CN117434636A - 一种激光光束整形光波导结构及光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光光束整形光波导结构及光学系统。所述柱状光波导结构由内而外至少包括相邻接的最内轴向区域和外侧环形区域；所述外侧环形区域与最内轴向区域之间形成邻接面或等效邻接面；所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有正折射率差；沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值。本发明不仅仅依靠光波导几何结构的不对称性或破坏用于光传输的最内轴向区域的均匀性的前提下，改变光束能量分布，从而降低柱状光波导的制作难度或者降低由于破坏最内轴向区域的均匀性导致的光功率损耗，提供一种全新的调整光束能量分布、进行光束整形的技术路线。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种激光光束整形光波导结构及光学系统。
背景技术
激光技术覆盖了光通信、医疗卫生、制造加工等领域。对于不同的应用，对光束的形状和能量分布也有着不同的需求。典型的激光光束能量分布为高斯型，形状为较为规整的圆形，中心能量分布较为集中。
激光加工领域要求需要对激光出射光斑进行匀化，高斯光斑容易引起局部温升过高过快；在非线性光学中，激光抽运技术需要光强呈均匀分布；在激光焊接中对光斑的大小、形状、光强分布和焦深都有要求。
光束整形的目的就是改变光束光强分布或者改变光斑的形状。目前的光束整形系统有非球面透镜组成的折射式、基于衍射光学元件的(DOE)的衍射式，以及涵盖微透镜阵列、积分棒或者光波导的积分式。其中光波导结构的光束整形系统，由于制作简单精度较高，尤其是柱状光波导，典型如光纤，在光路搭建方面有着明显优势，因此得到了广泛的应用。
典型的柱状光波导具有内外嵌套结构，外层将光功率约束在内层，并使光沿柱状光波导轴向传播最终出射。柱状光波导结构的几何形状能较好地实现光斑的形状整形。然而柱状光波导改变光强分布的手段则十分有限，目前主要是通过在柱状光波导内层增加折射或散射结构，来改变光功率在出射后工作面的光功率分布。内层增加折射结构或散射结构，一方面不容易加工制作，另一方面会带来明显的功率损耗增加。同时也影响光斑形状，难以控制最终出射光斑的形状。
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光束整形光波导结构及光学系统，其目的在于通过沿柱状光波导周向改变光波导外侧环形区域和最内轴向区域之间的邻接面或等效邻接面两侧的折射率差，改变光束能量在最内轴向区域传播时的分布，由此解决现有的柱状光波导在改变光束能量分布时，不够灵活、加工更困难、损耗较大或者形状不易控制的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光光束整形光波导结构，所述柱状光波导结构由内而外至少包括相邻接的最内轴向区域和外侧环形区域；
所述外侧环形区域与最内轴向区域之间形成邻接面或等效邻接面；
所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有正折射率差；
沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有的正折射率差，其范围为0.0012～0.0034、0.0034～0.0067、0.0067～0.0167、0.0167～0.0199、0.0199～0.0477、0.0477～0.0531、0.0531～0.0884、0.0884～0.1480、或0.1480～0.4000。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述外侧环形区域的横截面面积与最内轴向区域的横截面面积之比在0.02～3:1，优选在0.06～0.96:1，更优选在0.21～0.44:1。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧折射率差值的变化量大于等于0.001，小于等于0.4，优选小于等于0.3，再优选小于等于0.2，更优选小于等于0.15，最优选小于等于0.0034。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述最内轴向区域的横截面和/或所述外侧环形区域横截面的外侧轮廓具有几何中心；优选方案，所述柱状光波导结构任意横截面上，所述最内轴向区域和所述外侧环形区域的外侧轮廓具有重合的几何中心。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其最内轴向区域横截面和/或外侧环形区域横截面的外侧轮廓各自独立的选自正多边形、矩形、菱形、椭圆形或圆形。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述外侧环形区域存在唯一折射率沿柱状光波导周向变化的子区域；或
