二棒组，烧实熔缩后进行机加工形成D型。

(3)再与用于形成包层的掺氟套管组合，熔缩烧实或者拉伸烧实后机加工为圆形，形成激光整形光纤预制棒；

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝并形成低折射率涂层。

实施例6

一种激光整形光纤，为多模光纤，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；结构如图6所示：

纤芯为方形，方形纤芯其横截面内切圆的直径为600μm，纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移12μm。

所述纤芯包括关于纤芯几何中心对称的第一与第二掺杂区域；所述掺杂区域的横截面为方形，第一与第二掺杂区域之间的距离为300μm；第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的17％。

所述包层包括两层掺F包层，内包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为0.6％，外径660μm；外包层与纤芯石英玻璃部分的相对折射率差为1.14％，外径720μm。

本实施例提供的激光整形光纤的制备方法，包括如下步骤：

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。

实施例1至6的纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移的示意图如图7所示。

实施例7

本实施例提供的激光整形光纤，横截面的结构、尺寸以及折射率分布皆同实施例1，区别仅在于所述纤芯的第一与第二掺杂区域在轴向上与纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心平行成螺旋状，如图8所示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种激光整形光纤，其特征在于，其具有圆形横截面的玻璃部分由内而外依次包括：纤芯和包层；

所述纤芯包括几何对称的第一与第二掺杂区域；

所述第一掺杂区域与第二掺杂区域具有不同的折射率形成。

2.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述掺杂区域的横截面具有圆形或非圆形的外轮廓，所述掺杂区域横截面具有圆形外轮廓例如圆形、环形；所述掺杂区域横截面具有非圆形的外轮廓，例如扇形、正多边形，典型的正多边形如方形。

3.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，第一与第二掺杂区域之间的距离在2～600μm范围内，所述第一与第二掺杂区域的距离为第一与第二掺杂区域最接近处的间隔；优选第一与第二两个掺杂区域的总面积占所述纤芯总面积的1％至30％。

4.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述掺杂区域内部可为均匀折射率分布、阶跃式折射率分布或渐变式折射率分布。

5.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述第一与第二掺杂区域的相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％，所述第一掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第二掺杂区域与纤芯其他部分的相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％。

6.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂或异向掺杂同向掺杂及所述第一与第二掺杂区域同为高掺杂或同为低掺杂，所述异向掺杂即所述第一与第二掺杂区域其中之一为高掺杂且另一为低掺杂，优选所述第一与第二掺杂区域为同向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.002％-0.2％，所述第一与第二掺杂区域为异向掺杂时其相对折射率差最大值之差在0.005％-0.5％。

7.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述第一与第二掺区域所述第一掺杂区域与第二掺杂区域可采用不同的掺杂元素形成，所述纤芯除掺杂区域以外的其他部分优选为纯石英玻璃。

8.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述纤芯的第一与第二掺杂区域在轴向上与纤芯几何中心或纤芯前体圆形的中心平行或成螺旋状。

9.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述纤芯的横截形状为圆形或非圆形，优选所述圆形纤芯直径在20～3000μm；所述非圆形纤芯其横截面内存在的最大圆形的直径在20～3000μm之间。所述纤芯为非圆形时可以是中心对称或者不对称的，中心对称的非圆形纤芯如：正多边形、梅花形，典型正多边形纤芯如正方形，中心不对称的非圆形纤芯如：由前体圆形经弦切分形成的D型。优选所述纤芯几何中心轴或纤芯前体圆形的中心轴与光纤的几何中心轴重合或横向偏移5-30μm。

10.如权利要求1所述的激光整形光纤，其特征在于，所述包层具有折射率阶跃分布的一个或多个区域，所述包层靠近纤芯的区域与所述纤芯的相对折射率差在0.2％-2％。

11.如权利要求1至10任意一项所述的激光整形光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)将所述激光整形光纤预制棒拉丝。

12.如权利要求11所述的激光整形光纤的制备方法，其特征在于，步骤(1)当纤芯为圆形时，其基棒仅为用于形成圆形纤芯的芯棒或采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒；当所述光纤为非圆形纤芯时，优选采用具有用于形成纤芯和至少部分包层的横截面为圆形的基棒；例如当纤芯设计为非圆形时，将异形芯棒与用于形成至少部分包层的衬管嵌套并烧实，有必要的情况下，对其进行机加工形成圆形外形的基棒。

13.如权利要求11所述的激光整形光纤的制备方法，其特征在于，所述通孔为圆形；或

所述通孔具有与掺杂区域相应的横截面轮廓。

14.如权利要求11所述的激光整形光纤的制备方法，其特征在于，第一棒组和第二棒组，为具有和第一与第二掺杂区域折射率分布相应折射率的单棒或多根嵌套和/组合的多棒；优选，采用渐变沉积或匀质掺杂的单根棒作为单棒，例如芯棒、毛细管、套管嵌套烧实后形成的单根棒作为单棒；所述多棒为按照折射率分布设计的多根棒的划分组合和/或内外嵌套。

15.如权利要求1至10任意一项所述的激光整形光纤的应用，其特征在于，用作平顶光发生器。

16.如权利要求15所述的激光整形光纤的应用，其特征在于，将所述激光整形光纤与激光器泵浦源或输出端熔接。