CN115480339A - 一种掺镱高功率激光光纤、预制棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于光纤技术领域，提供一种掺镱高功率激光光纤，所述光纤的纤芯直径为32‑36微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为440‑470微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3～0.35mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为1.9～2.2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为2.8～3.5mol％，其余为SiO2，所述纤芯与纯石英的折射率差为0.002～0.0025；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。本申请实施例提供的掺镱高功率激光光纤，掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，相比于现有技术，三者更加匹配，同时，所制备的Yb2O3‑Al2O3‑P2O5体系掺镱光纤折射率剖面为平坦型，使得光纤在高功率条件下能稳定、高效运转。

Description

一种掺镱高功率激光光纤、预制棒及其制备方法
技术领域
本申请属于光纤技术领域，尤其涉及一种掺镱高功率激光光纤、预制棒及其制备方法。
背景技术
掺镱激光光纤是1微米光纤激光器的核心部件，随着光纤激光器技术的发展，激光功率也从最初的瓦级发展到万瓦级，随着激光功率的提升，光纤容易出现光子暗化、模式不稳定、非线性效应等现象，制约激光功率的进一步提升。
制约激光功率提升的重要因素是光子暗化现象，即激光输出随着时间的增加而下降，抑制光子暗化的方法通常是在光纤制备过程中掺杂五氧化二磷，这一点已成为行业共识，但五氧化二磷的加入一方面会引起纤芯折射率的变化，折射率过高容易导致光纤中模式过多，降低模式不稳定阈值，折射率过低，又容易导致光纤弯曲损耗高，另一方面，五氧化二磷的加入又会导致光纤吸收系数变小，使得光纤使用长度更长，而光纤的非线性增益系数跟光纤使用长度成正比，增加使用长度意味着光纤在高功率条件下更容易发生非线性效应。为了降低高功率激光光纤的功率密度，减少由于功率密度过高引起的激光损伤或者非线性效应，高功率激光光纤往往需要较大的纤芯尺寸，然而，根据
Figure BDA0003868564790000011
其中a为纤芯半径，n芯为纤芯折射率，n包为包层折射率，λ为激光波长，V值越大，光纤中传导的模式越多，光束质量越差，由公式可知大纤芯尺寸会导致光束质量变差，需要更低的纤芯折射率与之匹配。综上，光子暗化受到掺杂组分的影响，而掺杂组分又影响光纤的吸收系数和纤芯折射率，纤芯折射率和纤芯尺寸又影响光纤的光束质量，吸收系数又间接影响光纤的非线性效应，因此，纤芯掺杂组分、纤芯折射率、纤芯尺寸三者相互制约，共同决定激光光纤在高功率条件下的综合表现。
现有技术没有提供很好的兼顾光纤几何尺寸、掺杂组分、纤芯折射率的方案，使得现有技术的激光光纤在高功率条件下，稳定性和高效运转性能等表现不佳。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供掺镱高功率激光光纤，旨在解决现有技术的激光光纤在高功率条件下，稳定性和高效运转性能等表现不佳。
本申请实施例是这样实现的，一种掺镱高功率激光光纤，所述光纤的纤芯直径为32-36微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为440-470微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3～0.35mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为1.9～2.2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为2.8～3.5mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
本申请实施例的另一目的在于提供一种掺镱高功率激光光纤预制棒的制备方法，包括采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，以及对所述母棒进行外形加工，得到包层的外形为正八边形、芯包比符合预设比例的掺镱高功率激光光纤预制棒的步骤；所述采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，，具体包括：疏松体沉积步骤、溶液浸泡步骤、干燥步骤、热处理步骤、塌缩步骤；其中，所述塌缩步骤具体包括八个步骤，条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78～82升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：82～86升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：86～90升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：90～94升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：94～98升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：98～102升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：102～106升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：200～400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：110～114升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：100～200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
本申请实施例的另一目的在于提供一种掺镱高功率激光光纤预制棒，所述预制棒通过上述掺镱高功率激光光纤预制棒制备方法制得。
本申请实施例的另一目的在于提供一种掺镱高功率激光光纤制备方法，对上述方法制备的掺镱高功率激光光纤预制棒进行拉丝，得到掺镱高功率激光光纤。
本申请实施例提供的掺镱高功率激光光纤，掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，相比于现有技术，三者更加匹配，同时，所制备的Yb2O3-Al2O3-P2O5体系掺镱光纤折射率剖面为平坦型，使得光纤在高功率条件下能稳定、高效运转。
附图说明
图1是本申请实施例1的光纤折射率剖面图；
图2是本申请实施例1的光纤的激光效率图；
图3是本申请实施例1的光纤的光束质量参数图；
图4是本申请实施例1的光纤的激光光谱图；
图5是本申请实施例1的光纤的输出功率与时间的变化关系图；
图6是本申请实施例2的光纤折射率剖面图；
图7是本申请实施例2的光纤的激光效率图；
图8是本申请实施例2的光纤的光束质量参数图；
图9是本申请实施例2的光纤预的激光光谱图；
图10是本申请实施例2的光纤的输出功率与时间的变化关系图；
图11是本申请对比例1的光纤的激光效率图；
图12是本申请对比例2的光纤折射率剖面图；
图13是本申请对比例2的光纤的激光光谱图；
图14是本申请对比例3的光纤的输出功率与时间的变化关系图；
图15是本申请对比例4的光纤的光束质量参数图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供了一种掺镱高功率激光光纤，所述光纤的纤芯直径为32-36微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为440-470微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3～0.35mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为1.9～2.2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为2.8～3.5mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