所述外侧环形区域沿柱状光波导周向由多个匀质子区域组成；或
所述外侧环形区域沿柱状光波导周向存在至少一个折射率沿周向变化的子区域以及至少一个匀质子区域；
所述匀质子区域为均一材质形成的子区域、均匀的周期性二维结构形成的子区域或均匀的周期性三维结构形成的子区域；
优选地，所述折射率沿柱状光波导周向变化的子区域为材质沿柱状光波导周向变化形成的子区域、沿光波导周向变化的周期性二维结构形成的子区域、或沿光波导周向变化的周期性三维结构形成的子区域。
优选地，所述多个子区域按照折射率或等效折射率呈对称排列或沿外侧环形区域周向呈周期性排列。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述外侧环形区域的折射率横截面沿柱状光波导轴向连续变化，呈螺旋状。
优选地，所述激光光束整形光波导结构，其所述最内轴向区域的横截面具有均匀的折射率或具有变化的折射率分布。
按照本发明的另一个方面，提供了一种激光光束整形光学系统，其包括本发明提供的激光光束整形光波导结构，以及耦合透镜组件；
所述耦合透镜组件，将待整形的激光耦合到激光光束整形光波导结构中，出射。
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：
本发明提供的通过对柱状的外侧环形区域进行调整，使得光波导结构内外邻接面的边值改变发生，从而改变最内轴向区域传导的光束的能量分布。本发明不仅仅依靠光波导几何结构的不对称性或破坏用于光传输的最内轴向区域的均匀性的前提下，改变光束能量分布，从而降低柱状光波导的制作难度或者降低由于破坏最内轴向区域的均匀性导致的光功率损耗，提供一种全新的调整光束能量分布、进行光束整形的技术路线。
优选方案，可以配合柱状光波导的几何形状设计以及最内轴向区域折射率分布，达到进一步改变光束能量分布的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图2是本发明实施例2提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图3是本发明实施例3提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图4是本发明实施例4提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图5是本发明实施例5提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图6是本发明实施例6提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图7是本发明实施例7提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图；
图8是本发明实施例8提供的激光光束整形光波导结构横截面示意图。
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为最内轴向区域，2.1为外侧环形区域第一子区域，2.2为外侧环形区域第二子区域，2.3为外侧环形区域第三子区域，2.4为外侧环形区域第四子区域。
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。
如无特殊说明，本发明所涉及折射率皆指绝对折射率，在589nm波长下测试所得，例如真空的折射率为1，水的折射率为1.333，常用的掺杂有氯/氟/锗/铝/铋等元素的石英玻璃的折射率在1.40至1.47之间。
如无特殊说明，本发明以柱状光波导延伸方向为轴向建立柱坐标系描述柱状光波导结构。
如无特殊说明，匀质指折射率均匀，匀质区域即该区域内折射率可视作处处相同，例如均一材质形成的子区域、均匀周期性二维结构形成的子区域、均匀周期性三维结构形成的子区域。周期性二维结构形成的子区域典型如含有空气通孔的包层、设置有掺氟石英条的包层，周期性三维结构形成子区域典型如含有独立封闭气孔的包层、均匀掺混有固体纳米颗粒的包层。均匀的周期性二维结构形成的子区域、均匀的周期性三维结构形成的子区域其等效折射率视作折射率均匀，其形成的外侧环形区域部分与最内轴向区域之间的邻接面为等效邻接面。
本发明提供的激光光束整形光波导结构，由内而外至少包括最内轴向区域和外侧环形区域；
所述外侧环形区域与最内轴向区域之间形成邻接面或等效邻接面；
所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有正折射率差；
沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值。
光在光波导最内层轴向区域传播时，能量分布的决定因素之一是外侧环形区域和最内轴向区域形成界面，即邻接面或等效邻接面的边值关系，也即邻接面两侧的折射率差值，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值变化时，破坏了完美的高斯型能量分布，改变了光束的能量分布，从而实现光束光强分布整形。
沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值时，由于激光沿波导的轴向传播，光束能量分布在轴向上受到邻接面的折射率差值变化的影响积累，基于积分原理能有效的改变出射光束的能量分布。
所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有的正折射率差，其范围为0.0012～0.0034、0.0034～0.0067、0.0067～0.0167、0.0167～0.0199、0.0199～0.0477、0.0477～0.0531、0.0531～0.0884、0.0884～0.1480、或0.1480～0.4000。
外侧环形区域的横截面面积与最内轴向区域的横截面面积之比在0.02～3:1，优选在0.06～0.96:1，更优选在0.21～0.44:1。最内轴向区域的横截面面积与外侧环形区域的横截面面积之比决定了激光光束整形光波导结构能量传输密度和能量传输效率，从而使得在外侧环形区域为最内轴向区域的能量提供足够的约束以确保光能量全反射传输时，获得尽可能大的最内轴向区域在整个光波导结构中所占比例最高，从而在实用性上，最为经济。
由于本发明的柱状光波导结构，通过外侧环形区域与最内轴向区域之间形成邻接面或等效邻接面两侧的折射率差改变光束能量分布，而不依靠或不仅仅依靠破坏最内轴向区域的对称性来改变光束能量分布，因此外侧环形区域和最内轴向区域可以采用对称性良好的几何结构，所述最内轴向区域的横截面和/或所述外侧环形区域横截面的外侧轮廓具有几何中心。最内轴向区域横截面和/或外侧环形区域横截面的外侧轮廓例如，正多边形、矩形、菱形、椭圆形或圆形，尤其是横截面为圆形的最内轴向区域和横截面外轮廓为圆形的外侧环形区域，有着更加良好的工业制作精度。所述柱状光波导结构任意横截面上，所述最内轴向区域和所述外侧环形区域的外侧轮廓具有重合的几何中心，可以通过确定外侧环形区域的几何中心从而确定最内轴向区域的中心，最终来确定光束中心。
具体而言，所述外侧环形区域沿周向的折射率分布是光束整形的关键。沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧折射率差值的变化量大于等于0.001，小于等于0.4，优选小于等于0.3，再优选小于等于0.2，更优选小于等于0.15，最优选小于等于0.0034。当往外侧环形区域均一的折射率被打破时，将改变光束能量分布，出现反高斯型光束能量分布，邻接面或等效邻接面两侧折射率差值的变化量是决定光束能量分散的因素之一，这种光束能量的分散，使得光束能量相对于高斯分布发生变化，出现能量分布更加均匀、更加集中或者能量中心偏离几何中心的分布，实现光束整形的效果。
在一些实施例中，所述外侧环形区域存在唯一折射率沿柱状光波导周向变化的子区域，即外侧环形区域一体成型，而沿柱状光波导周向的折射率变化由掺杂或微结构排布即周期性二维结构或周期性三维结构形成，一体成型的外侧环形区域具有更好的几何规整性，批次之间的一致性更好，这种情况即外侧环形区域存在唯一子区域，该子区域折射率沿光波导周向变化；
在一些实施例中，所述外侧环形区域沿柱状光波导周向由多个匀质子区域组成，即外侧环形区域通过多个折射率处处相同的子区域的拼接形成，匀质子区域在制作工艺上相对简单；
在一些实施例中，所述外侧环形区域沿柱状光波导周向存在至少一个折射率沿周向变化的子区域以及至少一个匀质子区域；由折射率处处相同的匀质子区域和折射率沿周向变化的子区域共同组成，可以形成更为复杂的周向折射率分布，从而改变光束能量分布。特别的，具有微结构的子区域，根据其具体结构也可等效为折射率处处相同的子区域或折射率沿周向变化的子区域，例如光子带隙包层，可等效为具有相应等效折射率的匀质子区域或折射率沿柱状光波导周向变化的子区域。
所述匀质子区域包括：均一材质形成的子区域、均匀周期性二维结构形成的子区域、或均匀周期性三维结构形成的子区域；所述折射率沿柱状光波导周向变化的子区域包括：材质沿柱状光波导周向变化形成的子区域、沿光波导周向变化的周期性二维结构形成的子区域、沿光波导周向变化的周期性三维结构形成的子区域。
结合具有几何对称性的外侧环形区域与最内轴向区域，当外侧环形区域的折射率沿周向具有与其几何对称性相匹配的对称性的折射率分布时，可使得约束在最内轴向区域的光能量分布呈现较规整的几何形态和能量分布，其出射光斑也具备相对而言更为规整的几何形态，具有良好的应用前景。
外侧环形区域的折射率沿周向的折射率分布对称性，可以采用多个子区域的按照折射率或等效折射率呈对称排列或沿外侧环形区域周向呈周期性排列实现。优选方案，外侧环形区域的子区域，具有相同或对称的横截面，从方便的实现外侧环形区域的几何对称性和折射率分布对称性相匹配。
所述外侧环形区域的折射率横截面沿柱状光波导轴向连续变化，呈螺旋状或SZ螺旋状。
本发明提供的激光光束整形光学系统，包括本发明提供的激光光束整形光波导结构，以及耦合透镜组件；
