[發明專利]實現環形光束的側泵信號合束器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910994264.6
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110707517A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 李文濤;李驍軍;白云娜;嚴超;譚小妹;陶春力;劉廣柏
• 申請（專利權）人: 上海飛博激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 31266 上海一平知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐迅;祝蓮君

本發明涉及激光光束整形技術，旨在提供一種實現環形光束的側泵信號合束器及其制備方法，包括一根主信號光纖和至少一根側泵信號光纖，主信號光纖由內而外具有三層結構，分別為纖芯、內包層和外包層，折射率分布為：纖芯n3<外包層n1<內包層n2，所述側泵信號光纖為至少有兩層波導結構大模場雙包層光纖，所述側泵信號光纖的一端與主信號光纖融合。通過控制側泵信號光纖的融合角度及融合長度，將光路限制在內包層內并沿包層環形傳播，從而在主信號光纖中實現環形模式光斑的輸出。

技術領域

本發明涉及激光光束整形技術領域，尤其涉及一種實現環形光束的側泵信號合束器及其制備方法。

背景技術

光纖激光器目前被譽為第三代激光器，相對CO₂或YAG激光器，光纖激光器具有光電轉換效率高、結構簡單、易于維護、光束質量好等優點，目前已成為激光技術發展的主流方向和激光應用的主力軍，在激光打標、激光切割、醫療設備、激光光纖通訊等方面均有應用。為在不同應用條件下充分實現光纖激光器的優勢，在特定條件下需要將輸出光斑進行整形，將輸出光斑整形為平頂光斑、環形光斑等特定形狀，從而滿足不同應用需求。

針對激光環形光斑的研究日益增多，應用廣泛。在宏觀機械切割方面，環形光斑已經表現出了明顯優勢，尤其在切割厚板時獲得的斷面質量明顯優于平頂光斑；環形光斑用于激光熔覆，低功率下獲得的合金熔覆層無孔洞、無裂紋且合金層分布均勻；激光內雕機，利用輸出環形光斑的激光器，配合三維電機控制平臺，可以在玻璃上打出任意三維內雕圖形，與高斯光斑打出長錐形區別相比，環形光斑在應用過程中出現球差要小的多，在玻璃內打出的點直徑小且為圓球形，美觀度得到大大提升。隨著應用范圍的增大，如何獲得穩定、高光束質量的環形光斑尤為重要。

目前實驗上實現光束環形光斑的可以分為腔外變換及腔內變換。腔外變換目前為主要獲取方式，如幾何光學法、橫模選擇法、光學全息法等，腔外變換的最大的劣勢是空間整形，結構較復雜，需要增加額外器件，且對光路要求高；腔內變換偏少，有通過在腔內增加特殊膜片或小孔，使輸出光斑直接為環形，該方法激光器功率偏低，不適用于高功率光纖激光器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種側泵信號合束器及其制備方法，通過直接將信號光通過側泵入主信號光纖方式，實現腔內對輸出光束進行環形光整形。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種實現環形光束的側泵信號合束器，包括一根主信號光纖和至少一根側泵信號光纖，主信號光纖由內而外具有三層結構，分別為纖芯、內包層和外包層，折射率分布為：纖芯n3<外包層n1<內包層n2，所述側泵信號光纖為至少有兩層波導結構大模場雙包層光纖，所述側泵信號光纖的一端與主信號光纖融合。

側泵信號光纖的融合角度為20′～50′，融合長度為20um～1000um。

在另一優選例中，所述側泵信號光纖的融合角度為20′-30′，融合長度為100um～500um。

所述主信號光纖的纖芯直徑為10um～150um；內包層直徑為30um～400um，外包層直徑為100um～1000um。

在另一優選例中，所述主信號光纖的纖芯直徑為15um～100um；內包層直徑為50um～300um，外包層直徑為150um～800um。

在另一優選例中，所述主信號光纖的纖芯直徑為20um～100um；內包層直徑為70um～150um，外包層直徑為300um～600um。

在另一優選例中，所述主信號光纖的纖芯直徑為20um，內包層直徑為70um，外包層直徑為360um。

所述側泵信號光纖的纖芯直徑為10～1000um，包層直徑為125～1100um。

在另一優選例中，所述側泵信號光纖的纖芯直徑為10～200um，包層直徑為200～500um。