[发明专利]一种掺镱光纤

说明书

本发明公开了一种掺镱光纤，涉及光纤技术领域，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少三个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，且相邻两个所述环形掺杂芯区之间均设有一环形纤芯包层，位于最外侧的环形掺杂芯区的镱离子浓度小于所述中心芯区的镱离子浓度，其余所有的环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加，同时，位于最内侧的环形掺杂芯区的镱离子浓度大于所述中心芯区的镱离子浓度。本发明提供的掺镱光纤，具有优良的光波导控制能力，可以较好地控制激光输出的光束质量。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种掺镱光纤。

背景技术

光纤激光器由于具有体积小、效率高、可靠性高、结构紧凑和散热性好等等传统激光器难以比拟的优点，正逐步取代现有的工业激光器，广泛应用于打标、雕刻与切割、医疗等领域，在工业、国防、医疗、航天等行业中发挥着越来越重要的作用。随着半导体激光器抽运技术和光纤光栅技术的不断成熟，光纤激光器的功率也在不断提升，其单纤功率已可达千瓦以上。

掺镱光纤为在纤芯掺有镱元素的一种光纤，是当前主流光纤激光器的核心元件。随着光纤激光器功率的增加，对掺镱光纤的要求也越来越高。对于激光器而言，光束质量和出光功率是衡量其性能的两个核心指标。随着光纤激光器用途的广泛和出光功率的快速增加，对光束质量的要求也越来越高。由于掺镱光纤是光纤激光器的核心元件，其波导模式对激光器输出激光的光束质量影响非常大。

目前，提高光纤激光器输出激光的光束质量的办法并不多。由于受到诸多限制，具体到光纤上而言，当前提高光纤激光器输出激光的光束质量的主要解决手段是优化掺镱光纤纤芯的数值孔径。纤芯的数值孔径是光纤出光散射角的一个表达方式，通过将数值孔径降低，可提高光纤出来的光的准直度，从而为光纤激光器提高光束质量打下基础。对于光纤而言，降低光纤的数值孔径通常采取降低纤芯相对石英包层的折射率来实现。对于掺镱光纤而言，由于在制造过程中，需要配套掺入磷、锗等提高折射率的元素，另外镱离子本身也会对折射率的升高有贡献。因此，掺镱光纤的镱离子浓度和数值孔径的控制相互之间互有钳制。目前业内采取的做法是优化共掺剂的配比，通过这一手段在有效提高掺镱浓度的条件下，控制掺镱光纤的数值孔径，从而控制光纤激光器输出激光的光束质量。

然而，一般掺镱光纤的纤芯为一个整体，为单层结构，然后在纤芯外侧环绕一层石英包层。该种结构的掺镱光纤只能依靠控制纤芯的数值孔径来控制输出激光的光束质量。但是，上述控制光纤激光器输出激光的光束质量的方法随着光纤激光器功率的更高输出要求以及更多应用领域对激光器功率分布控制的高要求，已越来越难以适应。因此，需要进行新型掺镱光纤的设计研究，优化掺镱光纤内波导模式的控制方式，为高功率光纤激光器光束质量的良好控制奠定基础。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种掺镱光纤，此种光纤的结构设计具有优良的光波导控制能力，可以较好地控制激光输出的光束质量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种掺镱光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少三个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，且相邻两个所述环形掺杂芯区之间均设有一环形纤芯包层，位于最外侧的环形掺杂芯区的镱离子浓度小于所述中心芯区的镱离子浓度，其余所有的环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加，同时，位于最内侧的环形掺杂芯区的镱离子浓度大于所述中心芯区的镱离子浓度。

在上述技术方案的基础上，三个所述环形掺杂芯区由内到外依次为第一环形掺杂芯区、第二环形掺杂芯区和第三环形掺杂芯区，位于所述第一环形掺杂芯区和第二环形掺杂芯区之间的环形纤芯包层为第一环形纤芯包层，位于所述第二环形掺杂芯区和第三环形掺杂芯区之间的环形纤芯包层为第二环形纤芯包层。