所述耦合透镜组件，将待整形的激光耦合到激光光束整形光波导结构中，出射。
以下为实施例：
实施例1二相复合包层塑料光波导
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为光纤结构，直径在100μm到3000μm，其横截面如图1所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形，由光学级聚甲基丙烯酸酯(PMMA)材料制成，材料折射率为1.49；
外侧环形区域，即复合包层，横截面外轮廓为圆形，为挤塑成型制成的高透明氟树脂，具体可为聚四氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-丙烯共聚物中的至少一种；
由2.1和2.2两子区域组成，第一子区域2.1和第二子区域2.2邻接，皆为匀质结构，其中：
第一子区域2.1横截面为1/2周扇环，材料的折射率为1.41；
第二子区域2.2横截面为1/2周扇环，材料的折射率为1.38；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
实施例2二相复合包层多组分玻璃光波导
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为光纤结构，直径在50-100μm，其横截面如图2所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形，由掺杂玻璃材料制成，材料折射率为1.50；
外侧环形区域，即复合包层，横截面外轮廓为圆形；
由2.1和2.2两子区域组成，第一子区域2.1和第二子区域2.2邻接，其中：
第一子区域2.1为匀质结构，横截面为5/8周扇环，材质为含有空气孔的硅酸盐玻璃，等效折射率为1.3；
第二子区域2.2为非匀质结构，横截面为3/8周扇环，材料为含有空气孔的磷铝酸盐玻璃，通过空气孔的排列变化使等效折射率从与第一子区域2.1邻接处的1.3连续变化至与第一子区域2.1另一邻接处的1.38；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
本实施例的光波导结构制作方法类似于光纤：通过5/8或3/8周扇环模具填充不同高规格的毛细管，形成含有空气孔的硅酸盐玻璃周扇环预制件，与磷铝酸盐玻璃柱组装形成预制棒，通过拉丝工艺形成预设规格的复合包层柱状光波导结构。在预制件的制造过程中，通过调整反应物的配比，调节反应时间、温度而获得非均匀组成的预制件。
实施例3三相复合包层石英玻璃光波导
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为光纤结构，直径范围是100～1100μm，其横截面如图3所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形由石英玻璃材料制成，材料折射率为1.458；
外侧环形区域，即复合包层，横截面外轮廓为圆形；其包括三个子区域，第二子区域2.2和第三子区域2.3分别被芯层1和第一子区域2.1所包围，其中：
第一子区域2.1为匀质结构，形状为近似圆环形，材质为掺氟和/或氯石英玻璃，材料折射率为1.438；
第二子区域2.2和第三子区域2.3为掺氟石英玻璃，材料折射率为1.440；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
本实施例通过VAD轴向气相沉积法制成，在制备各个子区域时，通过调整原料气体配比和烧结气氛、时间来获得预设折射率的包层。
实施例4六相复合包层石英玻璃光波导
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为光纤结构，直径范围是100～880μm，其横截面如图4所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形由石英玻璃材料制成，材料折射率为1.458；
外侧环形区域，为六相复合包层横截面外轮廓为圆环形，由3组掺氟石英玻璃子区域2.1和3组含空气孔微结构的石英玻璃层2.2依次间隔邻接组成，每个掺氟石英玻璃子区域2.1都与另两个含空气孔微结构的石英玻璃层2.2相邻接，每个含空气孔微结构的石英玻璃层2.2也都与另两个掺氟石英玻璃子区域2.1相邻接，共同组成内包层结构；
掺氟石英玻璃子区域2.1的折射率为1.438；含空气孔微结构的石英玻璃层2.2的折射率为1.432，此处折射率指的是空气孔微结构的等效折射率，也可以解释为含有空气孔的石英玻璃的总和折射率，其值与石英玻璃中空气孔的体积比、分布状态相关。
在六相复合包层之外，还有掺氟和/或氯石英玻璃层3，作用是为六相包层在制造过程中提供支撑和保护；当石英玻璃层3为掺氟玻璃时，还可以为光波导提供外层光包层，作用是将光功率更好地约束在芯层和内包层中，并且石英玻璃层3还为高功率光纤提供了更好的机械性能。
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
