一种双包层有源光纤及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种双包层有源光纤及其制造方法，所述双包层有源光纤由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在内包层内设置有M个填充区域，M为正整数，所述填充区域由折射率小于所述内包层的折射率的填充物组成。本发明专利技术解决了现有技术中的双包层有源光纤，在保持纤芯掺杂浓度不变的前提下，如何提高包层泵浦吸收的技术问题。此外，这一设计可允许圆形有源光纤的制备，大大提高与无源光纤的匹配性和相容性，进而提高光纤激光器的效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种双包层有源光纤及其制造方法
本专利技术涉及光纤
，尤其涉及一种双包层有源光纤及其制造方法。
技术介绍
大功率光纤激光器的技术突破始于1988年Snitzer等人提出的双包层泵浦概念，与普通通信光纤设计不同，除了围绕纤芯的内包层外，双包层光纤增加了采用低折射率涂层形成的外包层，使得纤芯相对于内包层、内包层相对于外包层都有较高的折射率，形成纤芯和包层的双重波导结构，稀土离子掺杂的纤芯可作为激光的增益介质，而包层波导可用于传输泵浦光源。由于端面发射的多模半导体激光在长轴方向的光斑尺寸一般在100μm以上，而光纤的直径可灵活地控制在几十到几百微米范围，因此，双包层光纤可有效地利用高功率低亮度半导体激光作为泵浦光源，使得全光纤结构的大功率固体激光器成为可能。显而易见，在包层中传输的泵浦光只有在通过纤芯时才会被稀土离子吸收，因此包层泵浦吸收系数一般大大低于纤芯泵浦吸收系数，两者的比例最终取决于纤芯与包层的截面积之比。除此之外，一部分包层泵浦光是以螺旋光的形式传输的，从不经过纤芯，因此为提高泵浦吸收效率，通常双包层有源光纤都做成非圆型的横截面，如八边形或“D”型等。目前八边形双包层有源光纤是制作大功率光纤激光器的主流光纤设计。双包层有源光纤是光纤激光器的重要组成部分，双包层有源光纤比常规的光纤多了一个低折射率外包层，主要由纤芯、内包层、低折射率外包层和保护涂层(高折射率涂覆层)四个部分组成。目前的双包层有源光纤，存在以下几个缺点：(1)在光纤激光器使用中希望减少光纤使用长度，进而减小非线性效应，这就需要提高双包层有源光纤的包层泵浦吸收，一般的方法是通过增加纤芯掺杂浓度来提高包层泵浦吸收，但是该种方法会造成光纤光致暗化现象明显。因此，在保持纤芯掺杂浓度不变的前提下，如何提高包层泵浦吸收，已成为目前亟待解决的问题。(2)在满足同样耦合功率要求的条件下通过提高包层的数值孔径可适当地降低包层截面积，进而提高掺镱光纤的泵浦吸收，但受限于材料的性质，现有的低折射率涂层难有较大的改变；采取空气孔包层虽然可以较大幅度地提高包层数值孔径，但是气孔的存在使得该种类型的光纤难以切割、熔接，与现有光器件匹配较难。(3)常规的双包层有源光纤为了减少螺旋光，提高包层泵浦吸收，采用异型包层设计，这种设计使得有源光纤与无源光纤熔接较难，而且机械加工容易引入附加的偏心度，会增加熔接损耗，降低光束质量。此外，异形光纤在拉丝过程中的几何尺寸控制也较为困难。
技术实现思路
本申请提供一种双包层有源光纤及其制造方法，解决了现有技术中的双包层有源光纤如何在保持相同纤芯掺杂浓度的前提下，提高泵浦吸收的技术问题。一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：一种双包层有源光纤，由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在所述内包层内设置有M个填充区域，M为正整数，所述填充区域由折射率小于所述内包层的折射率的填充物组成。优选地，所述M个填充区域随机分布在所述内包层中，或者，所述M个填充区域呈中心对称分布。优选地，所述M个填充区域的大小和形状是随意的，或者，所述M个填充区域的大小和形状均相同。优选地，所述填充区域是掺杂的二氧化硅玻璃。优选地，所述掺杂的二氧化硅玻璃中的掺杂元素包括F、B、P、Ge、Al的任意组合。优选地，所述内包层是二氧化硅玻璃。优选地，所述外包层是掺氟的二氧化硅玻璃或掺硼的二氧化硅玻璃或低折射率树脂。优选地，所述双包层有源光纤的横截面的外形为圆形。优选地，所述双包层有源光纤的横截面的外形为多边形。另一方面，本申请通过一实施例，提供如下技术方案：一种双包层有源光纤的制造方法，其特征在于，包括：制备有源预制棒，所述有源预制棒包括芯层和内包层；将有源芯棒与套管组合并进行熔融，获得第一光纤预制棒；在所述第一光纤预制棒的横截面上钻M个填充区域，获得第二光纤预制棒，M为正整数；在所述每个填充区域中均插入填充棒，获得第三光纤预制棒，所填充棒的折射率小于所述内包层的折射率；将所述第三光纤预制棒在高温下拉丝，并在所述第三光纤预制棒表面依次涂覆外包层和保护涂层，获得双包层有源光纤。