本申请实施例提供的掺镱高功率激光光纤，掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，相比于现有技术，三者更加匹配，同时，所制备的Yb2O3-Al2O3-P2O5体系掺镱光纤折射率剖面为平坦型，使得光纤在高功率条件下能稳定、高效运转。
作为本发明一种优选的实施例，掺镱高功率激光光纤的纤芯直径为34微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为460微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.32mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为3.1mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
作为本发明一种优选的实施例，掺镱高功率激光光纤的纤芯直径为33微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为465微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为2.1mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为3.2mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
本发明实施例提供一种上述掺镱高功率激光光纤预制棒的制备方法，包括采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，以及对所述母棒进行外形加工，得到包层的外形为正八边形、芯包比符合预设比例的掺镱高功率激光光纤预制棒的步骤；所述采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，具体包括：疏松体沉积步骤、溶液浸泡步骤、干燥步骤、热处理步骤、塌缩步骤；其中，所述塌缩步骤具体包括八个步骤，条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78～82升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：82～86升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：86～90升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：90～94升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：94～98升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：98～102升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：102～106升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：200～400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：110～114升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：100～200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
在此需要说明的是，本发明实施例中的疏松体沉积步骤、溶液浸泡步骤、干燥步骤、热处理步骤可以参考文献(Materials for high-power fiber lasers，J.Kirchhof，2006)进行，在实际应用中，本领域人员可以理解，与上述步骤相似的制备工艺均可以对上述步骤进行替换，本实施例中疏松体沉积步骤、溶液浸泡步骤、干燥步骤、热处理步骤的步骤及条件的选择，并不对本发明的保护范围构成限制。
本发明实施例提供的一种掺镱高功率激光光纤预制棒，所述预制棒通过上述掺镱高功率激光光纤预制棒制备方法制得。
本发明实施例提供的一种掺镱高功率激光光纤预制棒，通过该预制棒制得的光纤掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，相比于现有技术，三者更加匹配，同时，所制备的Yb2O3-Al2O3-P2O5体系掺镱光纤折射率剖面为平坦型，使得光纤在高功率条件下能稳定、高效运转。
作为本发明的一种优选的实施例，所述塌缩步骤的八个步骤的条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：80升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：84升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：88升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：92升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：96升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：100升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：104升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：300毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：112升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：100毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
作为本发明的一种优选的实施例，所述塌缩步骤的八个步骤的条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：82升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：86升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：90升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：94升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：98升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：102升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：110升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
进一步的，本发明提供一种掺镱高功率激光光纤制备方法，对上述方法制备形成掺镱高功率激光光纤预制棒进行拉丝制得。
本申请实施例提供的掺镱高功率激光光纤制备方法，掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，相比于现有技术，三者更加匹配，同时，所制备的Yb2O3-Al2O3-P2O5体系掺镱光纤折射率剖面为平坦型，使得光纤在高功率条件下能稳定、高效运转。
以下给出本申请某些实施方式的实施例，其目的不在于对本申请的范围进行限定。
实施例1
通过以下步骤制备高功率激光光纤预制棒：
疏松体沉积：通过六氟化硫和氧气在高温下将石英管内壁刻蚀，然后通过四氯化硅等原料气体，在1500摄氏度左右反应生成二氧化硅疏松体。
溶液浸泡：配制所需掺杂物的乙醇溶液，将上述疏松体浸泡在溶液中，浸泡时间大于30分钟。
干燥：浸泡后向石英管内通入氯气等1100℃将疏松体脱水干燥。
热处理：向石英管内通入氧气等在1400℃热处理。
