本发明专利技术提出了一种光纤预制棒，包括主纤芯棒和副纤芯棒，所述主纤芯棒沿轴向开设有纤芯孔，所述主纤芯棒套设在副纤芯棒外部，所述主纤芯棒的外部套设有包层；所述主纤芯棒的相对折射率差大于副纤芯棒的相对折射率差；所述副纤芯棒通过扭转或变径处理后的折射率沿轴向周期性变化。本发明专利技术通过对副纤芯棒进行扭转或变径处理，激光在纤芯传输过程中，由于副纤芯棒外侧的氟环在轴向上存在尺寸或形状的变化，可以避免副纤芯棒外侧的氟环中形成有效的波导结构，光束会受到折射率分布变化的周期性扰动，进入到高折射率介质中传输，高斯型能量分布被破坏从而激发出高阶模，使得能量从高斯形分布能够均匀地分散到周边，从而达到能量匀化的效果。的效果。的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种光纤预制棒、模式扰动光纤及其制备方法
[0001]本专利技术涉及光纤制造
，尤其涉及一种光纤预制棒、模式扰动光纤及其制备方法。
技术介绍
[0002]普通光纤波导的导光原理为全内反射，通过全反射将光束缚在纤芯内，该类波导由于轴心处折射率较大，输出激光光场会呈高斯或近高斯状分布。在工业激光领域中，诸如激光清洗、激光焊接、激光切割等方面的应用，光斑能量过于集中会造成应力不均匀、清洗有效面积小等不利影响。改变光斑的能量分布，将其转化成均匀分布的平顶光斑，更有利于实际加工。
[0003]将高斯光束转变为平顶光束，目前主要通过以下方法解决：
[0004]1)、可采用多个非球面透镜，或者一些衍射光学器件组合，通过组合的透镜及器件后高斯光束将被打破转变为平顶光束；
[0005]2)、从光纤的波导结构出发，在纤芯中设计不同的折射率剖面，一种折射率分布为阶跃型剖面；另一种是渐变型平面，当激光在光纤中传播时，由于纤芯中折射率不一致，高斯光束将被打破转变为平顶光束。
[0006]对于第一种方法，由于连续高功率激光器用于工业生产需要随时移动，同时用于工业生产中环境等因素多变，在激光器中安装透镜及衍射光学器件组合，容易出现不稳定因素，最终导致无法稳定完成高斯光束的转换，因而不太适用于实际工业生产；
[0007]对于第二种方法，在纤芯中设计不同的折射率剖面，纤芯外侧的氟环(掺氟层)会形成稳定的波导结构，使得激光在光纤中传播时会受到氟环的束缚形成光斑裂变，导致不能实现能量匀化的效果。
专利
技术实现思路
[0008]本专利技术提出一种光纤预制棒、模式扰动光纤及其制备方法，解决了现有技术中在纤芯中设计不同的折射率剖面，纤芯外侧的氟环会形成稳定的波导结构，使得激光在光纤中传播时会受到氟环的束缚形成光斑裂变，导致不能实现能量匀化效果的问题。
[0009]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0010]根据本专利技术的一个方面，提供了一种光纤预制棒，包括主纤芯棒和副纤芯棒，所述主纤芯棒沿轴向开设有纤芯孔，所述主纤芯棒套设在副纤芯棒外部，所述主纤芯棒的外部套设有包层；所述主纤芯棒的相对折射率差大于副纤芯棒的相对折射率差；所述副纤芯棒通过扭转或变径处理后的折射率沿轴向周期性变化。
[0011]本专利技术通过对副纤芯棒进行扭转或变径处理，激光在纤芯传输过程中，由于副纤芯棒外侧的氟环在轴向上存在尺寸或形状的变化，可以避免副纤芯棒外侧的氟环中形成有效的波导结构，光束会受到折射率分布变化的周期性扰动，进入到高折射率介质中传输，高斯型能量分布被破坏从而激发出高阶模，使得能量从高斯形分布能够均匀地分散到周边，
从而达到能量匀化的效果；通过主纤芯棒可以将激光束缚在纤芯内，防止激光泄露至包层中。
[0012]作为本专利技术优选的方案，所述副纤芯棒的折射率在径向剖面上为中心低、两端高的渐变型分布，这种设计的目的主要是为了进一步破坏副纤芯棒外侧氟环中的波导结构，提高能量匀化的效果。
[0013]作为本专利技术可选的方案，所述副纤芯棒的折射率在径向剖面上为单沟道或多沟道的阶跃型分布，其目的也是为了进一步破坏副纤芯棒外侧氟环中的波导结构，提高能量匀化的效果。
[0014]作为本专利技术优选的方案，所述主纤芯棒和副纤芯棒的外侧均设有掺氟层，所述主纤芯棒的掺氟层与石英的相对折射率差为
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0.9％～
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1.2％，所述副纤芯棒的掺氟层与石英的相对折射率差为
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0.26％～
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0.42％。
[0015]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1，在衬管内进行芯棒的沉积，分别得到主纤芯棒和副纤芯棒；
[0017]S2，在主纤芯棒上加工出纤芯孔；
[0018]S3，对副纤芯棒进行扭转或变径处理，使副纤芯棒的折射率沿轴向周期性变化；
[0019]S4，将副纤芯棒装入主纤芯棒的纤芯孔内；
