[發明專利]一種芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法及錐芯光纖

有效

• 申請號: 202110830477.2
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113277727B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王錦航;楊雨;雷敏;戴玉芬;武春風;李強;姜永亮;劉厚康;宋祥
• 申請（專利權）人: 武漢光谷航天三江激光產業技術研究院有限公司
• 主分類號: C03B37/018
• 分類號: C03B37/018;C03B37/012;G02B6/02
• 代理公司: 北京恒和頓知識產權代理有限公司 11014
• 代理人: 周君

本發明屬于光纖制造技術領域，并具體公開了一種芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法及錐芯光纖。所述方法包括：在反應管內壁沉積玻璃顆粒疏松層；對玻璃顆粒疏松層進行稀土離子摻雜；對反應管進行干燥、高溫燒結，使得所述玻璃顆粒疏松層玻璃化，熔縮成實心預制棒芯棒，然后進行拋光后得到具有指定錐角的圓錐形芯棒；加工獲得圓柱形玻璃棒，其具有圓錐形空孔，將具有圓錐形空孔的玻璃棒和圓錐形芯棒組合，得到錐芯有源光纖預制棒，放入拉絲塔拉制成芯包比漸變的錐芯光纖。所述錐芯光纖采用上述方法制備而成。本發明制備而成的芯包比漸變的錐芯光纖芯包比隨光纖的長度發生漸變，能提高光纖的泵浦光吸收，平衡光纖產熱，提高激光輸出功率。

技術領域

本發明屬于光纖制造技術領域，更具體地，涉及一種芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法及錐芯光纖。

背景技術

高功率窄線寬光纖激光器具有體積小、重量輕、光束相干性好、光束質量好及優異的熱管理性能等優點，在工業加工、智能制造、生物醫療及光束合成等領域有著廣泛的應用。隨著應用領域的拓展，對高功率窄線寬光纖激光器的輸出功率和光束質量提出了更高的要求。目前，單路高功率窄線寬光纖激光器的輸出功率已達到千瓦量級。隨著功率進一步提升，非線性效應和熱致模式不穩定效應成為限制激光功率進一步提升的主要因素。

如圖4所示，錐形光纖是光纖纖芯半徑沿光纖軸向變化的一種光纖。與一般的均勻芯徑（如圖3所示）的增益光纖相比，錐形光纖具有更大的模場面積，長度方向漸變的光纖芯徑使其可以吸收更多模式的泵浦光，故而能夠在保持良好光束質量的同時抑制光纖中的非線性效應，進一步提高激光的輸出功率。在光纖激光器中，泵浦光一般從錐形光纖的小端注入、大端輸出，以保證足夠的泵浦吸收、較低的功率損耗以及良好的光束質量。但是在錐形光纖中，包層中傳輸的泵浦光的光程小于在均勻光纖中的光程，這一定程度上減少了泵浦光的吸收效率。同時，在纖芯中稀土離子摻雜濃度不變的情況下，整段錐形光纖上泵浦光的重疊因子不變，導致在前向泵浦時，仍會不可避免地產生一定的熱效應，進而導致熱致模式不穩定效應，降低激光輸出功率。

基于上述缺陷和不足，本領域亟需設計一種芯包比漸變的錐芯光纖，使得光纖的芯包比隨光纖的長度發生漸變，以增大泵浦光的光程，提高泵浦光吸收，同時抑制熱致模式不穩定效應的產生。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了種芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法及錐芯光纖，其中結合高功率窄線寬光纖激光器自身的特征及其光纖制作工藝特點，相應設計了芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法及錐芯光纖，并對其關鍵制備工藝和結構進行研究和設計，相應的，使得光纖的芯包比隨光纖的長度發生漸變，以增大泵浦光的光程，提高泵浦光吸收，同時，通過對錐芯光纖的纖芯進行纖芯中稀土離子摻雜，由于錐芯光纖具有不同的芯包比，從而使得光纖在不同軸向位置處具有不同的泵浦光重疊因子，平衡光纖產熱，從而提高光纖的熱致模式不穩定閾值，進一步提高激光輸出功率。因而尤其適用于高功率窄線寬光纖激光器的應用場合。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種芯包比漸變的錐芯光纖的制備方法，包括以下步驟：

S1將氣體原料通入軸向轉動的反應管中，并采用氫氧焰外部加熱該反應管，以在所述反應管內壁沉積玻璃顆粒疏松層；

S2將含有稀土摻雜離子的溶液通入步驟S1中的反應管中，浸泡設定時間，以對玻璃顆粒疏松層進行稀土離子摻雜；

S3排出含有稀土摻雜離子的溶液，對經步驟S2處理后的反應管進行干燥、高溫燒結，使得所述玻璃顆粒疏松層玻璃化，然后再將玻璃化的玻璃顆粒疏松層及反應管熔縮成實心預制棒芯棒；

S4將所述實心預制棒芯棒進行機械加工并拋光后，得到具有指定錐角的圓錐形芯棒；

S5對圓柱形玻璃棒中心進行加工成孔并拋光，使得圓柱形玻璃棒中心具有與步驟S4中所述圓錐形芯棒形狀相適應的圓錐形空孔；