塌缩步骤：塌缩步骤包括八个步骤，条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：80升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：84升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：88升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：92升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：96升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：100升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：104升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：300毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：112升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：100毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟，得到母棒。
外形加工：对母棒进行外形加工，得到包层的外形为正八边形、芯包比符合预设比例的掺镱高功率激光光纤预制棒。
拉丝：对预制棒进行拉丝处理，制得掺镱高功率激光光纤，该光纤的纤芯直径为34微米，包层为正八边形，正八边形面对面距离为460微米；纤芯掺杂组分为Yb2O3：0.32mol％，Al2O3：2mol％，P2O5：3.1mol％，其余为SiO2。
图1为本发明实施例1的光纤折射率剖面图，采用P104折射率分布测试仪测试折射率分布，折射率分布为平坦型，与纯石英的折射率差值为0.0023。
图2为用MOPA放大结构测试本发明实施例1的光纤的激光效率图，剥除包层光后激光效率为82.1％，由于受限于泵浦源功率，实现了6400瓦的激光输出，本领域技术人员可以理解，在泵浦源功率更大的情况下，可以实现大于6400瓦的激光输出。
图3为用PRIMES软件测试得到的本发明实施例1的光纤的光束质量参数图，其bpp值为2.840。
图4为用光谱仪记录得到本发明实施例1的光纤的激光光谱图，记录结果为没有观测到1130nm位置的拉曼峰。
图5为记录本发明实施例1的光纤的输出功率与时间的变化关系(老化曲线)，500小时功率下降0.8％。
实施例2
通过以下步骤制备高功率激光光纤预制棒：
疏松体沉积：通过六氟化硫和氧气在高温下将石英管内壁刻蚀，然后通过四氯化硅等原料气体，在1500摄氏度左右反应生成二氧化硅疏松体。
溶液浸泡：配制所需掺杂物的乙醇溶液，将上述疏松体浸泡在溶液中，浸泡时间大于30分钟。
干燥：浸泡后向石英管内通入氯气等1100℃将疏松体脱水干燥。
热处理：向石英管内通入氧气等在1400℃热处理。
塌缩步骤：塌缩步骤包括八个步骤，条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：82升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：86升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：90升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：94升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：98升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：102升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：110升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟，得到母棒。
外形加工：对母棒进行外形加工，得到包层的外形为正八边形、芯包比符合预设比例的掺镱高功率激光光纤预制棒。
拉丝：对母棒进行拉丝处理，制得掺镱高功率激光光纤，该光纤的纤芯直径为33微米，包层为正八边形，正八边形面对面距离为465微米；纤芯掺杂组分为Yb2O3：0.0.3mol％，Al2O3：2.1mol％，P2O5：3.2mol％，其余为SiO2。
图6为本发明实施例2的光纤折射率剖面图，采用P104折射率分布测试仪测试折射率分布，折射率分布为平坦型，与纯石英的折射率差值为0.0021。
图7为用MOPA放大结构测试本发明实施例2的光纤的激光效率图，剥除包层光后激光效率为80.1％，由于受限于泵浦源功率，实现了6260瓦的激光输出，本领域技术人员可以理解，在泵浦源功率更大的情况下，可以实现大于6260瓦的激光输出。
图8为用PRIMES软件测试得到的本发明实施例2的光纤的光束质量参数图，其bpp值为2.904。
图9为用光谱仪记录得到本发明实施例2的光纤的激光光谱图，记录结果为没有观测到1130nm位置的拉曼峰。
图10为记录本发明实施例2的光纤的输出功率与时间的变化关系图(老化曲线)，500小时功率下降1.2％。
对比例1
将实施例2中的光纤纤芯直径改为39微米，其余保持不变，采用MOPA放大结构测试光纤激光输出，剥除包层光后激光效率为69％，如图11所示，可见，当其他条件不变，当光纤纤芯直径为39微米时，得到的光纤的激光效率明显低于实施例2的光纤的激光效率，这是由于随着纤芯直径的增大，光纤中产生了更多的高阶模，导致一部分能量更容易在包层中传输，最终被剥除器滤除导致效率降低。
对比例2
将实施例1中的塌缩步骤的条件控制改为：
第一步：燃烧氢气：90升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟。
第二步：燃烧氢气：94升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟。
第三步：燃烧氢气：98升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟。
第四步：燃烧氢气：102升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟。
第五步：燃烧氢气：106升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟。
第六步：燃烧氢气：110升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟。
第七步：燃烧氢气：114升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：300毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟。
第八步：燃烧氢气：122升/分钟，燃烧氢氧比：1.8，管内气体：100毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
由于塌缩工艺参数的改变，光纤折射率剖面变为中心凸起型(如图12)用光谱仪记录激光光谱图，观测到1130nm位置的拉曼峰(如图13)可见，当其他条件不变，当改变塌缩工艺参数，得到的光纤的折射率剖面由平坦型变为中心凸起型，中心凸起导致纤芯中心部位能量更加集中，高能量密度导致更显著的拉曼效应。
对比例3
将实施例1中的纤芯掺杂组分改为Yb2O3：0.2mol％，Al2O3：2.1mol％，P2O5：1.8mol％，其余为SiO2，对应的折射率差为0.0022，230小时老化功率即下降4％，如图14所示。可见，掺杂组分的改变导致对比例3的光纤稳定性相较于实施例1的光纤稳定性明显变差，这是由于P2O5可以让镱离子保持三价状态，减少缺陷对镱离子价态的干扰，从而实现更好的抗光暗化性能。
对比例4
将实施例1中的纤芯掺杂组分为Yb2O3：0.4mol％，Al2O3：2mol％，P2O5：3.1mol％，其余为SiO2；对应的折射率差为0.0028，用PRIMES软件测试光束质量参数图，其bpp值为3.272，如图15所示。可见，折射率差的改变导致光纤数值孔径变大，导致激光光束质量变差。
综上，上述实施例1、实施例2的方法制得的掺镱高功率激光光纤，相对与对比例，掺杂组分更加优化，纤芯折射率和纤芯直径设计更加合理，掺杂组分、纤芯折射率、纤芯直径三者更加匹配，使得光纤在6000瓦以上的高功率下仍能能稳定、高效运转。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种掺镱高功率激光光纤，其特征在于，所述光纤的纤芯直径为32-36微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为440-470微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3～0.35mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为1.9～2.2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为2.8～3.5mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
