一种掺镱光纤制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术提供的掺镱光纤，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。

Ytterbium doped fiber

The invention discloses a ytterbium-doped fiber, which relates to the technical field of optical fiber, including a core. The core comprises a circular central core region from inside to outside in turn, and at least three annular doping core regions concentrically arranged with the central core region, and a annular core cladding layer is arranged between the adjacent two annular doping core regions. The concentration of ytterbium ions in the outermost annular doped core region is less than that in the central core region, and the concentration of ytterbium ions in all other annular doped core regions increases from inside to outside in turn. Meanwhile, the concentration of ytterbium ions in the innermost annular doped core region is higher than that in the central core region. The ytterbium-doped fiber provided by the invention has excellent optical waveguide control ability and can better control the beam quality of laser output.

【技术实现步骤摘要】
一种掺镱光纤
本专利技术涉及光纤
，具体涉及一种掺镱光纤。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术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，本专利技术采取的技术方案是：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。在上述技术方案的基础上，所述中心芯区的镱离子浓度为p1，所述第一环形掺杂芯区的镱离子浓度p2＝*p1，其中m1取值范围为5.0％～10.0％，所述第二环形掺杂芯区的镱离子浓度p3＝*p1，其中m2取值范围为8.0％～16.0％，所述第三环形掺杂芯区的镱离子浓度p4＝*p1，其中m3取值范围为10.0％～15.0％。在上述技术方案的基础上，所述中心芯区的直径为d1，所述第一环形掺杂芯区的厚度x1＝a1*d1，所述第二环形掺杂芯区的厚度x2＝a2*d1，所述第三环形掺杂芯区的厚度x3＝a3*d1，其中a1取值范围为46％～48％，a2取值范围为45％～47％，a3取值范围为44％～46％，所述第一环形纤芯包层的厚度h1＝b1*x1，所述第二环形纤芯包层的厚度h2＝b2*x2，其中b1取值范围为33％～36％，b2取值范围为22％～25％。在上述技术方案的基础上，所述光纤还包括依次设于所述纤芯外的石英包层、内涂层和外涂层。在上述技术方案的基础上，所述石英包层的折射率为n，所述中心芯区相对所述石英包层的折射率为△n1，所述第一环形掺杂芯区相对所述石英包层的折射率为△n2，所述第一环形纤芯包层相对所述石英包层的折射率为△n3，所述第二环形掺杂芯区相对所述石英包层的折射率为△n4，所述第二环形纤芯包层相对所述石英包层的折射率为△n5，所述第三环形掺杂芯区相对所述石英包层的折射率为△n6，其中△n2＝*△n1，△n3＝c1*△n2，△n4＝*△n1，△n5＝c2*△n4，△n6＝*△n1，n1的取值范围为5％-8％，n2的取值范围为6％-10％，n3的取值范围为8％-12％，c1的取值范围为45％-48％、c2的取值范围为44％-47％。在上述技术方案的基础上，所述石英包层横截面为中心对称的十六边形，所述十六边形由八条长边和八条短边交替连接而成。在上述技术方案的基础上，八条所述长边的延长线相互交叉后可围合成一正八边形，所述正八边形的边长长度为L0，所述十六边形的短边长度为L1，L1：L0＝1:6～1:8。在上述技术方案的基础上，所述内涂层的折射率范围为1.360～1.379，所述外涂层的折射率范围为1.483～1.531。在上述技术方案的基础上，所述纤芯的直径范围27.5um～32.5um，所述石英包层相对两长边的距离范围为245um～255um，所述外涂层的直径范围为380.0um～420.0um，所述纤芯和石英包层的同心度不大于3.0um，所述纤芯数值孔径范围为0.050～0.070，所述石英包层数值孔径大于等于0.46。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的掺镱光纤通过在中心芯区外环绕设有至少三个以上的环形掺杂芯区，并在相邻的两个环形掺杂芯区之间设计有环形纤芯包层，通过环形纤芯包层对环形掺杂芯区内的激光进行有效整形，优化掺镱光纤输出激光的光波导模式特性，从而解决单纯依靠数值控制控制激光输出光束质量的问题，使得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。(2)本专利技术掺镱光纤的石英包层横截面为中心对称的十六边形，短边的设计可以减少突出尖锐结构设计，掺镱光纤在涂覆器中旋转时，八个短边首先来对接触的涂料起到良好的引导，从而可以避免掺镱光纤在涂覆器中旋转时，会因为其不对称结构或正方形及八边形的尖锐结构导致涂覆器中涂料的异常流动，从而使得本专利技术实施例中的掺镱光纤适应于大规模大长度的连续生产，而且更易被制造出涂层一致性更高的掺镱光纤。附图说明图1为本专利技术实施例中纤芯的结构示意图；图2为本专利技术实施例中光纤的结构示意图；图3为本专利技术实施例中包层的结构示意图；图4为本专利技术实施例中包层长边延长线围合的图形示意图。图中：1-纤芯，10-中心芯区，11-第一环形掺杂芯区，12-第一环形纤芯包层，13-第二环形掺杂芯区，14-第二环形纤芯包层，15-第三环形掺杂芯区，16-第三环形纤芯包层，17-第四环形掺杂芯区，2-石英包层，3-内涂层，4-外涂层。具体实施方式以下结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺镱光纤，包括纤芯(1)，其特征在于：所述纤芯(1)由内到外依次包括圆形的中心芯区(10)、以及至少三个与所述中心芯区(10)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(10)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(10)的镱离子浓度。

【技术特征摘要】
1.一种掺镱光纤，包括纤芯(1)，其特征在于：所述纤芯(1)由内到外依次包括圆形的中心芯区(10)、以及至少三个与所述中心芯区(10)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(10)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(10)的镱离子浓度。2.如权利要求1所述的掺镱光纤，其特征在于：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(11)、第二环形掺杂芯区(13)和第三环形掺杂芯区(15)，位于所述第一环形掺杂芯区(11)和第二环形掺杂芯区(13)之间的环形纤芯包层为第一环形纤芯包层(12)，位于所述第二环形掺杂芯区(13)和第三环形掺杂芯区(15)之间的环形纤芯包层为第二环形纤芯包层(14)。3.如权利要求2所述的掺镱光纤，其特征在于：所述中心芯区(10)的镱离子浓度为p1，所述第一环形掺杂芯区(11)的镱离子浓度p2＝(1+m1)*p1，其中m1取值范围为5.0％～10.0％，所述第二环形掺杂芯区(13)的镱离子浓度p3＝(1+m2)*p1，其中m2取值范围为8.0％～16.0％，所述第三环形掺杂芯区(15)的镱离子浓度p4＝(1-m3)*p1，其中m3取值范围为10.0％～15.0％。4.如权利要求2所述的掺镱光纤，其特征在于：所述中心芯区(10)的直径为d1，所述第一环形掺杂芯区(11)的厚度x1＝a1*d1，所述第二环形掺杂芯区(13)的厚度x2＝a2*d1，所述第三环形掺杂芯区(15)的厚度x3＝a3*d1，其中a1取值范围为46％～48％，a2取值范围为45％～47％，a3取值范围为44％～46％，所述第一环形纤芯包层(12)的厚度h1＝b1*x1，所述第二环形纤芯包层(14)的厚度h2＝b2*x2，其中b1取值范围为33％～36％，b2取值范围为22％～25％。5.如权利要求2所述的掺镱光...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文勇，赵梓森，杜城，严垒，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，锐光信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42