此实施例的制造方法包括，(1)将芯层玻璃件清洗干燥备用，(2)制备管状玻璃层并沿着长度方向切割成长条状，(3)将玻璃毛细管用堆积法组成的预制件，(4)将以上三类部件组装并套入石英玻璃管组合成光波导预制件，再用拉丝工艺制成光波导。
实施例5渐变包层
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为光纤结构，最内轴向区域即芯层的直径在50-600μm，其横截面如图5所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形，由石英玻璃材料制成，材料折射率为1.457；
外侧环形区域，即复合包层含有空气孔微结构的石英玻璃包层，横截面外轮廓为圆形；
包括唯一子区域，为非匀质结构，所述子区域等效折射率随空气孔微结构的规格渐变而渐变，沿外侧环形区域圆周上，等效折射率具有两处最大值以及两处最小值共四处极值，四处极值均布在外侧环形区域的圆周上，最大值与最小值交替排列，折射率最小值为1.3，折射率最大值为1.38；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
本实施例的光波导结构制作方法为OVD外部气相沉积法，通过调节反应物的配比、烧结气氛、温度、时间来获得致密的玻璃层和含有气体微孔的玻璃层形成的等效折射率介于空气和石英玻璃之间的包层。
实施例6方形光波导
本实施例提供的激光光束整形光波导结构，为柱状光波导，具体为方形光波导，横截面为矩形4mm*5mm的矩形，其横截面如图6所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为矩形2mm*4mm的矩形，由光学级聚甲基丙烯酸酯(PMMA)材料制成，材料折射率为1.49；
外侧环形区域，即复合包层，横截面外轮廓为矩形，为挤塑成型制成的高透明氟树脂，具体可为聚四氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-丙烯共聚物中的至少一种；
由2.1和2.2两子区域组成，第一子区域2.1和第二子区域2.2邻接，皆为匀质结构，其中：
第一子区域2.1横截面为占外侧环形区域总面积1/2的匚形，材料的折射率为1.35；
第二子区域2.2横截面为占外侧环形区域总面积1/2的匚形，材料的折射率为1.38；
本实施例的柱状光波导，适合需要扁长的较为匀化的光束能量分布。
实施例7四相复合包层塑料光波导
本实施例提供的复合包层柱状光波导结构，直径在200μm到3000μm，其横截面如图7所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形，由光学级聚甲基丙烯酸酯(PMMA)材料制成，材料折射率为1.48；
复合包层，横截面外轮廓为圆形，为挤塑成型制成的高透明氟树脂，具体可为聚四氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-丙烯共聚物中的至少一种；包括：
邻接的第一至第四子区域，皆为匀质结构，其中：
第一子区域2.1材料的折射率为1.35；
第二子区域2.2材料的折射率为1.41；
第三子区域2.3材料的折射率为1.37；
第四子区域2.4材料的折射率为1.42；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。在实际的在能量传输为主要目的光波导应用中，会优先选用芯层在光波导截面所在比例更高的设计，即在满足基本传输损耗和附加弯曲损耗可接受的范围内，希望芯层尽可能“大”。常用的复合包层厚度与芯层直径的比值范围是3％～20％，甚至是5％～10％。
芯层通过芯料挤出机挤出成型，第一至第四子区域分别通过各自的挤出机分别经同心环形的共挤模具的各自的各层出口同步挤出，经共挤模具机头后，并经牵引机拉伸得到同心圆柱体结构的四相包层阶跃型塑料光波导。
而且调整各个包层材料的供料速率比例，可以调控各个包层材料在芯包界面周长上的长度占比。本实施例中，第一至第四子区域在芯包界面周长上的长度占比为50％、30％、15％、5％。
实施例8四相渐变复合包层光波导
本实施例提供的复合包层柱状光波导结构，直径在200μm到3000μm，其横截面如图8所示，包括：
最内轴向区域，即芯层1，横截面为圆形，由光学级聚甲基丙烯酸酯(PMMA)材料制成，材料折射率为1.48；
复合包层，横截面外轮廓为圆形，为挤塑成型制成的高透明氟树脂，具体可为聚四氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-丙烯共聚物中的至少一种；包括：
邻接的第一至第四子区域2.1，在与芯层的邻接面上具有折射率分布，其中：
第一至第四子区域横截面为1/4周扇环，材料的折射率由1.44逐渐减小至1.39，子区域在圆周上折射率变化方向一致，将4片截面为周扇环的沿着圆周方向具有渐变折射率分布的氟聚合物塑料组装成套管与PMMA芯棒组合成塑料光纤预制棒，熔融拉丝形成如图所示塑料光纤；
