[发明专利]基于空间整形的单晶光纤及其加工方法、系统

权利要求书

1.一种单晶光纤加工方法，其特征在于，单晶光纤，包括包层和纤芯，包层是通过激光辐照改变单晶折射率的方式形成，且包层的折射率小于纤芯的折射率；所述包层的折射率恒定，或者包层的折射率由光纤表面至纤芯的方向等间隔减小或者变间隔减小；或者沿着光纤长度方向包层的折射率相同，或者沿着光纤长度方向包层的折射率不相同；

包括以下步骤：

步骤1：建立折射率与激光功率映射关系表；

所述映射关系表为单晶原料在不同激光功率辐照下，所测得不同折射率；

步骤2：制备单晶光纤的包层；

步骤2.1：确定单晶光纤的包层折射率；

若所需单晶光纤的包层折射率恒定，则执行步骤2.2；

若所需单晶光纤包层折射率渐变，则执行步骤2.3：

步骤2.2：根据包层的折射率，通过查找映射关系表，得到激光纵向多焦点空间整形器中激光器的加工功率，驱动激光焦点沿着单晶原料光轴方向运动，加工出包层折射率恒定的单晶光纤；

步骤2.3：根据设计要求的单晶光纤直径D、纤芯直径D1、包层中不同折射率层层数以及每层所需折射率，确定所需焦点的个数N、每个折射率层厚度h以及不同折射率层加工时对应的激光功率W_i；

其中， N=包层中不同折射率层层数；

h=（D- D₁）/2N；

W_i通过查询映射关系表得到；

步骤2.4：将步骤2.3获取的N、h，W_i作为边界条件，编制激光纵向多焦点全息图并将其加载至空间整形器SLM中，驱动激光焦点沿着单晶原料光轴方向运动，通过改变包层区域折射率的方式实现单晶光纤包层的制备。

2.根据权利要求1所述的单晶光纤加工方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现过程为：

准备多个单晶光纤原料平片，且多个平片激光辐照之前的折射率均为n，用不同激光功率辐照每个单晶光纤材料平片表面，并对多个单晶光纤材料平片的折射率进行测定，得到不同激光功率{w₁，w₂，…，w_i}以及与其相对应的折射率{n₁，n₂，…，n_i}，从而得到折射率与激光功率映射关系表；其中，折射率{n₁，n₂，…，n_i}均小于n。

3.根据权利要求1所述的单晶光纤加工方法，其特征在于，包括以下步骤：在执行步骤2.4之前，还包括判断焦深hf与折射率层单层厚度h的关系：

当h=hf时，直接进行加工；

当h＞hf，当包层中每一折射率层的厚度等间隔时，通过向空间整形器SLM中搭载贝塞尔全息图对焦深进行整形，或者在激光光源与待加工单晶原料之间依次设置锥镜和平凸镜进行长焦深整形，使得焦深hf=h之后再进行加工；

当h＞hf，当包层中每一折射率层的厚度变间隔时，通过向空间整形器SLM中搭载贝塞尔全息图对焦深进行整形，或者在激光光源与待加工单晶原料之间依次设置锥镜和平凸镜进行长焦深整形，使得焦深hf=h，再向空间整形器SLM中的多焦点全息图中加载任一焦点的菲涅尔透镜全息图，通过调整菲涅尔透镜全息图透镜的焦距实现对多个焦点之间间隔的调整，之后再进行加工。