2.一种如权利要求1所述的掺镱高功率激光光纤，其特征在于，所述光纤的纤芯直径为34微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为460微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.32mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为2mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为3.1mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
3.一种如权利要求1所述的掺镱高功率激光光纤，其特征在于，所述光纤的纤芯直径为33微米，所述光纤的包层为正八边形，所述正八边形的面对面距离为465微米；所述纤芯中镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，Yb2O3的浓度为0.3mol％，铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，Al2O3的浓度为2.1mol％，磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，P2O5的浓度为3.2mol％，其余为SiO2；所述激光光纤的折射率剖面为平坦型。
4.一种掺镱高功率激光光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，以及对所述母棒进行外形加工，得到包层的外形为正八边形、芯包比符合预设比例的掺镱高功率激光光纤预制棒的步骤；所述采用MCVD法结合溶液浸泡法制备母棒的步骤，具体包括：疏松体沉积步骤、溶液浸泡步骤、干燥步骤、热处理步骤、塌缩步骤；其中，所述塌缩步骤具体包括八个步骤，条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78～82升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟；
第二步：燃烧氢气：82～86升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：500～800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟；
第三步：燃烧氢气：86～90升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟；
第四步：燃烧氢气：90～94升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：400～700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟；
第五步：燃烧氢气：94～98升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟；
第六步：燃烧氢气：98～102升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：300～600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟；
第七步：燃烧氢气：102～106升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：200～400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟；
第八步：燃烧氢气：110～114升/分钟，燃烧氢氧比：2.0～2.3，管内气体：100～200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
5.如权利要求4所述的掺镱高功率激光光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述塌缩步骤的八个步骤的条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：80升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟；
第二步：燃烧氢气：84升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟；
第三步：燃烧氢气：88升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟；
第四步：燃烧氢气：92升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：500毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟；
第五步：燃烧氢气：96升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟；
第六步：燃烧氢气：100升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟；
第七步：燃烧氢气：104升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：300毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟；
第八步：燃烧氢气：112升/分钟，燃烧氢氧比：2.2，管内气体：100毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
6.如权利要求4所述的掺镱高功率激光光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述塌缩步骤的八个步骤的条件控制如下：
第一步：燃烧氢气：78升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：55毫米/分钟；
第二步：燃烧氢气：82升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：800毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：50毫米/分钟；
第三步：燃烧氢气：86升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：45毫米/分钟；
第四步：燃烧氢气：90升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：700毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：40毫米/分钟；
第五步：燃烧氢气：94升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：35毫米/分钟；
第六步：燃烧氢气：98升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：600毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：30毫米/分钟；
第七步：燃烧氢气：102升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：400毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：25毫米/分钟；
第八步：燃烧氢气：110升/分钟，燃烧氢氧比：2.3，管内气体：200毫升/分钟氧气；喷灯移动速度：10毫米/分钟。
7.一种掺镱高功率激光光纤预制棒，其特征在于，所述预制棒通过如权利要求4-6任一项所述的方法制备的掺镱高功率激光光纤预制棒制备方法制得。
8.一种掺镱高功率激光光纤制备方法，其特征在于，对如权利要求4至6任一项所述的方法制备的掺镱高功率激光光纤预制棒进行拉丝，得到所述掺镱高功率激光光纤。
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