[发明专利]一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤

说明书

本发明涉及光纤制造技术领域，尤其涉及一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤，由内而外依次包括：第一纤芯、第二纤芯、包层；第一纤芯为由内向外逐渐升高的渐变折射率分布，渐变形状为沿光纤截面圆心对称的弧线型；弧线型渐变的设计可以让材料内部应力分布均匀，有利于光纤保持很低的损耗，而且对于不同模式之间的耦合和叠加是有利的，更容易将能量从中心分散开，均匀分布在整个纤芯内。第二纤芯为均匀折射率分布。本发明设计的在保证一定掺杂面积的前提下，通过特殊的波导优化，能保证输出匀化效果的同时又保证了很好的光束质量，能够将匀化光纤的BPP控制在一定范围内。

技术领域

本发明涉及光纤制造技术领域，尤其涉及一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤。

背景技术

随着光纤激光和加工行业的快速发展，考虑到很多实现能量匀化的方案(例如偏心熔接、自由空间光学、长周期光栅和多模干涉装置)存在很多局限和问题，全光纤化解决方案迫在眉睫。

匀化光纤应用方面一个重要的作用是在激光熔覆中，光斑能量分布均匀，能够减少熔池局部过热产生的材料和应力不均匀，提高熔覆质量。

匀化光纤应用在精密激光金属焊接,激光钎焊需要在不穿透的前提下实现高强度焊接力度，需要光斑能量均匀分布，实现均匀焊接熔深，并且能减少熔池局部过热产生飞溅；激光锡焊也面临同样问题，但炸开的锡珠会引起电路短路，另外，芯片管脚一般为矩形，需要矩形光斑匹配焊盘形状，既可以均匀加热，又可以避免烧坏焊盘；

目前全光纤化解决方案：①不对称掺杂区域设计(Nufern公司产品)，存在加工困难问题，光纤均匀性和一致性难以保证。②异性纤芯CN111983748A，掺杂纤芯的冷加工会导致损耗大的问题，且加工很难精确化控制，例如方形纤芯的边和倒角的控制很难，由于掺杂区域面积占据整个纤芯面积的100％，过大的掺杂量会导致光斑分散程度太大，易造成空心光斑，同时整体掺杂无法控制光束质量，即无法控制BPP。为此，我们提出一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤，实现匀化的同时，避免了冷加工容易导致损耗过大的问题，且制备简单，易于实现。

本发明提供如下技术方案：一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤，由内而外依次包括：第一纤芯、第二纤芯、包层；所述第一纤芯为由内向外逐渐升高的渐变折射率分布，渐变形状为沿光纤截面圆心对称的弧线型；所述第二纤芯为均匀折射率分布。

优选的，所述第一纤芯、第二纤芯之间的最大相对折射率之差n_max范围为0.002％-0.1％。

优选的，所述包层和第二纤芯之间的相对折射率差n₁范围为0.5％-1.2％，且n_max/n₁＜5％。

优选的，所述第一纤芯的直径D在整个纤芯直径的占比为20％-75％。

优选的，整个纤芯尺寸范围是20-2000μm。

优选的，所述包层设置有多个，其中最内层的包层与第二纤芯之间的相对折射率差n₁范围为0.5％-1.2％，且n_max/n₁＜5％。

一种实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤的制备方法，光纤直接采用PCVD和MCVD管内沉积，或者OVD、VAD和POD管外沉积中的任意一种方式或多种方式组合制备得到。

一种包含上述实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤的半导体激光器。

一种包含上述实现平顶能量分布同时控制光束质量的特种光纤的光纤激光器。