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：在本专利技术实施例中，公开了一种提高双包层有源光纤包层泵浦吸收的光纤设计，由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在所述内包层内设置有M个填充区域，M为正整数。由于在内包层内设置有M个填充区域，且填充物的折射率低于内包层的折射率，降低了包层的有效波导面积，同时，这些填充区域的存在，大大抑制了螺旋光的形成和传输，提高的包层光经过纤芯的速率，以上两者结合可以增大包层泵浦吸收，从而解决了现有技术中的双包层有源光纤，如何在保持纤芯掺杂浓度不变的前提下，提高泵浦吸收的技术问题。进一步地，由于螺旋光的抑制不再需要非圆的光纤外形，使得圆形有源光纤成为可能，大大提高了有源光纤与无源光纤的匹配性和相容性，以及有源光纤制备过程中的几何控制精度，从而降低熔接损耗，增加激光器的效率和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中一种双包层有源光纤的结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种双包层有源光纤的制造方法流程图；图3为本专利技术实施例中有源芯棒的结构示意图；图4为本专利技术实施例中套管的结构示意图；图5为本专利技术实施例中第一光纤预制棒的结构示意图；图6为本专利技术实施例中第二光纤预制棒的结构示意图；图7为本专利技术实施例中的填充棒的结构示意图；图8为本专利技术实施例中第三光纤预制棒的结构示意图。附图标记：101—纤芯、102—有源芯棒、103—套管、104—第一光纤预制棒、105—第二光纤预制棒、106—填充棒、107—第三光纤预制棒、108—内包层、109—外包层、110—保护涂层、111—填充区域。具体实施方式本申请实施例通过提供一种提高双包层有源光纤包层泵浦吸收的光纤设计及其制造方法，解决了现有技术中的双包层有源光纤如何在保持相同纤芯掺杂浓度的前提下，提高泵浦吸收的技术问题。本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：一种双包层有源光纤，由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在所述内包层内设置有M个填充区域，M为正整数，所述填充区域由折射率小于所述内包层的折射率的填充物组成。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。实施例一如图1所示，本实施例提供了一种双包层有源光纤，由内向外依次包括：纤芯101、内包层108、外包层109和保护涂层110；其中，在内包层108内设置有M个填充区域111，M为正整数。进一步，所述双包层有源光纤的横截面可以为多边形(例如：正方形、或正六边形、或正八边形等等)。优选地，所述双包层有源光纤的横截面为圆形，这样，避免了通常异型双包层有源光纤与无源光纤熔接较难，机械加工易引入附加的偏心度，熔接损耗增加，光束质量降低，拉丝过程中的几何尺寸控制较为困难等问题。进一步，所述M个填充区域111随机分布在内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双包层有源光纤，其特征在于，由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在所述内包层内设置有M个填充区域，M为正整数，所述填充区域由折射率小于所述内包层的折射率的填充物组成。

【技术特征摘要】
1.一种双包层有源光纤，其特征在于，由内向外依次包括：纤芯、内包层、外包层和保护涂层；其中，在所述内包层内设置有M个填充区域，M为正整数，所述填充区域由折射率小于所述内包层的折射率的填充物组成。2.如权利要求1所述的双包层有源光纤，其特征在于，所述M个填充区域随机分布在所述内包层中，或者，所述M个填充区域呈中心对称分布。3.如权利要求1所述的双包层有源光纤，其特征在于，所述M个填充区域的大小和形状是随意的，或者，所述M个填充区域的大小和形状均相同。4.如权利要求1所述的双包层有源光纤，其特征在于，所述填充物是掺杂的二氧化硅玻璃。5.如权利要求4所述的双包层有源光纤，其特征在于，所述掺杂的二氧化硅玻璃中的掺杂元素包括F、B、P、Ge、Al的任意组合。6.如权利要求1所述的双包层有源光纤，其特征在于，所述内包层是二氧化硅玻璃。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐，李云丽，包箭华，王静，赵轩，朱建友，吴杰，曾红姣，王建喜，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：武汉睿芯特种光纤有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42