复合包层厚度与芯层直径的比值范围是0.3％～50％，复合包层和芯层同心嵌套。
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 (10)
1.一种激光光束整形光波导结构，其特征在于：
所述柱状光波导结构由内而外至少包括相邻接的最内轴向区域和外侧环形区域；
所述外侧环形区域与最内轴向区域之间形成邻接面或等效邻接面；
所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有正折射率差；
沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧存在不同的折射率差值。
2.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述邻接面或等效邻接面两侧由内而外具有的正折射率差，其范围为0.0012～0.0034、0.0034～0.0067、0.0067～0.0167、0.0167～0.0199、0.0199～0.0477、0.0477～0.0531、0.0531～0.0884、0.0884～0.1480、或0.1480～0.4000。
3.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述外侧环形区域的横截面面积与最内轴向区域的横截面面积之比在0.02～3:1，优选在0.06～0.96:1，更优选在0.21～0.44:1。
4.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，沿所述柱状光波导的周向，所述邻接面或等效邻接面两侧折射率差值的变化量大于等于0.001，小于等于0.4，优选小于等于0.3，再优选小于等于0.2，更优选小于等于0.15，最优选小于等于0.0034。
5.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述最内轴向区域的横截面和/或所述外侧环形区域横截面的外侧轮廓具有几何中心；优选方案，所述柱状光波导结构任意横截面上，所述最内轴向区域和所述外侧环形区域的外侧轮廓具有重合的几何中心。
6.如权利要求1至5任意一项所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，最内轴向区域横截面和/或外侧环形区域横截面的外侧轮廓各自独立的选自正多边形、矩形、菱形、椭圆形或圆形。
7.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述外侧环形区域存在唯一折射率沿柱状光波导周向变化的子区域；或
所述外侧环形区域沿柱状光波导周向由多个匀质子区域组成；或
所述外侧环形区域沿柱状光波导周向存在至少一个折射率沿周向变化的子区域以及至少一个匀质子区域；
所述匀质子区域为均一材质形成的子区域、均匀的周期性二维结构形成的子区域或均匀的周期性三维结构形成的子区域；
优选地，所述折射率沿柱状光波导周向变化的子区域为材质沿柱状光波导周向变化形成的子区域、沿光波导周向变化的周期性二维结构形成的子区域、或沿光波导周向变化的周期性三维结构形成的子区域。
优选地，所述多个子区域按照折射率或等效折射率呈对称排列或沿外侧环形区域周向呈周期性排列。
8.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述外侧环形区域的折射率横截面沿柱状光波导轴向连续变化，呈螺旋状。
9.如权利要求1所述的激光光束整形光波导结构，其特征在于，所述最内轴向区域的横截面具有均匀的折射率或具有变化的折射率分布。
10.一种激光光束整形光学系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的激光光束整形光波导结构，以及耦合透镜组件；
所述耦合透镜组件，将待整形的激光耦合到激光光束整形光波导结构中，出射。
Priority Applications (1)
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| CN202210837053.3A CN117434636A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种激光光束整形光波导结构及光学系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202210837053.3A CN117434636A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种激光光束整形光波导结构及光学系统 |
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2022
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