[发明专利]一种芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法及锥芯光纤

说明书

本发明属于光纤制造技术领域，并具体公开了一种芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法及锥芯光纤。所述方法包括：在反应管内壁沉积玻璃颗粒疏松层；对玻璃颗粒疏松层进行稀土离子掺杂；对反应管进行干燥、高温烧结，使得所述玻璃颗粒疏松层玻璃化，熔缩成实心预制棒芯棒，然后进行抛光后得到具有指定锥角的圆锥形芯棒；加工获得圆柱形玻璃棒，其具有圆锥形空孔，将具有圆锥形空孔的玻璃棒和圆锥形芯棒组合，得到锥芯有源光纤预制棒，放入拉丝塔拉制成芯包比渐变的锥芯光纤。所述锥芯光纤采用上述方法制备而成。本发明制备而成的芯包比渐变的锥芯光纤芯包比随光纤的长度发生渐变，能提高光纤的泵浦光吸收，平衡光纤产热，提高激光输出功率。

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，更具体地，涉及一种芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法及锥芯光纤。

背景技术

高功率窄线宽光纤激光器具有体积小、重量轻、光束相干性好、光束质量好及优异的热管理性能等优点，在工业加工、智能制造、生物医疗及光束合成等领域有着广泛的应用。随着应用领域的拓展，对高功率窄线宽光纤激光器的输出功率和光束质量提出了更高的要求。目前，单路高功率窄线宽光纤激光器的输出功率已达到千瓦量级。随着功率进一步提升，非线性效应和热致模式不稳定效应成为限制激光功率进一步提升的主要因素。

如图4所示，锥形光纤是光纤纤芯半径沿光纤轴向变化的一种光纤。与一般的均匀芯径（如图3所示）的增益光纤相比，锥形光纤具有更大的模场面积，长度方向渐变的光纤芯径使其可以吸收更多模式的泵浦光，故而能够在保持良好光束质量的同时抑制光纤中的非线性效应，进一步提高激光的输出功率。在光纤激光器中，泵浦光一般从锥形光纤的小端注入、大端输出，以保证足够的泵浦吸收、较低的功率损耗以及良好的光束质量。但是在锥形光纤中，包层中传输的泵浦光的光程小于在均匀光纤中的光程，这一定程度上减少了泵浦光的吸收效率。同时，在纤芯中稀土离子掺杂浓度不变的情况下，整段锥形光纤上泵浦光的重叠因子不变，导致在前向泵浦时，仍会不可避免地产生一定的热效应，进而导致热致模式不稳定效应，降低激光输出功率。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需设计一种芯包比渐变的锥芯光纤，使得光纤的芯包比随光纤的长度发生渐变，以增大泵浦光的光程，提高泵浦光吸收，同时抑制热致模式不稳定效应的产生。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了种芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法及锥芯光纤，其中结合高功率窄线宽光纤激光器自身的特征及其光纤制作工艺特点，相应设计了芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法及锥芯光纤，并对其关键制备工艺和结构进行研究和设计，相应的，使得光纤的芯包比随光纤的长度发生渐变，以增大泵浦光的光程，提高泵浦光吸收，同时，通过对锥芯光纤的纤芯进行纤芯中稀土离子掺杂，由于锥芯光纤具有不同的芯包比，从而使得光纤在不同轴向位置处具有不同的泵浦光重叠因子，平衡光纤产热，从而提高光纤的热致模式不稳定阈值，进一步提高激光输出功率。因而尤其适用于高功率窄线宽光纤激光器的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种芯包比渐变的锥芯光纤的制备方法，包括以下步骤：

S1将气体原料通入轴向转动的反应管中，并采用氢氧焰外部加热该反应管，以在所述反应管内壁沉积玻璃颗粒疏松层；

S2将含有稀土掺杂离子的溶液通入步骤S1中的反应管中，浸泡设定时间，以对玻璃颗粒疏松层进行稀土离子掺杂；

S3排出含有稀土掺杂离子的溶液，对经步骤S2处理后的反应管进行干燥、高温烧结，使得所述玻璃颗粒疏松层玻璃化，然后再将玻璃化的玻璃颗粒疏松层及反应管熔缩成实心预制棒芯棒；

S4将所述实心预制棒芯棒进行机械加工并抛光后，得到具有指定锥角的圆锥形芯棒；

S5对圆柱形玻璃棒中心进行加工成孔并抛光，使得圆柱形玻璃棒中心具有与步骤S4中所述圆锥形芯棒形状相适应的圆锥形空孔；