[0020]S5，将包层套在主纤芯棒外部，得到光纤预制棒。
[0021]作为本专利技术优选的方案，步骤S3中，对副纤芯棒进行扭转处理的方法为：
[0022]S31，在副纤芯棒两端分别熔接一段石英棒；
[0023]S32，对副纤芯棒进行加热软化；
[0024]S33，驱动副纤芯棒两端的石英棒差速旋转，使副纤芯棒呈均匀扭转状态。
[0025]本专利技术通过驱动纤芯棒两端的石英棒差速旋转，一方面可以使得副纤芯棒均匀受热，另一方面，由于副纤芯棒两端的旋转速度不同，导致副纤芯棒呈现均匀扭转状态。
[0026]作为本专利技术优选的方案，在熔接石英棒之前，对副纤芯棒进行打磨处理，使副纤芯棒的径向截面呈多边形或非对称形状；通过打磨可以使得副纤芯棒保留掺氟层的同时具有一定的截面形状，多边形或非对称形状的副纤芯棒可以进一步破坏基模传播，提高能量匀化效果。
[0027]作为本专利技术优选的方案，步骤S3中，对副纤芯棒进行变径处理的方法为：
[0028]S34，在副纤芯棒两端分别熔接一段石英棒；
[0029]S35，对副纤芯棒的变径区进行加热软化，控制两端的石英棒匀速反向移动预设距离，使得变径区的直径沿纵向呈指数型变化；
[0030]S36，对副纤芯棒上等间隔设置的多个变径区依次执行步骤S35的操作，使得副纤芯棒的直径沿轴向周期性变化。
[0031]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种模式扰动光纤，对上述光纤预制棒进行拉丝后得到。
[0032]根据本专利技术的又一个方面，提供了一种模式扰动光纤的制备方法，将上述光纤预制棒通过套
‑
棒拉丝工艺拉制成模式扰动光纤。
[0033]有益效果
[0034]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：
[0035](1)本专利技术通过对副纤芯棒进行扭转或变径处理，激光在纤芯传输过程中，由于副纤芯棒外侧的氟环在轴向上存在尺寸或形状的变化，可以避免副纤芯棒外侧的氟环中形成有效的波导结构，光束会受到折射率分布变化的周期性扰动，进入到高折射率介质中传输，高斯型能量分布被破坏从而激发出高阶模，使得能量从高斯形分布能够均匀地分散到周边，从而达到能量匀化的效果；通过主纤芯棒可以将激光束缚在纤芯内，防止激光泄露至包层中；
[0036](2)本专利技术通过设计副纤芯棒的折射率在径向剖面上为中心低、两端高的渐变型分布或单沟道、多沟道的阶跃型分布，可以进一步破坏副纤芯棒外侧氟环中的波导结构，提高能量匀化的效果；
[0037](3)本专利技术在对副纤芯棒进行扭转处理的过程中，在熔接石英棒之前，通过打磨可以使得副纤芯棒保留掺氟层的同时具有一定的截面形状，多边形或非对称形状的副纤芯棒可以进一步破坏基模传播，提高能量匀化效果。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤预制棒，其特征在于，包括主纤芯棒(1)和副纤芯棒(2)，所述主纤芯棒(1)沿轴向开设有纤芯孔，所述主纤芯棒(1)套设在副纤芯棒(2)外部，所述主纤芯棒(1)的外部套设有包层；所述主纤芯棒(1)的相对折射率差大于副纤芯棒(2)的相对折射率差；所述副纤芯棒(2)的折射率沿轴向周期性变化。2.如权利要求1所述的一种光纤预制棒，其特征在于，所述副纤芯棒(2)的折射率在径向剖面上为中心低、两端高的渐变型分布。3.如权利要求1所述的一种光纤预制棒，其特征在于，所述副纤芯棒(2)的折射率在径向剖面上为单沟道或多沟道的阶跃型分布。4.如权利要求1所述的一种光纤预制棒，其特征在于，所述主纤芯棒(1)和副纤芯棒(2)的外侧均设有掺氟层，所述主纤芯棒(1)的掺氟层与石英的相对折射率差为
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0.9％～
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1.2％，所述副纤芯棒(2)的掺氟层与石英的相对折射率差为
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0.26％～
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0.42％。5.一种如权利要求1至4任一项所述光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在衬管内进行芯棒的沉积，分别得到主纤芯棒(1)和副纤芯棒(2)；S2，在主纤芯棒(1)上加工出纤芯孔；S3，对副纤芯棒(2)进行扭转或变径处理，使副纤芯棒(2)的折射率沿轴向周期性变化；S4...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐中巍，林贤峰，张安军，
申请(专利权)人：武汉长进先烽光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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